萃取精餾、反應精餾、精餾塔的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)

萃取精餾、反應精餾、精餾塔的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)一、萃取精餾（ExtractiveDistillation）萃取精餾是化工工業(yè)中最重要的分離方法之一，作為可選擇性最高的特殊精餾工藝之一，很多人對它的認識并不深刻。今天小編就帶大家了解一下萃取精餾的基本概念及其應用。1.定義向原料液中加入第三組分（稱為萃取劑或溶劑），以改變原有組分間的相對揮發(fā)度而得到分離。與恒沸精餾不同的是萃取劑不與原料液中任何組分形成恒沸物。2.萃取精餾的操作特點為增大被分離組分的相對揮發(fā)度，應使各板液相均保持足夠的添加劑濃度，當原料和萃取溶劑以一定比例加入塔內(nèi)時，必存在某一個最合適的回流比。當不含添加劑的回流過大，非但不能提高餾出液組成，反而會降低塔內(nèi)添加劑的濃度而使分離變得更為困難。同樣，當塔頂回流溫度過低或添加劑加入溫度較低，都會引起塔內(nèi)蒸汽部分冷凝而沖淡各板的添加劑濃度。在設計時，為使精餾段和提餾段的添加劑濃度大致接近，萃取精餾的料液往往以飽和蒸汽的熱狀況加入塔內(nèi)。若為泡點加料，精餾段與提餾段的添加劑濃度不同，應使用不同的相平衡數(shù)據(jù)進行計算。萃取精餾中的添加劑加入量一般較多，沸點又高，精餾熱能消耗中的相當可觀部分用于提高添加劑的溫度。3.萃取精餾裝置的典型流程

主要設備是萃取精餾塔。由于溶劑的沸點高于原溶液各組分的沸點，所以它總是從塔釜排出的。為了在塔的絕大部分塔板上均能維持較高的溶劑濃度，溶劑加入口一定要在原料進入口以上。但一般情況下，它又不能從塔頂引入，因為溶劑入口以上必須還有若干塊塔板，組成溶劑回收段，以便使餾出物從塔頂引出以前能將其中的溶劑濃度降到可忽略的程度。溶劑與重組分一起自萃取精餾塔底部引出后，送入溶劑回收裝置。一般用蒸餾塔將重組分自溶劑中蒸出，并送回萃取精餾塔循環(huán)使用。一般，整個流程中溶劑的損失是不大的，只需添加少量新鮮溶劑補償即可。例如，從烴類裂解氣的碳四餾分分離丁二烯時，由于碳四餾分的各組分間沸點相近及相對揮發(fā)度相近的特點，而且丁二烯與正丁烷還能形成共沸物，采用普通的精餾方法是難以將丁二烯與其它組分加以分離的。如果采用萃取精餾的方法，在碳四餾分中加入乙腈做萃取劑，則可增大組分間的相對揮發(fā)度，使得用精餾的方法能將沸點相近的丁二烯、丁烷和丁烯分離。碳四餾分經(jīng)過脫碳三、和碳五餾分后，進入丁二烯萃取劑精餾塔，在萃取劑乙腈的存在下，使丁二烯（包括少量的炔烯）、乙腈與其它組分分開，從塔釜采出并進入解析塔，在此塔中，丁二烯、炔烯從乙腈中解析出來，萃取劑循環(huán)使用。丁二烯、炔烯進入炔烯萃取精餾塔，丁二烯從塔頂逸出，經(jīng)水洗，得到成品丁二烯。4.萃取精餾的注意事項由于加入的萃取劑是大量的（一般要求xs>0.6）,因此塔內(nèi)下降液量遠大于上升蒸汽量，造成汽液接觸不佳，設計時要考慮塔板及流體動力情況。由于組分間相對揮發(fā)度是借助萃取劑的加入量來調(diào)節(jié)，當塔頂產(chǎn)品不合格時，不能采用加大回流的辦法調(diào)節(jié)，一般調(diào)節(jié)方法：①加大萃取劑用量；②減少進料量，同時減少塔頂產(chǎn)品的采出量；在決定塔徑及設計塔板結(jié)構(gòu)時，除了按照蒸汽量計算外，還應注意液流中有較大量的萃取劑。5.萃取劑的選擇萃取精餾的添加劑(又稱萃取劑)的選擇原則是：①選擇性高，即加入少量添加劑就可大幅度增加組分間的相對揮發(fā)度；②揮發(fā)度小，即具有比料液組分高得多的沸點；③與原料液有足夠的互溶度，在塔板上不出現(xiàn)液體分相現(xiàn)象；④來源充足,價格便宜,水和某些極性有機化合物是最常用的添加劑。6.適用范圍萃取精餾主要用于那些加入添加劑后，因相對揮發(fā)度增大所節(jié)省的費用，足以補償添加劑本身及其回收操作所需費用的場合。萃取精餾最初用于丁烷與丁烯以及丁烯與丁二烯等混合物的分離。目前，萃取精餾比恒沸精餾更廣泛地用于醛、酮、有機酸及其他烴類氧化物等的分離。7.萃取精餾與恒沸精餾相比較①萃取劑比挾帶劑易于選擇。②萃取劑在精餾過程中基本上不汽化，萃取精餾的耗能量較恒沸精餾少。③萃取精餾過程中，萃取劑加入量的變動范圍較大，在恒沸精餾中適宜的挾帶劑量多為一定。所以萃取精餾操作較靈活，易控制。④萃取精餾不宜采用間歇操作，而恒沸精餾可以采用間歇操作方式。⑤恒沸精餾操作溫度較萃取精餾低，所以恒沸精餾適用于分離熱敏性溶液。8.萃取精餾在實際中的應用化學及石油化工等領域中，萃取精餾主要用于兩個方面：一是沸點相近的烴的分離，如最典型的丁烯與丁二烯的分離，兩者沸點相差只有2℃，相對揮發(fā)度為1.03；二是共沸物的分離，如甲醇-丙酮、乙醇-乙酸乙酯以及乙醇和醋酸等有機物水溶液。萃取精餾的優(yōu)點是增加了被分離組分之間的相對揮發(fā)度，使難分離物系的分離能夠進行；缺點是加入的萃取劑量較大，增大了分離過程的能耗。因此，對萃取精餾進行改進，對強化分離過程具有重要意義。①芳烴分離過程在芳烴回收方面，液液萃取技術已經(jīng)有很長的使用歷史，液液萃取技術基于組分的極性，來影響組分間的分離，而對于沸點的影響較小。因為受到溶劑選擇的限制，對于較寬沸點混合料的分離，采用萃取精餾很難實現(xiàn)，早先它只能對窄沸點物料使用，如采用N-甲基吡咯烷酮或N-甲酰嗎啉作為溶劑進行的C6和C7物料的分離過程。然而，隨著萃取精餾技術的發(fā)展，采用混合溶劑進行的萃取精餾解決了以上問題。美國GTC技術公司的GT-BTX技術具體體現(xiàn)了現(xiàn)代萃取精餾技術在混合芳烴(苯、甲苯、二甲苯)分離過程中的應用。與傳統(tǒng)混合芳烴分離過程相比，GT-BTX工藝具有投資成本低、所需設備單元數(shù)少、溶劑性能優(yōu)異、產(chǎn)品被污染的風險小、產(chǎn)品回收率高、純度高，同時能量消耗低、操作彈性大。經(jīng)過工業(yè)化(120萬t/a)技術經(jīng)濟指標的考核，苯和甲苯的純度分別達到99.995%和99.99%?？偡紵N回收率高于99.19%，溶劑中抽余液和萃取液的質(zhì)量分數(shù)小于10-6，每千克進料的能量消耗為798kJ。②催化裂化汽油的脫硫催化裂化(FCC)汽油中所含的硫化物中50%～60%(質(zhì)量分數(shù))是噻吩及其烷基衍生物，其余為硫醇及其他硫化物。在催化裂化條件下噻吩化合物穩(wěn)定性較強，國外公司普遍采用加氫脫硫方法，為了進一步降低汽油中的硫含量，目前采取的措施是提高加氫處理能力。加氫有利于進行燃料中脫硫處理，但是它存在運行費用高、深度加氫將降低汽油辛烷值等缺點。根據(jù)油品所含硫化物的特點，目前普遍采用催化氧化、絡合法、催化吸附、生物法、溶劑萃取和堿洗法等進行油品中硫化物脫除。在這些方法中，萃取精餾技術具有其自身優(yōu)勢，在處理FCC汽油時，該工藝技術采用一種可以改變進料中非芳烴組分(含烯烴)和噻吩化合物相對揮發(fā)度的溶劑，在萃取噻吩化合物的同時，也萃取其他芳烴硫化物(由于這些化合物的強極性)，而不含烯烴的組分進入加氫系統(tǒng)進行處理。采用萃取精餾和堿洗法，具有無辛烷值損失、加氫負荷低、可處理較寬范圍硫含量的裂解料、操作彈性大的特點。通過在加氫前加入萃取精餾，解決了傳統(tǒng)工藝中存在的問題，芳烴中的噻吩硫化物被高選擇性的溶劑萃取，減少了抽余液中的烯烴含量，低硫、高烯烴的抽余液可以直接與含10×10-6噻吩硫的汽油摻混。而高含量的硫醇在進料或抽余液中可以采用傳統(tǒng)的堿洗方式進行處理，這樣總的硫含量很容易降低到(5～110)×10-6，同時不用降低辛烷值。③裂解汽油回收和苯乙烯提純裂解汽油副產(chǎn)品中含有豐富的石油化工化合物，如果對其進行提純并加以充分利用，將產(chǎn)生相當大的經(jīng)濟效益。由于這些組分沸點接近，形成了絡合物，采用傳統(tǒng)分離方法很難將其分離。而萃取精餾技術的發(fā)展為其提供了可能，萃取精餾技術通常用于從裂解汽油的輕組分中提純丁二烯和異戊二烯，實際上也可以用于從C8料中有效分離苯乙烯。傳統(tǒng)的裂解過程存在一個加氫工藝步驟，該步驟中一方面存在結(jié)焦問題，同時，反應也需要大量的氫源。近年研究表明，苯乙烯是結(jié)焦的根源之一，降低苯乙烯含量是解決結(jié)焦較好的方法。采用混合溶劑進行的萃取精餾技術，可以以較小的成本實現(xiàn)苯乙烯的提取，因此，萃取精餾技術應用一方面使得苯乙烯從燃料產(chǎn)品轉(zhuǎn)化為石化產(chǎn)品，價值得到提升。另外，加氫處理氫消耗減少，結(jié)焦問題得到解決。

二、反應精餾（ReactiveDistillation）反應精餾工藝的出現(xiàn)，徹底改變了長期以來人們對反應和分離過程的傳統(tǒng)認識，它使化學反應過程和精餾分離的物理過程結(jié)合在一起，是伴有化學反應的新型特殊精餾過程。關于反應精餾:

在進行反應的同時用精餾方法分離出產(chǎn)品的過程。可以是為提高分離效率而將反應與精餾相結(jié)合的一種分離操作；也可以是為了提高反應轉(zhuǎn)化率而借助于精餾分離手段的一種反應過程。反應精餾的原理：

對于可逆反應，當某一產(chǎn)物的揮發(fā)度大于反應物時，如果將該產(chǎn)物從液相中蒸出，則可破壞原有的平衡，使反應繼續(xù)向生成物的方向進行，因而可提高單程轉(zhuǎn)化率，在一定程度上變可逆反應為不可逆反應。反應精餾技術的應用：

應用很廣泛，例如酯化、酯交換、皂化、胺化、水解、異構(gòu)化、烴化、鹵化、脫水、乙?；拖趸确磻?，具體反應舉例見下表：反應精餾僅適用于反應過程和反應組分的蒸餾分離可以在同一溫度條件下進行的化學反應。如果反應組分之間存在有恒沸現(xiàn)象，或者反應物與產(chǎn)物的沸點非常接近時，反應精餾技術則不適用。已經(jīng)達到商業(yè)規(guī)?；蛘哌M行過實驗室研究的工業(yè)上，重要的反應精餾過程主要包括以下反應類型：1、烷基化乙烯與苯烷基化的RD塔由二部分組成，上部填裝特殊設計的捆扎包內(nèi)裝Y型分子篩，下部安裝精餾塔板，乙烯從催化劑層底部進料，苯從回流罐進塔，過程的特點是反應溫度受飽和點溫度制約，避免反應區(qū)熱點的生成，提高了催化劑的壽命，副產(chǎn)物二乙丙苯和三異丙苯返回RD塔，與苯進行烯烴轉(zhuǎn)移反應生成更多的異丙苯，消除了大量苯的循環(huán)，反應熱有效利用。與傳統(tǒng)工藝比較，RD過程節(jié)能50%，投資降低25%。但是催化劑的活性和選擇性相差較大，因此必須開發(fā)出適合的催化劑。2、疊合過程采用反應精餾技術可使烯烴分子有選擇的疊合，因為精密的溫度控制和反應段的寬分布將減少非理想產(chǎn)品的二聚物、三聚物或高聚物的生成，丁烯疊合的反應精餾工藝目前已獲工業(yè)許可。3、烯烴選擇性加氫已經(jīng)證明，反應精餾可使不需要的烯烴雜質(zhì)選擇加氫，使其失去化學活性或不有利于精餾分離去除。目前，可應用反應精餾技術的有：丁二烯、戊二烯及己二烯選擇性加氫。4、酯轉(zhuǎn)移某些化學反應所使用的酸具有腐蝕性。為了避免酸性腐蝕，可以以酯的形式引入酸。例如，甲酸甲酯分解會生成甲酸和甲醇，而甲酸一旦形成就被平衡反應消耗掉，這樣避免了甲酸的腐蝕。5、氧化脫氫如有合適的催化劑，就可使異丁烷氧化脫氫生成異丁烯。6、醚化反應甲基叔丁基醚(MTBE)是應用RD技術第一個取得工業(yè)成功的產(chǎn)品，該過程與傳統(tǒng)流程相比具有無反應器的外部循環(huán)和冷卻;通過預反應有效脫除催化劑毒物，延長催化劑的使用壽命；充分利用反應放出的熱量，反應物轉(zhuǎn)化率高以及產(chǎn)品純度高等特點。7、酯化和水解乙酸甲酯(MeOAc)合成與水解的催化精餾工藝是近年來國內(nèi)外研究和開發(fā)的熱門話題，由于乙酸和甲醇的酯化受化學平衡的限制，且物系中有多個共沸物，故傳統(tǒng)流程十分復雜，需多個反應器和精餾塔。▲醋酸甲酯反應精餾塔由1983年Estman化學公司開發(fā)的反應精餾工藝。8、其它反應其它有可能利用反應精餾方法的領域包括：氧化，電化學，合成氣反應，從醇和氨選擇性地生產(chǎn)胺，羧基化反應。除此之外，通過引入第三組分(即反應夾帶劑)，反應精餾技術就能用于分離沸點極為接近的混合物。如：分離C1芳烴，氯苯胺。甲基吡啶等同分異構(gòu)體的混合物。幾種反應精餾流程：反應A←→C，若產(chǎn)物比反應物易揮發(fā)αC＞αA，進料位置在塔下部或塔釜。反應A←→C，若反應物比產(chǎn)物易揮發(fā)αA

＞αC，進料位置在塔上部或塔頂。反應A←→C＋D或A→C→D，C為目的產(chǎn)物，相對揮發(fā)度αC＞αA

＞αD。反應A+B←→C+D，反應物的揮發(fā)度介于兩產(chǎn)物之間，αC＞αA＞αB

＞αD。反應A+B←→C+D，相對揮發(fā)度，αA＞αB

＞αC＞αD。工業(yè)上一個典型的催化精餾過程，甲醇和異丁烯在強酸性離子交換樹脂上催化反應生成甲基叔丁基醚（簡寫為MTBE）:幾種催化精餾流程的反應段位置：三、精餾塔的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)1.精餾操作中怎樣調(diào)節(jié)塔的壓力？影響塔壓變化的因素是什么？塔的壓力是精餾塔主要的控制指標之一。任何一個精餾塔的操作，都應把塔壓控制在規(guī)定的指標內(nèi)，以相應地調(diào)節(jié)其它參數(shù)。塔壓波動過大，就會破壞全塔的物料平衡和氣液平衡，使產(chǎn)品達不到所要求的質(zhì)量。所以，許多精餾塔都有其具體的措施，確保塔壓穩(wěn)定在適宜范圍內(nèi)。

對于加壓塔的塔壓，主要有以下兩種調(diào)節(jié)方法。①塔頂冷凝器為分凝器時，塔壓一般是靠氣相采出量來調(diào)節(jié)的。在其它條件不變的情況下，氣相采出量增大，塔壓下降；氣相采出量減小，塔壓上升。②塔頂冷凝器為全凝器時，塔壓多是靠冷劑量的大小來調(diào)節(jié)，即相當于調(diào)節(jié)回流液溫度。在其它條件不變的前提下，加大冷劑量，則回流液的溫度降低，塔壓降低；若減少冷劑量，回流液溫度上升，塔壓上升。對于減壓精餾塔的壓力控制，主要有以下兩種方法。①當塔的真空借助于噴射泵獲得時，可以用調(diào)節(jié)塔頂冷凝器之冷劑量或冷劑溫度從而改變尾氣量的方法來調(diào)節(jié)塔的真空度。

當被分離的物料允許與空氣接觸時，在此控制方案中，蒸汽噴射泵在最大的能力下工作，調(diào)節(jié)閥裝在通大氣的管線上，用調(diào)節(jié)閥開度的大小，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的尾氣抽氣量，從而達到調(diào)節(jié)塔的真空度的目的。②當采用電動真空泵抽真空時，調(diào)節(jié)閥裝在真空泵的回流管線上，用調(diào)節(jié)閥開度的大小來調(diào)節(jié)系統(tǒng)的尾氣抽出量，從而調(diào)節(jié)塔的真空度。對于常壓塔的壓力控制，主要有以下三種方法。①對于塔頂壓力的穩(wěn)定性要求不高的情況下，無需安裝壓力控制系統(tǒng)，應當在精餾設備（冷凝器或回流罐）上設置一個通大氣的管道，以保證塔內(nèi)壓力接近于大氣壓。②對于塔頂壓力的穩(wěn)定性要求較高或被分離的物料不能和空氣接觸時，塔頂壓力的控制可采用加壓塔加壓的控制方法。以上調(diào)節(jié)塔壓的方法未考慮不凝氣實際需分析來調(diào)節(jié)塔的氣相壓力。2.精餾操作中怎樣調(diào)節(jié)釜溫？影響釜溫波動的因素是什么？釜溫是由釜壓和物料組成決定的。精餾過程中，只有保持規(guī)定的釜溫，才能確保產(chǎn)品質(zhì)量。因此釜溫是精餾操作中重要的控制指標之一。當釜溫變化時，通常采用改變再沸器的加熱蒸汽量，將釜溫調(diào)節(jié)至正常。當釜溫低于規(guī)定值時，應加大蒸汽用量，以提高釜液的氣化量，使釜液中重組分的含量相對增加，泡點提高，釜溫提高。當釜溫高于規(guī)定值時，應減少蒸汽用量，以減少釜液的氣化量，使釜液中輕組分的含量相對增加，泡點降低，釜溫降低。釜溫波動的原因比較多。當塔壓突然升高時，釜溫會隨之升高，而后又下降。這種釜溫的升高是因為壓力升高引起了釜液泡點的升高所致。因而，塔內(nèi)的上升蒸氣量不但不會增加，反而還會因為壓力的升高而減少；這樣，塔釜混合液中輕組分的蒸出就不完全，將導致釜液泡點的下降，因而使釜溫又隨之下降。反之，當塔壓突然下降時，塔內(nèi)的上升蒸氣量會因塔壓的降低而增加，造成塔釜液面的迅速降低，這樣重組分可能被帶至塔頂。隨著釜液中組分的變重，釜液的泡點升高，釜溫也會隨之升高。由此看來，塔壓是引起釜溫變化的重要因素。因此，操作中只有首先把塔壓控制在要求的指標上，才能確切地知道釜溫是否符合工藝要求，否則會導致錯誤的操作。釜溫也會隨著進料中輕組分濃度的增加而降低，重組分濃度的增加而升高。另外，釜中有水、再沸器中物料聚合堵塞了部分列管、加熱蒸汽壓力的波動、調(diào)節(jié)閥的失靈、物料的平衡采出受到破壞等，都能引起釜溫的波動。釜溫波動時，要分析引起波動的原因，加以消除。例如，塔頂采出量過小，使輕組分壓入塔釜而引起釜溫下降。此時若不增加塔頂采出，單純地加大塔釜加熱蒸汽的用量，不但對釜溫沒有作用，嚴重時還會造成液泛。又如，再沸器的列管因物料聚合而堵塞，致使釜溫下降，此時，應停車對設備進行檢修。3.在精餾操作中怎樣調(diào)節(jié)回流比？回流比是根據(jù)對原料的分離要求確定的?；亓鞅冗^大或過小，都會影響精餾操作的經(jīng)濟性和產(chǎn)品的質(zhì)量。加大回流比，可使塔頂產(chǎn)品中的輕組分濃度增加，但是，卻減小了塔的生產(chǎn)能力，也使塔頂冷量、塔釜熱量的消耗增大。在正常操作中應保持適宜的回流比，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，爭取最好的經(jīng)濟效果。只有在塔的正常生產(chǎn)條件受到破壞或產(chǎn)品質(zhì)量不合格時，才能調(diào)節(jié)回流比。例如，塔頂產(chǎn)品中重組分含量增加，質(zhì)量下降，要適當增大回流比。塔的負荷（進料量）過低，為了保證塔內(nèi)一定的上升蒸氣速度，也要適當增大回流比。對于大型的生產(chǎn)裝置，當不同類型的塔板結(jié)構(gòu)與上升蒸氣速度的要求及儀表的設計工作范圍與實際生產(chǎn)量的大小產(chǎn)生矛盾時，可以相應地適當改變回流比。又如浮閥塔板，如果處理能力只有設計能力的50-60%時，為了使浮閥在適宜范圍內(nèi)工作，為了讓儀表的測量范圍在適宜的工作范圍內(nèi)，應采取加大回流比來保證生產(chǎn)的穩(wěn)定，這對大型生產(chǎn)裝置維持必要的穩(wěn)定生產(chǎn)是極為重要的。調(diào)節(jié)回流比的方法可有如下幾種：①減少塔頂采出量以增大回流比。②塔頂冷凝器為分凝器時，可增加塔頂冷劑的用量，以提高凝液量，增大回流比。③有回流液中間貯槽的強制回流，可暫時加大回流量，以提高回流比，但不得將回流貯槽抽空4.在精餾操作中怎樣調(diào)節(jié)塔的壓差？塔壓差是衡量塔內(nèi)氣體負荷大小的主要因素，也是判斷精餾操作的進料、出料是否均衡的重要標志之一。在進料、出料保持平衡，回流比不變的情況下，塔壓差基本上是不變的。當正常的物料平衡遭到破壞，或塔內(nèi)溫度、壓力改變時，都會造成塔內(nèi)上升蒸氣流速的改變，以及塔板液封高度的改變，從而引起塔壓差的變化。精餾操作中，要針對引起塔壓差變化的原因相應地進行調(diào)節(jié)，常用的方法有三種。①在進料量不變的情況下，用塔頂?shù)囊合嗖沙隽縼碚{(diào)節(jié)塔壓差。產(chǎn)品采出多，則塔內(nèi)上升蒸氣的流速減小，塔壓差下降；采出量減少，塔內(nèi)上升蒸氣的流速增大，塔壓差上升。②在采出量不變的情況下，用進料量來調(diào)節(jié)塔壓差。進料量加大、塔壓差上升；進料量減小，塔壓差下降。③在工藝指標許可的范圍內(nèi)，通過釜溫的變化來調(diào)節(jié)塔壓差。提高釜溫，塔壓差上升；降低釜溫，塔壓差下降。對于因設備問題造成的壓差變化，應具體問題具體對待，嚴重時應停車檢修。5.在精餾操作中怎樣調(diào)節(jié)塔頂溫度？塔頂溫度是決定塔頂產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素。在塔壓不變的前提下，頂溫升高，塔頂產(chǎn)品中的重組分含量增加，質(zhì)量下降。塔頂