共沸精馏

　　共沸精馏是利用不同组份在气-液两相间的分配，通过多次气液两相间的传质和传热来达到分离的目的。对于不同的分离对象，共沸精馏方法也会有所差异。

共沸精馏

　　共沸精馏是分离液体混合物的一种方法，广泛应用于化工、炼油等工业中。当待分离的两个组分为共沸溶液体系或它们的挥发度非常接近时，采用普通精馏方法难以达到分离目的或所需要的理论板数非常多，且回流比亦较大，使设备费用和操作费用过大而不经济，此时可采用共沸精馏。

　　共沸精馏是向共沸溶液中加入第三组分，使该组分能与原有溶液中的一个或多个组分形成共沸物，且这种新共沸物的挥发度显著地高于或低于原有各组分的挥发度，则新共沸物中各组分的含量与原料液组成不同，可采用普通精馏方法予以分离。

共沸精馏的特点

　　①共沸精馏所用的共沸剂必须与待分离组分的一个或两个形成共沸物，因此可供选择的共沸剂有限。

　　②共沸精馏的共沸剂大都从塔顶蒸出，消耗热能较大，只有当共沸物中共沸剂的含量甚少，与共沸剂形成共沸物的组分在原料中含量也少时，共沸精馏的操作才比较经济。

　　③共沸精馏即可用于连续操作也可用于间歇操作。

　　④在同样压力下操作，共沸精馏的操作温度较低，比其它精馏更适于分离热敏性物料。

共沸精馏的分类

　　根据所形成的共沸物能否分离为不互溶的两个液相，共沸精馏分为均相共沸精馏和非均相共沸精馏。

　　1、均相共沸精馏

　　分离二元均相共沸物常用的方法是通过加入一种共沸剂，使其改变原混合物的性质，再进行三元物系的分离。当共沸剂与原溶液中某组分形成二元共沸物时，三元物系的泡点温度面上会出现脊(谷)，致使稳态精馏塔内浓度分布呈复杂状况，精馏产物的分布局限在某一浓度区域内而背离一般的精馏规律，称这种现象为精馏分区。

　　共沸精馏分区特性将成为设计分离流程和确定精馏工艺条件时不可回避的问题。从精馏塔温度分布具有单调性的角度出发，人们曾一度认为泡点温度面上的脊和谷是精馏分区的边界，简单蒸馏的剩余曲线和连续精馏沿塔高的浓度分布曲线均不会通过脊(谷)。

　　仅在近几年，一些研究者才在理解共沸精馏产物分区性质方面做一些工作，但还未见有关浓度分布通过脊(谷)的实验研究报道。

　　2、非均相共沸精馏

　　非均相间歇共沸精馏是间歇精馏和共沸精馏的耦合过程，具有设备简单、可单塔分离多组分混合物和通用性强的优点。非均相共沸精馏由于在塔顶有富含共沸剂回流，可以降低回流比，共沸剂的用量远远小于萃取精馏，同时还可能完成在萃取精馏中不能完成的分离任务。

　　非均相共沸精馏的主要设备是精馏塔、塔顶冷凝器和分相器。共沸物可以在分相器中分为两个不互溶的液层:富含共沸剂的液层回流;另一液层采出，从而以很经济的方式实现了共沸物的分离。

　　与均相共沸精馏相比，非均相间歇共沸精馏在分相器中实现液液分层，可以减小共沸剂回收塔的工作，特殊情况下还可实现单塔操作。与连续非均相共沸精馏比较，它具有比较灵活的回流比操作策略，具有更大的操作弹性。

　　但是，由于各参数随时间变化和液液平衡计算的困难，以及复杂的回流控制等多方面的原因，导致了设计、模拟和控制的难度，使该过程在被广泛应用的同时，人们对它的认识不如对共沸物精馏的均相过程和连续过程那么深入，相关的文献报道很少。

共沸剂的选择

　　共沸剂的选择对共沸精馏分离过程的效果影响极大。选择共沸剂，首先要考虑共沸剂的选择性要大。此外，还应考虑以下几个方面:

　　①共沸剂能显著影响待分离系统中关键组分的汽液平衡关系。

　　②共沸剂至少与待分离系统中一个或两个(关键)组分形成两元或三元Z低共沸物，而且希望此共沸物比待分离系统中各纯组分的沸点或原来的共沸点低10℃以上，否则难以实现精馏分离。

　　③为使分离流程比较简单，共沸剂回收容易，选用能生成非均相共沸物的共沸剂。

　　④在所形成的共沸物中，共沸剂的比例愈少愈好，汽化潜热愈多愈好。这样不仅可减少共沸剂用量，提高共沸剂效率;也可减少循环量，以降低蒸发所需的热量及冷凝所需冷却的量。

　　⑤共沸剂易于回收利用。一方面希望形成非均相共沸物，可以减少分离共沸物的操作;另一方面，在溶剂回收塔中，应该与其它物料有相当大的挥发度差异。

　　⑥共沸剂廉价、来源广、无毒性、热稳定性好和腐蚀性小等。

共沸精馏的应用

　　共沸精馏的关键在于共沸剂的选择，选择好的共沸剂是提高共沸精馏生产能力和降低能耗的有效途径。近年来，国内外研究人员考察了不同共沸剂在精馏中的应用。

　　精对苯二甲酸(PTA)是合成聚酯的重要原料，是以对二甲苯(PX)为原料，醋酸为溶剂，在一定温度和压力下用空气氧化生成。为保证反应的顺利进行，必须及时从系统中移走氧化反应产生的水，同时尽可能从水中回收醋酸，降低醋酸消耗。

　　有学者利用化工流程模拟软件AspenPlus模拟了精对苯二甲酸(PTA)装置中醋酸脱水共沸精馏系统，系统研究了醋酸甲酯(MA)对该过程能耗的影响。研究表明，MA会在脱水塔内累积，进料中MA含量增多将导致脱水塔负荷直线增加。在脱水塔塔顶和分相器之间设置部分冷凝装置，将含较多MA的气相引至回收塔，可大大减少MA在系统内的循环量，从而有效降低脱水塔能耗。

　　为了分离乙醇-异丙醇混合物，研究了共沸精馏在乙醇-异丙醇物系中的应用，有学者根据共沸剂的选取原则选定出1-己烯作为共沸精馏分离乙醇-异丙醇混合物的共沸剂，并通过间歇共沸精馏实验考察了所选共沸剂的分离效果。结果表明：使用1-己烯作为共沸剂能成功的分离乙醇-异丙醇混合物;塔釜异丙醇的质量分数能达到99.77%。

　　有学者运用Aspen Plus对醋酸-丁烯醛-水体系共沸精馏分离醋酸-丁烯醛进行了模拟计算并分析了原料进料位置、共沸剂进料位置、回流比、进料比等参数变化对醋酸-丁烯醛-水体系共沸精馏分离效果与能耗的影响，并进行了参数优化。结果表明，原工艺经参数优化后，可较大程度降低能耗，同时提高分离效果。

　　共沸精馏能有效分离挥发度小于1.05的物系或沸点差小于3 ℃的物系，但所加共沸剂必须与待分离组分形成共沸物，共沸剂的选择条件苛刻，因此，开发易分离回收、汽化潜热低、用量少、无毒无腐蚀的共沸剂将是共沸精馏的研究方向。