9.3.1 甲醇精制分离的基础知识
1.多组分精馏流程方案的选择
工业上常遇到多组分精馏。根据挥发度的差异,可将各组分逐个分离。
对n个组分的混合液进行精馏分离为n个高纯度的产品时,需要n-1个精馏塔。因为一个精馏塔只能分离出一个高纯度的产品,最后一个精馏塔才能分得两个高纯度产品。这样,利用多个精馏塔就可以通过不同的方案组织产生多种流程。工业上多组分精馏流程的选择不仅要考虑经济上的优化,即使设备费用与操作费用之和最少,还要兼顾所分离混合物的各组分性质(如热敏性、聚合结焦倾向等)及对产品纯度的要求。通常可按如下规则制定多组分精馏流程的初选方案:
(1)首先把进料组分按摩尔分数接近0.5∶0.5进行分离;
(2)当进料各组分摩尔分数相近且按挥发度排序两两间相对挥发度相近时,可按把组分逐一从塔顶取出的顺序排列流程;
(3)当进料各组分按挥发度排序两两间相对挥发度差别较大时,可按相对挥发度递减的顺序排列流程;
(4)当进料各组分摩尔分数差别较大时,按摩尔分数递减的顺序排列流程;(https://www.daowen.com)
(5)产品纯度要求高的组分留在最后分离。
必须根据具体情况对多组分精馏方案做经济比较,从而决定合理的流程。
2.多组分精馏的关键组分
在多组分精馏中,不能全部规定塔顶和塔底产品中各组分的含量,而只能分别规定其中一个组分。因为在精馏塔分离能力一定的条件下,当塔顶与塔底产品中规定某一组分的含量达到要求时,其他组分的含量将在相同条件下按其挥发度的大小被相应地确定。
为简化塔顶和塔底产品中各组分含量的估算,常使用关键组分的概念。所谓关键组分就是在进料中选取两个组分(大多数情况下是挥发度相邻的两个组分),它们对多组分的分离起着控制作用。挥发度大的关键组分被称为轻关键组分(l),为达到分离要求,规定它在塔底产品中的含量不能大于某个给定值。挥发度小的关键组分被称为重关键组分(h),为达到分离要求,规定它在塔顶产品中的含量不能大于某个给定值。必须指出的是,对于同样的进料、不同的分离方案而言,关键组分是不同的。
3.清晰分割法
当选取的关键组分按挥发度排序是两个相邻组分,而且两者挥发度差异较大,同时分离要求也较高,即塔顶重关键组分摩尔分数和塔底轻关键组分摩尔分数被控制得都较低时,可以认为比轻关键组分还易挥发的组分(简称轻组分)全部从塔顶蒸出,在塔釜中含量极小,可以忽略;比重关键组分还难挥发的组分(简称重组分)全部从塔釜排出,在塔顶中含量极小,可以忽略。这样多组分精馏可简化为双组分精馏处理。