分離過程的節(jié)能優(yōu)化與集成

1傳質(zhì)分離過程第七章分離過程的節(jié)能優(yōu)化與集成主要內(nèi)容及要求：學(xué)習(xí)并掌握分離過程的最小功和熱力學(xué)效率，了解精餾的節(jié)能技術(shù)，分離方法選擇的一般原則，分離序列的確定方法及分離過程的集成。2第七章分離過程的節(jié)能優(yōu)化與集成

7.1分離過程的最小功和熱力學(xué)效率

7.2精餾的節(jié)能技術(shù)

7.3分離流程的優(yōu)化

7.4分離流程的集成37.1.3熱力學(xué)效率和凈功消耗4

表征能量被利用的程度有兩類效率：基于熱力學(xué)第一定律的熱效率和基于熱力學(xué)第二定律的熱力學(xué)效率。熱效率只反映出過程中能量在數(shù)量上被利用的程度，并未反映出能量轉(zhuǎn)換過程中能量品位上的變化。

5

熱力學(xué)效率反映了過程中有效能被利用的程度，它是能量在數(shù)量上和品位上被利用的綜合反映，更準(zhǔn)確地反映了過程的完善程度。熱力學(xué)效率又稱為有效能效率。6定義：分離過程中系統(tǒng)有效能的改變與過程所消耗的凈功之比。(7-13)分離過程的熱力學(xué)效率7

通常分離過程所需能量大多是以熱能的形式提供，在這種情況下最好是以過程所消耗的凈功來計(jì)算消耗的能量。8

要降低分離過程的能耗，提高其熱力學(xué)效率，就應(yīng)采取措施減小過程的有效能損失。有效能損失是由過程的不可逆性引起的。9（1）流體流動(dòng)產(chǎn)生壓力降；（2）塔內(nèi)氣相和液相間存在溫差，再沸器和冷凝器中傳熱介質(zhì)和物料之間存在溫差；（3）氣相和液相濃度與平衡濃度存在差異。精餾過程的不可逆性表現(xiàn)在：？提高熱力學(xué)效率10增大塔徑1）降低壓力降降低液層高度設(shè)備投資塔板效率改進(jìn)方式：1.選擇合適的塔徑、液層高度

2.改板式塔為高效填料塔11“可逆精餾”

2）減小溫差和濃差減小傳熱和傳質(zhì)推動(dòng)力無限多平衡級(jí)，無限多中間再沸器和冷凝器無實(shí)用價(jià)值12精餾過程節(jié)能的途徑單個(gè)精餾塔的調(diào)優(yōu)節(jié)能精餾系統(tǒng)的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)與整個(gè)工藝過程的綜合優(yōu)化節(jié)能13單個(gè)精餾塔的調(diào)優(yōu)節(jié)能1）降低再沸器的傳熱溫差，利用載熱體來加熱，降低成本；2）降低冷凝器的傳熱溫差，回收高溫位熱量，或利用初級(jí)冷凝器回收熱量，再用第二冷凝器冷卻出料和回流到最終溫度；3）通過側(cè)線采出回收熱量；4）塔盤改造，增加塔板數(shù)，減小回流比，改造塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如使用高效填料代替板式塔盤）；5）加料狀態(tài)最佳化；6）降低壓力降；7）適宜的進(jìn)料位置，保證分離純度并減小回流比；8）良好的保溫；9）設(shè)置中間再沸器和中間冷凝器，使用不同品位的熱源和冷源；10）采用多股進(jìn)料；11）對(duì)進(jìn)料、產(chǎn)品和釜液的顯熱回收利用。14精餾系統(tǒng)的綜合優(yōu)化節(jié)能1）采用最佳分離序列；2）采用最優(yōu)熱集成精餾序列；3）采用熱泵精餾；4）采用多效精餾流程；5）采用熱耦合精餾。15精餾系統(tǒng)與整個(gè)工藝過程的綜合優(yōu)化節(jié)能

將整個(gè)工藝系統(tǒng)過程中各處的能量統(tǒng)一起來考慮，綜合利用，提高整個(gè)過程的用能效率，達(dá)到最大程度的節(jié)省能量。167.2.1精餾塔的多股進(jìn)料和側(cè)線采出DistillationColumnswithMulti-feedsandMulti-sidestreams17分離對(duì)象：組分相同，濃度不同的多股料液一、多股進(jìn)料分離方法：多個(gè)常規(guī)精餾塔分別處理多股料液多股料液混合后進(jìn)入同一精餾塔多股料液從不同位置進(jìn)入同一精餾塔18例：組分相同，濃度不同的兩股二元混合物

兩塔式設(shè)備費(fèi)用較高19例：組分相同，濃度不同的兩股二元混合物

進(jìn)料液混合一塔式兩段進(jìn)料一塔式20例：組分相同，濃度不同的兩股二元混合物

進(jìn)料液混合一塔式兩段進(jìn)料一塔式操作線更接近平衡線，傳質(zhì)和傳熱推動(dòng)力減小，熱力學(xué)效率提高，但所需塔板數(shù)增加。21

對(duì)于多元混合物的分離，若其中某一個(gè)或某幾個(gè)組分的含量較少或?qū)M分間的切割要求不是很嚴(yán)格時(shí)，可考慮采用側(cè)線采出的方式代替多個(gè)相鄰的常規(guī)塔，從而降低基建投資和操作費(fèi)用。二、側(cè)線塔22若第一個(gè)塔為A/BC切割塔，則側(cè)線出料位置在進(jìn)料板之下；側(cè)線出料位置的確定以三元物系（組分A、B、C）為例：若第一個(gè)塔為AB/C切割塔，則側(cè)線出料位置在進(jìn)料板之上。23

當(dāng)側(cè)線出料位置在進(jìn)料板之上，主要產(chǎn)品是B，且相對(duì)揮發(fā)度αAC＞＞αBC時(shí)，側(cè)線出料中B的最大濃度和A的最小濃度由進(jìn)料組成所決定，與塔頂至側(cè)線板之間的板數(shù)和回流比無關(guān)。247.2.2熱泵精餾HeatPumpDistillation25

通過外加功將熱量自低位傳至高位的系統(tǒng)稱為熱泵系統(tǒng)。WhatisHeatPumpSystem?

將溫度較低的塔頂蒸汽經(jīng)過壓縮升溫后作為塔底再沸器的熱源，稱為熱泵精餾。WhatisHeatPumpSystem?26熱泵的形式：閉式熱泵開式熱泵27

用外界的工作介質(zhì)為冷劑，液態(tài)冷劑在冷凝器中蒸發(fā)，使塔頂物料冷凝。汽化后的冷劑進(jìn)入壓縮機(jī)增壓，然后在壓縮機(jī)出口壓力下在再沸器將熱量傳遞給塔釜物料，本身冷凝成液體，如此循環(huán)。閉式熱泵：圖7-5閉式熱泵1—精餾塔，2—冷凝器，3—再沸器，4—壓縮機(jī)，5—節(jié)流閥。28開式熱泵：

用過程本身的物料為工作介質(zhì)。（1）以塔釜物料為工質(zhì)，在冷凝器汽化，取消再沸器。29開式熱泵：

用過程本身的物料為工作介質(zhì)。（2）以塔頂物料為工質(zhì)，在再沸器冷凝，取消冷凝器。30

熱泵精餾是靠消耗一定量機(jī)械能來提高低溫蒸汽的能位而加以利用的，因此，消耗單位機(jī)械能回收的熱量是一項(xiàng)重要指標(biāo)。顯然，對(duì)于近沸點(diǎn)混合物分離的精餾塔應(yīng)用熱泵精餾效果會(huì)更好。由于熱泵精餾需要增設(shè)壓縮機(jī)，又要消耗機(jī)械能，所以推廣應(yīng)用受到一定的限制。Notes:317.2.3設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾Distillationwithmiddle-condenserandmiddle-reboiler32

普通精餾塔只在塔頂和塔釜對(duì)物料進(jìn)行冷凝和蒸發(fā)。如果在塔中部增置中間再沸器，把再沸器加熱量分配到塔的下段，或者增置中間冷凝器，把冷凝器熱負(fù)荷分配到塔的上段，則可應(yīng)用較為廉價(jià)的冷源或者溫位較低的熱源，達(dá)到節(jié)能的效果。

溫度是熱能品質(zhì)的度量，即使熱負(fù)荷在數(shù)量上沒有變化，但通過調(diào)節(jié)溫度分布，有可能減少過程的不可逆損失。圖7-8二級(jí)再沸、二級(jí)冷凝精餾塔347.2.4精餾過程的熱集成Heat-integratedDistillationSystems

35一、多效精餾Multi-effectDistillation

為節(jié)約能耗，加熱劑溫度最好是略高于塔底溫度，而冷卻劑溫度略低于塔頂溫度。而實(shí)際情況是，最方便廉價(jià)的冷卻劑是水或者空氣，最常用的加熱劑是水蒸氣，很難符合上述要求，因此，精餾塔額外消耗掉不少有效能。

解決此問題的辦法之一就是采用多效精餾。只要精餾塔底和塔頂?shù)臏夭畋葘?shí)際可用的加熱劑和冷卻劑間溫差小得多就可考慮采用多效精餾。36并流逆流平流多效精餾的類型：其中以串聯(lián)的并流裝置最為常見。3738（1）投資的限制：影響多效精餾的因素：效數(shù)塔數(shù)塔設(shè)備投資效數(shù)換熱器傳熱溫差傳熱面積換熱器設(shè)備投資

效數(shù)的確定要綜合考慮投資費(fèi)用的增加和運(yùn)行費(fèi)用的降低。

39（2）操作條件的限制：影響多效精餾的因素：高壓塔的壓力和溫度受系統(tǒng)臨界壓力和溫度、熱源的最高溫度及熱敏性物料的耐受溫度等的限制；低壓塔往往要受塔頂冷凝器冷卻水溫度的限制。40

一般情況下，多效精餾的效數(shù)為兩效或三效。

與單塔精餾相比，兩效精餾可節(jié)能30~40%。Summary41

用物流直接傳熱來提供熱量，省去再沸器和（或）冷凝器，實(shí)現(xiàn)熱耦合。二、熱偶合精餾ThermallyCoupledDistillation42圖7-12簡(jiǎn)單精餾塔熱耦合示意圖（按相對(duì)揮發(fā)度遞減順序）43圖7-13簡(jiǎn)單精餾塔熱耦合示意圖（按相對(duì)揮發(fā)度遞增順序）44

熱耦合精餾在熱力學(xué)上是最理想的流程結(jié)構(gòu)，即可節(jié)省設(shè)備投資，又可節(jié)省能耗。但是，至今熱耦合精餾并未在工業(yè)中獲得廣泛應(yīng)用。這是由于在操作中使主、副塔之間氣液分配保持設(shè)計(jì)值是較困難的；分離難度越大，其對(duì)氣液分配偏離的靈敏度越大，操作越難穩(wěn)定。因此，往往只對(duì)易分離體系才建議采用熱耦合精餾。45Summary單個(gè)精餾塔的調(diào)優(yōu)節(jié)能多股進(jìn)料和側(cè)線采出Multi-feedsandMulti-sidestreams熱泵精餾HeatPumpDistillation

設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾Middle-condenserandMiddle-reboiler46Summary精餾系統(tǒng)的綜合優(yōu)化節(jié)能精餾系統(tǒng)與整個(gè)工藝過程的綜合優(yōu)化節(jié)能多效精餾Multi-effectDistillation熱耦合精餾ThermallyCoupledDistillation

477.3分離流程的優(yōu)化

SeparationProcessOptimization7.3.1分離方法的選擇和分離順序數(shù)

7.3.2分離序列的確定487.3.1分離方法的選擇和分離順序數(shù)

SelectionofFeasibleSeparationOperationsandtheNumberofPossibleSeparationSequences49一、分離順序數(shù)NumberofPossibleSeparationSequences圖7-15三元混合物簡(jiǎn)單精餾塔分離

(a)相對(duì)揮發(fā)度遞降的順序(b)相對(duì)揮發(fā)度遞增的順序50（1）有些情況下，只有普通精餾塔的流程方案并非是最經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于不同的產(chǎn)品要求、料液濃度和分離特性，往往還需要選用其他方案，如側(cè)線提餾塔、側(cè)線精餾塔、多效精餾塔和熱泵精餾塔等復(fù)雜塔及特殊精餾塔，流程方案數(shù)將變得更多。Notes：51（2）除精餾外，還有其他分離方法，如萃取、吸收、吸附、膜分離等也可供選擇時(shí)，流程方案數(shù)將成倍成倍地增加。Notes：（3）當(dāng)采用分離劑時(shí)，往往還要考慮分離劑的回收和循環(huán)使用，因此，可能的分離順序數(shù)將增加更多。52首要任務(wù)－－－選擇合適的分離方法，用所選分離方法合成分離序列。53二、分離方法的選擇SelectionofFeasibleSeparationOperations54一、通過相的加入和創(chuàng)造來進(jìn)行分離

(PhaseAdditionorCreation)

對(duì)于均一單相體系的分離，往往通過加入ESA或/和MSA創(chuàng)造或加入第二個(gè)不相溶的相來實(shí)現(xiàn)分離。部分汽化和冷凝、閃蒸、蒸餾、萃取精餾、共沸精餾、吸收、萃取、干燥、蒸發(fā)、結(jié)晶、浸取、泡沫分離等。分離方法：第一種分類方法55二、通過障礙物分離(Barrier)

膜分離（微濾、超濾、納濾、反滲透、氣體分離、滲透蒸發(fā)和蒸汽滲透、液膜等）。膜的分離機(jī)理：篩分機(jī)理（多孔膜）溶解擴(kuò)散機(jī)理（致密膜）分離方法：第一種分類方法56三、通過固體試劑進(jìn)行分離(Solidagent)固體質(zhì)量分離劑（吸附劑、離子交換樹脂、色譜固定相）吸附、再生（變壓吸附、變溫吸附）、分子印跡、離子交換、色譜（凝膠色譜、離子交換色譜、親和色譜）分離方法：第一種分類方法57四、通過外場(chǎng)或梯度

(ExternalFieldorgradient)離心、電解、電滲析、電泳、場(chǎng)流動(dòng)分級(jí)（離心力場(chǎng)、電場(chǎng)、電場(chǎng)和膜、在力場(chǎng)下的層流流動(dòng)）分離方法：第一種分類方法58精餾是一個(gè)使用能量分離劑的過程；操作方便，技術(shù)、理論和應(yīng)用均成熟；適合于不同規(guī)模尤其是大規(guī)模分離；通常需能位等級(jí)很低的分離劑即可。精餾是化工過程中最為常用的分離過程59Summary1.Almostalltheindustrialchemicalprocessesincludeequipmentforseparatingchemicalscontainedintheprocessfeed(s)and/orproducedinreactorswithintheprocess.

幾乎所有的化工過程都包含著用以分離原料和產(chǎn)品的分離設(shè)備。60Summary2.Morethan30differentseparationoperationsarecommerciallyimportant.

30多種的分離過程已經(jīng)工業(yè)化。61Summary3.Theextentofseparationachievablebyaparticularseparationoperationdependsonexploitationofthedifferencesincertainpropertiesofthespecies.

一個(gè)特定分離過程的分離程度取決于對(duì)待分離組分之間性質(zhì)（分子性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)、傳遞性質(zhì)）差別的開發(fā)程度。62Summary4.Themorewidelyusedseparationoperationsinvolvethetransferofspeciesbetweentwophases,oneofwhichiscreatedbyenergytransferorthereductionofpressure,orbyintroductionasaMSA.

應(yīng)用最廣泛的分離過程是相平衡分離過程，通過能量分離劑或質(zhì)量分離劑產(chǎn)生兩相體系。63Summary5.

Lesscommonlyusedseparationoperationsarebasedontheuseofabarrier,asolidagent,oraforcefieldtocausespeciesbeingseparatedtodiffuseatdifferentratesand/ortobeselectivelyabsorbedoradsorbed.

應(yīng)用相對(duì)較少的分離過程是引入障礙物、固體分離劑、外場(chǎng)的分離過程。64Summary6.

Forasequence,system,ortrainofseparators,overallcomponentrecoveiesandproductpuritiesareofprimeimportanceandarerelatedbymaterialbalancestotheindividualsplitratiovaluesfortheseparatorsinthesystem.

分離操作依據(jù)質(zhì)量平衡（物料平衡、物料衡算）；組分的回收率或產(chǎn)品純度，即組分的分離程度通常用分離因子來描述。65Summary7.

Someseparationoperations,suchasabsorption,arecapableofonlyaspecifieddegreeofseparationforasinglespecies.Otherseparationoperations,suchasdistillation,caneffectasharpsplitbetweentwoso-calledkeycomponents.

某些分離操作（如吸收）只能規(guī)定一個(gè)組分的分離程度，而另一些分離操作（如精餾）則可規(guī)定兩個(gè)關(guān)鍵組分的分離程度。66Summary8.Forgivenfeed(s)andproductspecifications,thebestseparationprocessmustfrequentlybeselectedfromamonganumberoffeasiblecandidates.Thecostofrecoveringandpurifyingachemicaldependsonitsconcentrationinthefeedmixture.Theextentofindustrialuseofaseparationoperationdependsonthetechnologicalmaturityoftheoperation.

分離過程的成本主要取決于組分在原料中的含量，其工業(yè)應(yīng)用程度主要取決于技術(shù)成熟度。677.3.2分離序列的確定

DeterminationofSeparationSequence68探試合成法調(diào)優(yōu)合成法最優(yōu)化算法分離序列的確定需要采用非線性混合整數(shù)規(guī)劃的算法進(jìn)行嚴(yán)格計(jì)算，計(jì)算工作量大，對(duì)組分?jǐn)?shù)較多的分離問題尚無法確定。69根據(jù)探試規(guī)則合成分離序列的方法。一、探試合成法TrialMethod探試規(guī)則是根據(jù)多年積累的經(jīng)驗(yàn)和對(duì)過程的熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行半定量分析所得的一些結(jié)論。探試法能迅速得出一個(gè)或少數(shù)幾個(gè)較優(yōu)方案。探試規(guī)則僅適用于簡(jiǎn)單清晰切割塔，即只有一個(gè)進(jìn)料，兩個(gè)出料，進(jìn)料組分只出現(xiàn)在一個(gè)出料中的精餾塔。70

不同的流程往往有各自不同的優(yōu)缺點(diǎn)，這些優(yōu)缺點(diǎn)因不同情況而異，因此，分離方案的取舍不僅取決于每個(gè)塔系本身能耗的高低，而且還取決于不同分離流程所引起的其他工藝部分能耗的變化。分離流程的最終確定必須結(jié)合過程特點(diǎn)對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行分析和計(jì)算，得到全面而正確的結(jié)論。Note：71一、調(diào)優(yōu)合成法OptimizationMethod

以某個(gè)初始的流程為基礎(chǔ)，經(jīng)過一系列修正而合成接近最優(yōu)系統(tǒng)的方法。具體步驟：①利用已有流程或根據(jù)探試規(guī)則確定初步流程；②根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則開發(fā)當(dāng)前流程所允許的結(jié)構(gòu)變化；③對(duì)得到的各種結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行分析，確定替代方案，并選擇其中最優(yōu)的方案作為改進(jìn)方案；④以改進(jìn)的方案為基礎(chǔ)，再進(jìn)行分析，作進(jìn)一步的改進(jìn)，如此反復(fù)進(jìn)行直到不再改動(dòng)為止。72①有效性：根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則所產(chǎn)生的所有分離序列都應(yīng)當(dāng)是可行的；調(diào)優(yōu)規(guī)則，應(yīng)當(dāng)具有下列特性：②完備性：從任意初始流程開始，反復(fù)應(yīng)用調(diào)優(yōu)規(guī)則能產(chǎn)生所有可能的流程；③直觀合理性：根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則所產(chǎn)生的流程與當(dāng)前進(jìn)行調(diào)優(yōu)的流程沒有顯著的區(qū)別。73選擇適宜的最優(yōu)的分離方法時(shí)應(yīng)考慮：Summary（1）可行性（2）產(chǎn)品的價(jià)值（3）產(chǎn)品的損壞（4）過程的優(yōu)缺點(diǎn)（5）分子性質(zhì)（6）經(jīng)驗(yàn)在分離方法和設(shè)備選定后，操作中的波動(dòng)和應(yīng)對(duì)措施也是非常重要的。747.4分離流程的集成

SeparationProcessIntegration7.4.1反應(yīng)精餾ReactiveDistillation

7.4.2-1精餾與萃取的集成

7.4.2-2精餾與膜分離過程的集成

75

化學(xué)吸收化學(xué)萃取反應(yīng)精餾膜反應(yīng)器控制釋放膜生物傳感器分離過程與反應(yīng)過程的耦合76

共沸精餾－萃取共沸精餾－萃取精餾滲透蒸發(fā)－精餾滲透蒸發(fā)－吸附滲透蒸發(fā)－吸收蒸汽滲透－精餾分離過程與分離過程的耦合777.4.1反應(yīng)精餾

ReactiveDistillation787.4.1反應(yīng)精餾在反應(yīng)同時(shí)，用精餾方法分離產(chǎn)物的過程。類型：

（1）利用精餾促進(jìn)反應(yīng)；（2）通過反應(yīng)來促進(jìn)精餾分離。催化精餾：如果反應(yīng)是在固體催化劑上進(jìn)行，將催化劑填充于精餾塔中，它既起加速反應(yīng)的催化作用，又作為填料起分離作用，這種反應(yīng)精餾稱為催化反應(yīng)精餾或催化精餾。797.4.1反應(yīng)精餾既適合于可逆反應(yīng)，也適合于連串反應(yīng)。對(duì)于可逆反應(yīng)：利用產(chǎn)物和反應(yīng)物揮發(fā)度的差異，精餾使產(chǎn)物離開反應(yīng)區(qū)，從而破壞原有的化學(xué)平衡，使反應(yīng)向生成產(chǎn)物的方向移動(dòng)，在一定程度上變可逆反應(yīng)為不可逆，提高轉(zhuǎn)化率，同時(shí)得到高純度產(chǎn)物。例如：乙醇和醋酸的酯化反應(yīng)

CH3COOH+C2H5OH→CH3COOC2H5+H2O

酯、水和醇三元共沸物的沸點(diǎn)低于乙醇與醋酸的沸點(diǎn)，且共沸物中含醋酸乙酯82.6wt.%。將生成的醋酸乙酯不斷從塔頂蒸出，提高反應(yīng)轉(zhuǎn)化率。807.4.1反應(yīng)精餾對(duì)于連串反應(yīng)：A→R→S①S為目的產(chǎn)物一般兩步反應(yīng)的溫度和反應(yīng)速度均不同，傳統(tǒng)方法是將兩個(gè)反應(yīng)分別在兩個(gè)反應(yīng)器中進(jìn)行。反應(yīng)精餾能使兩步反應(yīng)在同一塔設(shè)備的兩個(gè)反應(yīng)區(qū)進(jìn)行，利用精餾作用提供合適的濃度和溫度分布，縮短反應(yīng)時(shí)間，提高收率和產(chǎn)品純度。②R為目的產(chǎn)物利用反應(yīng)精餾的分離作用把產(chǎn)物R盡快移出反應(yīng)區(qū)，從而避免副反應(yīng)。81反應(yīng)精餾工藝條件的影響1.進(jìn)料位置

加料位置決定了精餾段、反應(yīng)段和提餾段的關(guān)系，對(duì)塔內(nèi)濃度分布有強(qiáng)烈的影響。為保證各反應(yīng)物與催化劑充分接觸和有足夠的反應(yīng)停留時(shí)間，通常，揮發(fā)度大的反應(yīng)物在靠近塔的下部進(jìn)料，反之揮發(fā)度小的反應(yīng)物及催化劑在塔的上部進(jìn)料。進(jìn)料位置的確定還要保證有足夠長(zhǎng)度的反應(yīng)段，達(dá)到充分反應(yīng)和分離產(chǎn)物的雙重目的。故確定反應(yīng)精餾塔進(jìn)料位置的原則是：①保證反應(yīng)物與催化劑充分接觸；②保證一定的反應(yīng)停留時(shí)間；③保證達(dá)到預(yù)期的產(chǎn)物的分離。82反應(yīng)精餾工藝條件的影響2.回流比

改變回流比使塔板上液相組成發(fā)生變化而影響反應(yīng)，同時(shí)也改變了液體與催化劑的表面接觸狀況和液體在反應(yīng)段的停留時(shí)間。反應(yīng)精餾回流比的設(shè)計(jì)計(jì)算比普通精餾計(jì)算要復(fù)雜得多，而且對(duì)平衡反應(yīng)和反應(yīng)速率控制的反應(yīng)體系不同。對(duì)一定的分離任務(wù)，回流比一般只能在一定范圍內(nèi)變化。83反應(yīng)精餾工藝條件的影響3.催化劑的充填方式滿足的條件：①催化劑床層具有足夠的自由空間，提供氣液相的流動(dòng)通道，以進(jìn)行液相反應(yīng)和氣液傳質(zhì)，并滿足設(shè)計(jì)允許的塔板壓力降；②具有足夠的表面積進(jìn)行催化反應(yīng)；③允許催化劑顆粒的膨脹和收縮，而不損傷催化劑；④結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單便于更換。84反應(yīng)精餾的局限性①反應(yīng)精餾僅適用于反應(yīng)過程和分離過程可在同一溫度范圍內(nèi)進(jìn)行的工藝，即在催化劑具有較高活性的溫度范圍內(nèi)，反應(yīng)物系能夠進(jìn)行精餾分離。85反應(yīng)精餾的局限性②根據(jù)反應(yīng)物和產(chǎn)物的相對(duì)揮發(fā)度大小，反應(yīng)體系可分為四種類型：產(chǎn)物>或<反應(yīng)物；反應(yīng)物介于產(chǎn)物之間；

產(chǎn)物介于反應(yīng)物之間；

產(chǎn)物反應(yīng)物可采用反應(yīng)精餾867.4.2精餾與其它分離過程的集成IntegrationofDistillationandOtherSeparationOperations87一、精餾與萃取的集成IntegrationofDistillationandExtraction881、萃取-共沸精餾Extraction-AzeotropicDistillation選擇一種溶劑，它既能作為萃取過程的萃取劑，又是共沸精餾的共沸劑，從而避免再加入新的溶劑。89例：萃取-共沸精餾分離醋酸-水溶液

選用醋酸乙酯作為醋酸的萃取溶劑，且其與水形成非均相共沸物，可將醋酸的濃縮與溶劑醋酸乙酯的再生結(jié)合在一個(gè)共沸精餾塔內(nèi)進(jìn)行。90例：萃取-共沸精餾分離醋酸-水溶液Aceticacid+H2OEAEA+acid+H2OH2O+EAAceticacidH2O酯相水相912、加鹽萃取-共沸精餾SaltExtraction-AzeotropicDistillation

利用無機(jī)鹽對(duì)有機(jī)溶劑“鹽析”效應(yīng)提高萃取劑的分配系數(shù)和選擇性，擴(kuò)大不互溶區(qū)域，提高萃取相產(chǎn)物的濃度，從而達(dá)到節(jié)能的效果。92例：加鹽萃取-共沸精餾分離醋酸-水溶液

選擇萃取能力和共沸帶水能力適中的醋酸異丙酯作溶劑，加入NaCl、Na2SO4、MgCl2等鹽后，醋酸的分配系數(shù)提高，同時(shí)三元相圖中兩相區(qū)的范圍和萃取液最高濃度增大；且在相當(dāng)大范圍內(nèi)萃余相中不含溶劑。93表7-5單位醋酸能耗與原料濃度關(guān)系原料醋酸濃度wt％醋酸的熱量消耗，kJ/kg共沸精餾萃取-共沸精餾加鹽萃取-共沸精餾706182.9986463.987609629.8168895.317002.0945014455.198912.4797693.8864021693.478938.8619719.8493033752.938982.41210768.8421%27%94二、精餾與膜分離的集成IntegrationofDistillationandMembraneProcess951、精餾-滲透汽化Distillation-Pervaporation分離對(duì)象：共沸物或近沸物、且兩組分含量接近。MixtureMembranebenzene/cyclohexane親苯膜dimethylcarbonate(DMC)/methanol親甲醇膜ethanol/water親水膜ethyltert-butylether(ETBE)/ethanol親乙醇膜；親水膜isopropanol/water親水膜methylisobutylketone;MIBK/water親水膜methyltert-butylether(MTBE)/methanol親甲醇膜96例1：精餾-滲透蒸發(fā)集成分離MTBE-MeOH醋酸纖維素膜（卷式）減少設(shè)備投資5-20%，降低蒸汽消耗量10-30%。AirProductsandChemicalsInc.,198997例2：精餾-滲透蒸發(fā)集成分離DMC-MeOHItemAzeotropicDistillationDistillation-PervaporationCapitalinvestmentofplant150.060.0Utilitiescost(water,electricity,vapor,etc.)17.14.5Costofmembranes2.1Costofoperation17.16.6表7-7DMC/MeOH分離過程的比較（$10,000）TexacoInc.,USA98例3：酯化反應(yīng)-精餾-滲透蒸發(fā)集成GFTInc.,Ge