恒沸精馏、萃取精馏、反应精馏的区别与应用

1、恒沸精馏

生产中若待分离的物系具有恒沸点，则不能用普通精馏方法实现完全的分离，这时可采用恒沸精馏的方法加以分离。

1）恒沸精馏定义

在待分离的混合液中加入第三组分（称为挟带剂），该组分与原混合液中的一个或两个组分形成新的恒沸液，且其沸点较原组分构成的恒沸液的沸点更低，使组分间相对挥发度增大，从而使原料液能用普通精馏方法予以分离，这种精馏方法称为恒沸精馏。

2）恒沸精馏应用

用苯作挟带剂，从工业乙醇中制取无水乙醇是恒沸精馏的典型例子。

乙醇与水形成共沸物（常压下恒沸点为78.15℃，恒沸物组成为0.984），用普通精馏只能得到乙醇含量接近恒沸组成的工业乙醇，不能得到无水乙醇。在原料液中加入苯后，可形成苯、乙醇及水的三元最低恒沸液，常压下其恒沸点为64.6℃，恒沸物组成为含苯0.544、乙醇0.230、水0.226（均为摩尔分数）。

制取无水乙醇的工艺流程如图。原料液与苯进入恒沸精馏塔1中，塔底得到无水乙醇产品，塔顶蒸出苯-乙醇-水三元恒沸物，在冷凝器4中冷凝后，部分液相回流至塔内，其余的进入分层器5中，上层为富苯层，返回塔1作为补充回流，下层为富水层（含少量苯）。富水层进入苯回收塔2的顶部，塔2顶部引出的蒸气也进入冷凝器4中，底部的稀乙醇溶液进入乙醇回收塔3中。塔3中的塔顶产品为乙醇-水恒沸液，送回塔1作为原料。在精馏过程中，苯是循环使用的，但要损失部分苯，应及时补充。

恒沸精馏流程示意图

1—恒沸精馏塔；2—苯回收塔；3—乙醇回收塔；4—冷凝器；5—分层器

挟带剂的要求：

①形成的新恒沸液沸点低，与被分离组分的沸点差大，一般两者沸点差不小于10℃；

②新恒沸液所含挟带剂少，这样挟带剂用量与汽化量均少，热量消耗低；

③新恒沸液宜为非均相混合物，可用分层法分离挟带剂；

④使用安全、性能稳定、价格便宜等。

2、萃取精馏

1）萃取精馏定义

萃取精馏也是在待分离的混合液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原组分间的相对挥发度而使得组分得到分离。

但不同的是萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点高，且不与组分形成恒沸液。

2）萃取精馏应用

萃取精馏常用于分离相对挥发度接近1的物系（组分沸点十分接近）。例如苯与环己烷的沸点（分别为80.1℃和80.73℃）十分接近，它们难于用普通精馏方法予以分离。若在苯-环己烷溶液中加入萃取剂糠醛（沸点为161.7℃），由于糠醛分子与苯分子间的作用力较强，从而使环己烷和苯间的相对挥发度增大。

下为分离苯-环己烷溶液的萃取精馏流程示意图。原料液从萃取精馏塔1的中部进入，萃取剂糠醛从塔顶加入，使它在塔中每层塔板上与苯接触，塔顶蒸出的是环己烷。为避免糠醛蒸气从顶部被带出，在精馏塔顶部设萃取剂回收段2，用回流液回收。糠醛与苯一起从塔釜排出，送入溶剂回收塔3中，因苯与糠醛的沸点相差很大，故两者容易分离。塔3底部排出的糠醛，可循环使用。

萃取精馏流程示意图

1—萃取精馏塔；2—萃取剂回收段；3—溶剂回收塔

萃取剂的选择：

①选择性好，即加入少量的萃取剂，使原组分间的相对挥发度有较大的提高；

②沸点较高，与被分离组分的沸点差较大，使萃取剂易于回收；

③与原料液的互溶性好，不产生分层现象；

④性能稳定，使用安全，价格便宜等。

3、反应精馏

1）反应精馏定义

工业中多数情况下反应过程和分离过程是在不同的设备中各自进行的。随着科技的发展，反应和分离结合在一个设备中进行，即伴有化学反应的分离过程已日益引起人们的重视。这些过程由于反应和分离的耦合作用，使反应和分离效果得以加强，从而使产品的质量和收率得到提高，同时降低了设备投资。我们将反应与精馏耦合的操作过程称为反应精馏。

反应精馏过程是在一个反应精馏塔中完成的，该过程通过精馏的作用不断分离出反应产物，使反应朝有利于反应产物生成的方向进行，因此反应精馏能使某些化学反应（主要是可逆反应）的速率加快，转化率提高，并抑制副产物生成，从而提高产品的收率和纯度。随着固体催化剂的不断开发，可将固体催化剂制成固定形状装填于精馏塔内，固体催化剂可以同时起化学反应的催化剂和精馏填料的双重作用。这种将非均相催化反应和精馏分离耦合在一起的反应精馏过程，称为催化精馏。

2）反应精馏应用

下图为一个典型的催化精馏工艺流程，甲醇和异丁烯在酸性离子交换树脂上催化反应生成甲基叔丁基醚［分子式为CH3OC（CH3）3，简写为MTBE］。催化精馏塔1是该流程的主塔，它包含精馏段、反应段和提馏段。反应段内填充催化剂，其余两段为精馏段和提馏段，填充惰性填料或使用塔板。操作时甲醇（重组分）从反应器顶部加入，异丁烯（轻组分）从反应段底部加入，两者在反应段内相遇，在催化剂的作用下进行化学反应生成MTBE，同时通过该段的精馏作用将体系中挥发度最小的组分MTBE不断向下移走，从而使化学反应能够较完全地进行。各组分经精馏段和提馏段进一步分离，塔顶蒸出的是未反应的异丁烯和甲醇形成的恒沸物，将它们送至水洗塔2做进一步的处理；塔釜则排出目的产物MTBE。在水洗塔2中用水将恒沸物萃取分离，塔顶出来的是较纯净的异丁烯，返回催化精馏塔1再进行反应；塔釜出来的是甲醇-水溶液，将它们送回甲醇回收塔3。甲醇回收塔3的作用是分离甲醇-水溶液，塔顶馏出甲醇，可返回催化精馏塔1继续反应；塔釜排出水，返回水洗塔2循环使用。

MTBE催化精馏工艺流程

1—催化精馏塔；2—水洗塔；3—甲醇回收塔

反应精馏塔可用于醚化、皂化、酯化、水解、烷基化等多种过程。由于反应精馏包含两个过程，因此，整个过程必须满足两个过程条件。对于反应，必须提供适宜的温度、压力、反应物的浓度分布以及催化剂等；对于精馏，要求反应物与生成物的挥发度相差较大。