1、蒸馏技术现状与发展方向蒸馏技术现状与发展方向 主要内容主要内容一、概述一、概述二、二、蒸馏分离工程的特点蒸馏分离工程的特点三、学科特点三、学科特点四、蒸馏过程的传质动力学研究四、蒸馏过程的传质动力学研究五、过程强化五、过程强化六、发展方向六、发展方向概概 述述 蒸馏蒸馏是在气液两相逐级流动和接触时进行穿越界面的质量和热是在气液两相逐级流动和接触时进行穿越界面的质量和热量传递量传递,并实现混合物分离纯化的化工单元操作过程。作为当代工业并实现混合物分离纯化的化工单元操作过程。作为当代工业应用最广的分离技术应用最广的分离技术,目前已具有相当成熟的工程设计经验与一定的目前已具有相当成熟的工程设计经验与
2、一定的基础理论研究基础理论研究,并发展出了以蒸馏为基础的许多新型复合传质分离技并发展出了以蒸馏为基础的许多新型复合传质分离技术。术。概概 述述 随着石油化工、化学工业、环境化工等领域的不断发展和兴起，随着石油化工、化学工业、环境化工等领域的不断发展和兴起，使得蒸馏分离过程的大处理量、连续化操作优势得以充分发挥，但使得蒸馏分离过程的大处理量、连续化操作优势得以充分发挥，但是作为高能耗的分离过程，在大型工业化生产过程中无法避免地遇是作为高能耗的分离过程，在大型工业化生产过程中无法避免地遇到产品的到产品的高纯度高纯度与与高能耗高能耗的矛盾。所以，在产品达到的矛盾。所以，在产品达到高纯分离高纯分离的的
3、同同时时又能又能减低能耗减低能耗就成为蒸馏学科和工程研究开发的主要目标。就成为蒸馏学科和工程研究开发的主要目标。蒸馏技术用于混合物分离的优势与劣势蒸馏技术用于混合物分离的优势与劣势优势：基础较扎实，工程设计经验成熟；优势：基础较扎实，工程设计经验成熟； 大处理量、连续化操作性能强。大处理量、连续化操作性能强。劣势：微观、亚微观层次的研究不足；劣势：微观、亚微观层次的研究不足；高能耗，且分离纯度越高能耗越高。高能耗，且分离纯度越高能耗越高。概概 述述 蒸馏传质分离过程具有极高的蒸馏传质分离过程具有极高的复杂性复杂性,它涉及塔板它涉及塔板(或填料表面或填料表面)上上气液两相流动的相互影响、气泡表面
4、流型结构的转化、穿越气液界气液两相流动的相互影响、气泡表面流型结构的转化、穿越气液界面的质量和热量传递之间的相互耦合、气泡的聚并和分裂与塔板流面的质量和热量传递之间的相互耦合、气泡的聚并和分裂与塔板流动气泡表面流型的变化以及界面传质和传热等的密切关联等。动气泡表面流型的变化以及界面传质和传热等的密切关联等。1 2 3 n n+1 概概 述述 但是但是,至今关于气液两相界面相变传质和传热及气泡群传质动力至今关于气液两相界面相变传质和传热及气泡群传质动力学规律仍处于宏观的和热力学平衡水平上的研究学规律仍处于宏观的和热力学平衡水平上的研究,尚未发展出能够比尚未发展出能够比较准确表示过程传递的理论预测
5、方法。例如塔板效率或传质系数的较准确表示过程传递的理论预测方法。例如塔板效率或传质系数的确定仍需要经验关联式或实验测定确定仍需要经验关联式或实验测定,从而导致工程设计从而导致工程设计安全系数较大安全系数较大的设备和的设备和能量的很大浪费。能量的很大浪费。概概 述述 所以说所以说,从总体上看从总体上看蒸馏学科蒸馏学科目前仍然处于目前仍然处于半经验半经验阶段。阶段。概概 述述 造成蒸馏学科理论研究滞后于实际应用的造成蒸馏学科理论研究滞后于实际应用的主要原因主要原因：一一是过程本身是过程本身的复杂性，的复杂性，二二是理论和实验研究手段的不充分。如过去一直采用是理论和实验研究手段的不充分。如过去一直采
6、用稳稳态态(或拟稳态或拟稳态)和和热力学平衡级热力学平衡级的方法，对于过程中涉及界面的传质的方法，对于过程中涉及界面的传质动力学行为、气泡聚并和分裂与过程传递和流动相关的本质等机理动力学行为、气泡聚并和分裂与过程传递和流动相关的本质等机理研究不够深入研究不够深入;概概 述述 此外，现有的测试手段无法进行气液两相传递和运动规律的此外，现有的测试手段无法进行气液两相传递和运动规律的动态动态跟踪跟踪测定。所以需要采用新的理论研究方法，以系统内气液两相传递测定。所以需要采用新的理论研究方法，以系统内气液两相传递和流动的动态变化观点，从根本上对过程传递机理加以认识，由此发和流动的动态变化观点，从根本上对
7、过程传递机理加以认识，由此发展非线性、非平衡的传质理论，以此为指导进行蒸馏单元操作设备的展非线性、非平衡的传质理论，以此为指导进行蒸馏单元操作设备的工程设计、分离过程强化和以蒸馏为基础发展工程设计、分离过程强化和以蒸馏为基础发展高效复合传质过程高效复合传质过程。一、蒸馏分离工程的特点一、蒸馏分离工程的特点1、系统工程性强，传递机理复杂。、系统工程性强，传递机理复杂。 蒸馏过程研究涉及工程和工艺性问题，而过程的传递机理又十分蒸馏过程研究涉及工程和工艺性问题，而过程的传递机理又十分复杂，很多重要问题至今尚未解决。其复杂，很多重要问题至今尚未解决。其根本原因根本原因是单相流动的研究方是单相流动的研究
8、方法在蒸馏过程中难以再适用，同时由于过程伴随着界面传递，相关的法在蒸馏过程中难以再适用，同时由于过程伴随着界面传递，相关的基础理论研究还远远落后于实际工程应用。基础理论研究还远远落后于实际工程应用。一、蒸馏分离工程的特点一、蒸馏分离工程的特点2、分析方法和测试手段要求独特、分析方法和测试手段要求独特 在蒸馏分离过程中在蒸馏分离过程中,需要进行测量的基本数需要进行测量的基本数据包括：据包括：气泡群中尺寸大小分布气泡群中尺寸大小分布；气泡的产生、气泡的产生、形成、自由运动和破灭形成、自由运动和破灭几个阶段的传质和运动几个阶段的传质和运动规律研究结果；气泡间的相互作用与传递的关规律研究结果；气泡间的
9、相互作用与传递的关系；气泡与表面流体之间的相对运动和相间传系；气泡与表面流体之间的相对运动和相间传质规律等。需要进行瞬态跟踪测量。质规律等。需要进行瞬态跟踪测量。一、蒸馏分离工程的特点一、蒸馏分离工程的特点3、设备放大效应严重。、设备放大效应严重。 蒸馏过程中的复杂流动结构、气泡之间的相互作用、各组分传递速蒸馏过程中的复杂流动结构、气泡之间的相互作用、各组分传递速率之间的相互干扰率之间的相互干扰(耦合耦合)、气泡大小与塔内件结构和表面性质的密切、气泡大小与塔内件结构和表面性质的密切关系，同样的物性和操作条件，在不同尺度和结构的设备中可呈现出关系，同样的物性和操作条件，在不同尺度和结构的设备中可
10、呈现出截然不同的流型传质行为，表现出不同的操作特性。截然不同的流型传质行为，表现出不同的操作特性。一、蒸馏分离工程的特点一、蒸馏分离工程的特点 这均是由于对过程传递中这均是由于对过程传递中非平衡性质非平衡性质和和非线性传质非线性传质属性缺乏足属性缺乏足够的了解，未能实现对设备效应的定量认识，使得工业化设计至今够的了解，未能实现对设备效应的定量认识，使得工业化设计至今仍然处于仍然处于逐级放大逐级放大的经验阶段。所以，加强过程放大效应的研究是的经验阶段。所以，加强过程放大效应的研究是实现蒸馏技术实用化、工业化的关键。实现蒸馏技术实用化、工业化的关键。一、蒸馏分离工程的特点一、蒸馏分离工程的特点4、
11、设备中气液两相混合物流体流量之间存在、设备中气液两相混合物流体流量之间存在一定的约束条件。一定的约束条件。 塔设备中塔设备中上升蒸汽流量上升蒸汽流量、进料量进料量和和塔顶冷凝回流液体塔顶冷凝回流液体之间的相之间的相对流量存在一定的约束关系对流量存在一定的约束关系,由此保证质量和能量交换的顺利进行和由此保证质量和能量交换的顺利进行和达到产品纯度的要求。达到产品纯度的要求。一、蒸馏分离工程的特点一、蒸馏分离工程的特点5、塔板或填料上气体分散相和连续相液体流型的多样性。、塔板或填料上气体分散相和连续相液体流型的多样性。 塔内气体的表观速度、进料量和塔顶冷凝回流液流量等操作条塔内气体的表观速度、进料量
12、和塔顶冷凝回流液流量等操作条件不同时，塔板或填料表面上的气体流动可在快速鼓泡流、慢速鼓件不同时，塔板或填料表面上的气体流动可在快速鼓泡流、慢速鼓泡流和喷射流等之间转化；气泡表面流体同时存在层流内层、层流、泡流和喷射流等之间转化；气泡表面流体同时存在层流内层、层流、过渡型和湍流几种流速，以及气泡尾流和界面传质、传热引起的界过渡型和湍流几种流速，以及气泡尾流和界面传质、传热引起的界面湍动。面湍动。快速鼓泡流快速鼓泡流射流射流二、学科特点二、学科特点由于蒸馏学科研究的由于蒸馏学科研究的具体对象具体对象是一种特殊的气液两相流动体系，同时是一种特殊的气液两相流动体系，同时蒸馏过程中伴随气液界面上的质量传
13、递和能量传递；且涉及气泡的蒸馏过程中伴随气液界面上的质量传递和能量传递；且涉及气泡的聚并和分裂与两相流动和传递的相互影响，聚并和分裂与两相流动和传递的相互影响，气泡的形成、生成、运气泡的形成、生成、运动动等阶段性过程中不同的流动和传质行为等阶段性过程中不同的流动和传质行为,所以具有自身显著的特点所以具有自身显著的特点,现分述如下：现分述如下：二、学科特点二、学科特点1、传递过程中存在、传递过程中存在界面效应界面效应不同尺寸的气泡具有不同的界面效应，从而造成不同的传质速率；界不同尺寸的气泡具有不同的界面效应，从而造成不同的传质速率；界面区域的特殊性质和传输行为，即界面张力、界面扩散、表面活性面区
14、域的特殊性质和传输行为，即界面张力、界面扩散、表面活性物质在界面上的亲和性吸附、分子的重定向作用等，以及涉及界面物质在界面上的亲和性吸附、分子的重定向作用等，以及涉及界面的非平衡性质、非线性动态传递特性，如界面附近某些组分的局部的非平衡性质、非线性动态传递特性，如界面附近某些组分的局部积累引起的密度涨落和气泡聚并与分裂等。积累引起的密度涨落和气泡聚并与分裂等。二、学科特点二、学科特点2、界面微观结构、组成在传递过程中的随机变化界面微观结构、组成在传递过程中的随机变化。 界面处分子的相变行为、极性分子的结构、表面张力和密度等的界面处分子的相变行为、极性分子的结构、表面张力和密度等的动态变化行为均
15、与界面结构和组成变化紧密相关，界面结构和组成的动态变化行为均与界面结构和组成变化紧密相关，界面结构和组成的变化有可能会使体系中的某些组分在界面附近出现积累，即变化有可能会使体系中的某些组分在界面附近出现积累，即产生密度产生密度涨落涨落。二、学科特点二、学科特点3、气泡形状的非规则性和影响因素的复杂性气泡形状的非规则性和影响因素的复杂性。 除传递过程中除传递过程中,运动气泡表面上不同部位处表面活性剂、组分浓运动气泡表面上不同部位处表面活性剂、组分浓度、温度分布、流体运动行为的变化度、温度分布、流体运动行为的变化,造成的气泡不规则运动和变形，造成的气泡不规则运动和变形，二、学科特点二、学科特点 即
16、局部周期性的膨胀和收缩以及气泡的聚并和分裂外，还有设备即局部周期性的膨胀和收缩以及气泡的聚并和分裂外，还有设备内筛板等塔内件的表面性质和其上的孔径大小、气体流量、流体性内筛板等塔内件的表面性质和其上的孔径大小、气体流量、流体性质质(包括表面张力、流量、粘度、密度包括表面张力、流量、粘度、密度)、体系内微量表面活性物质、体系内微量表面活性物质、两相流动方向两相流动方向(包括逆流、并流和错流包括逆流、并流和错流)等均为影响气泡大小的重要等均为影响气泡大小的重要因素。因素。二、学科特点二、学科特点4、流动结构的、流动结构的非均匀性非均匀性。运动气泡表面流体从表面到主体相同时存在的层流、层流内层、湍流
17、运动气泡表面流体从表面到主体相同时存在的层流、层流内层、湍流过渡区域和充分发展的湍流区域；质量传递引起的界面湍动；气泡过渡区域和充分发展的湍流区域；质量传递引起的界面湍动；气泡聚并和分裂造成系统内流体流动的非均匀性；气泡不同时期的周期聚并和分裂造成系统内流体流动的非均匀性；气泡不同时期的周期性膨胀和收缩；气液两相接触导致气泡的形成、脱离接触、自由运性膨胀和收缩；气液两相接触导致气泡的形成、脱离接触、自由运动和破灭进入气相这些过程中，气泡自身运动的不规则性。动和破灭进入气相这些过程中，气泡自身运动的不规则性。二、学科特点二、学科特点5、界面湍动、传递方向对过程传质和流动的影响界面湍动、传递方向对
18、过程传质和流动的影响。涉及两相界面的传质，在界面附近的两相区域将会出现界面波动。并涉及两相界面的传质，在界面附近的两相区域将会出现界面波动。并在一定条件下会变得不稳定，随之出现界面的法向方向和切向方向在一定条件下会变得不稳定，随之出现界面的法向方向和切向方向的脉动这些脉动有时引起界面的局部破裂、乳化以及其他流体力学的脉动这些脉动有时引起界面的局部破裂、乳化以及其他流体力学效应。这些效应是由于传热、传质造成的，但是反过来又影响过程效应。这些效应是由于传热、传质造成的，但是反过来又影响过程传递。传递。二、学科特点二、学科特点6、多组分界面传质的、多组分界面传质的复杂性复杂性。 多组分传质过程中涉及
19、的各种热力学传输流的相互耦合，界面多组分传质过程中涉及的各种热力学传输流的相互耦合，界面湍动，组分传质方向的随机改变与界面湍动的关系具有湍动，组分传质方向的随机改变与界面湍动的关系具有活性官能团活性官能团的分子的分子在界面上的选择性吸附行为，以及在界面上的分子重定向均在界面上的选择性吸附行为，以及在界面上的分子重定向均对界面性质具有较大影响。对界面性质具有较大影响。传质传质方向方向理想传质理想传质界面界面汽汽液液实际传质实际传质界面湍动界面湍动有序有序无序无序二、学科特点二、学科特点蒸馏过程研究对象的上述特性同时也是进行蒸馏过程研究的蒸馏过程研究对象的上述特性同时也是进行蒸馏过程研究的难点难点
20、，它，它表明蒸馏体系中涉及界面的两相流动和传递规律与均相内的扩散传表明蒸馏体系中涉及界面的两相流动和传递规律与均相内的扩散传输行为相差较大。实际上它是以界面的非平衡性质、非线性动态传输行为相差较大。实际上它是以界面的非平衡性质、非线性动态传递的递的分形结构分形结构和和耗散结构耗散结构为为重要特征重要特征。二、学科特点二、学科特点 其中，既存在其中，既存在极值行为极值行为所代表的有序过程所代表的有序过程,又存在又存在随机行为随机行为所反所反映的无序过程。传统的数学方法和理论可能映的无序过程。传统的数学方法和理论可能难以难以对系统中这些复杂对系统中这些复杂传递规律进行分析和研究。传递规律进行分析和
21、研究。二、学科特点二、学科特点所以，这一学科的所以，这一学科的突破性进展突破性进展在很大程度上均依赖于在很大程度上均依赖于数学数学、物理物理等相等相关学科的最新研究成果，既要对界面处分子的协同传递特性加以微关学科的最新研究成果，既要对界面处分子的协同传递特性加以微观或细观层次的分形动力学探究，还需要从观或细观层次的分形动力学探究，还需要从全局的观点全局的观点对系统动态对系统动态演化规律与外界施加的限制条件的关系进行深入研究；并且需要发演化规律与外界施加的限制条件的关系进行深入研究；并且需要发展动态在线测试方法，以对传输过程获得体系内展动态在线测试方法，以对传输过程获得体系内状态函数状态函数和和
22、系统参系统参数随时间变化数随时间变化的数据。的数据。三、蒸馏过程的传质动力学研究三、蒸馏过程的传质动力学研究 在在40年代已有一些学者试图建立气泡传质模型来计算传质效率年代已有一些学者试图建立气泡传质模型来计算传质效率(或传质速率、传质系数或传质速率、传质系数)，但是这些理论处理方法大都建立在拟流，但是这些理论处理方法大都建立在拟流体模型的基础上，体模型的基础上，即将一个高度不均匀的系统作为均匀系统来分析，即将一个高度不均匀的系统作为均匀系统来分析，显然不尽合理。显然不尽合理。三、蒸馏过程的传质动力学研究三、蒸馏过程的传质动力学研究 此外，在蒸馏过程中最基本的气液传质单元是气泡，气泡两侧此外，
23、在蒸馏过程中最基本的气液传质单元是气泡，气泡两侧的流体在界面附近不断进行蒸发和冷凝两种相变过程；气泡在连续的流体在界面附近不断进行蒸发和冷凝两种相变过程；气泡在连续相流体中的运动和传质均具有时空动态变化特点，而现有的理论模相流体中的运动和传质均具有时空动态变化特点，而现有的理论模型均未考虑两相结构的特点及其动态变化与两相传质的相互影响。型均未考虑两相结构的特点及其动态变化与两相传质的相互影响。汽汽液液冷凝冷凝蒸发蒸发气泡两侧的流体在界面附近不断进行蒸发和冷凝气泡两侧的流体在界面附近不断进行蒸发和冷凝两种相变过程两种相变过程三、蒸馏过程的传质动力学研究三、蒸馏过程的传质动力学研究 两相界面附近的
24、多组分传质过程与组分热力学传输流之间的相两相界面附近的多组分传质过程与组分热力学传输流之间的相互耦合密切相关互耦合密切相关,所以对于气液两相非均相、非平衡系统所以对于气液两相非均相、非平衡系统,扩散系数的扩散系数的理论计算和实验测定都遇到极大的困难。理论计算和实验测定都遇到极大的困难。三、蒸馏过程的传质动力学研究三、蒸馏过程的传质动力学研究 首先是首先是液相扩散系数液相扩散系数的测量和理论研究方法，与气体和固体中的测量和理论研究方法，与气体和固体中的扩散相比仍然很不成熟；其二是组分穿越界面进行传输时，界面的扩散相比仍然很不成熟；其二是组分穿越界面进行传输时，界面附近各组分的浓度场随时间的变化情
25、况或界面传质动力学行为与传附近各组分的浓度场随时间的变化情况或界面传质动力学行为与传递组分的性质直接相关；递组分的性质直接相关；三、蒸馏过程的传质动力学研究三、蒸馏过程的传质动力学研究 其三是气液两相之间的传质过程本身同时伴有其三是气液两相之间的传质过程本身同时伴有熵增熵增和和负熵负熵两过程，两过程，界面处分子的相变对于气泡表面和邻近流体的物性影响较大，其中界面处分子的相变对于气泡表面和邻近流体的物性影响较大，其中表面张力和粘度的温度效应显著，故直接关系到动态扩散行为。表面张力和粘度的温度效应显著，故直接关系到动态扩散行为。 这些因素直接关系到描述多组分传质的普遍化的这些因素直接关系到描述多组
26、分传质的普遍化的Maxwell-Stefan方程方程的计算精度。的计算精度。三、蒸馏过程的传质动力学研究三、蒸馏过程的传质动力学研究 此外，随着实验和计算技术的不断发展此外，随着实验和计算技术的不断发展,以液相为连续相的气泡以液相为连续相的气泡和气泡群传质动力学的研究，目前已经具备了相当的条件，为进一和气泡群传质动力学的研究，目前已经具备了相当的条件，为进一步的蒸馏过程传质动力学研究提供可靠的测试手段，步的蒸馏过程传质动力学研究提供可靠的测试手段，为今后发展宏为今后发展宏观和微观相结合的观和微观相结合的蒸馏传质理论蒸馏传质理论提供了基础。提供了基础。三、蒸馏过程的传质动力学研究三、蒸馏过程的传
27、质动力学研究 如果相变过程中界面间分子的传输机理、气泡聚并和分裂的微如果相变过程中界面间分子的传输机理、气泡聚并和分裂的微观机理及其与主体相内流体运动和组分扩散传递的相互关系能够得观机理及其与主体相内流体运动和组分扩散传递的相互关系能够得以确定，则今后有关以确定，则今后有关泡滴传质泡滴传质的研究将会提高到较高的理论水平。的研究将会提高到较高的理论水平。三、蒸馏过程的传质动力学研究三、蒸馏过程的传质动力学研究 当然，这些问题已不能用传统的传热和传质理论及传统的实验当然，这些问题已不能用传统的传热和传质理论及传统的实验方法进行有效地解决。方法进行有效地解决。三、蒸馏过程的传质动力学研究三、蒸馏过程
28、的传质动力学研究所以说所以说,传质学正面临着从宏观向细观、微观理论和方法的过渡传质学正面临着从宏观向细观、微观理论和方法的过渡，研研究方法还需要实现整个体系的究方法还需要实现整个体系的宏观传递宏观传递现象和现象和泡滴界面泡滴界面间分子的动间分子的动力学传输规律相结合，也就是说需要摆脱从分立的、局部的方法研力学传输规律相结合，也就是说需要摆脱从分立的、局部的方法研究过程发展的思路，而应该用究过程发展的思路，而应该用系统的系统的和和全局的全局的、变化发展的观点方变化发展的观点方法法对涉及对涉及泡滴的传递泡滴的传递过程进行实验观测和理论解决。过程进行实验观测和理论解决。三、蒸馏过程的传质动力学研究三
29、、蒸馏过程的传质动力学研究 对于界面间分子相变动力学相变行为的观测，需要在实验中发对于界面间分子相变动力学相变行为的观测，需要在实验中发展展尺度微型化尺度微型化的测试手段，例如微细空间尺度和时间尺度问题的解的测试手段，例如微细空间尺度和时间尺度问题的解决，即在决，即在微秒或毫微秒微秒或毫微秒时间间隔内，对各种细小尺寸气泡和液滴周时间间隔内，对各种细小尺寸气泡和液滴周围发生的瞬时传质和传热，以及界面上组分的相变过程进行动力学围发生的瞬时传质和传热，以及界面上组分的相变过程进行动力学测量研究。测量研究。四、蒸馏过程的强化四、蒸馏过程的强化 对于具有对于具有恒沸点或沸点相近物系恒沸点或沸点相近物系仅
30、仅利用蒸馏一般难以达到有效仅仅利用蒸馏一般难以达到有效分离的目的。为此，结合萃取、反应分离的目的。为此，结合萃取、反应(包括均相和非均相包括均相和非均相)、吸附等、吸附等其他化工操作单元的优势提出或已实现工业化的有其他化工操作单元的优势提出或已实现工业化的有萃取蒸馏萃取蒸馏、反应反应蒸馏蒸馏、催化蒸馏催化蒸馏、吸附蒸馏吸附蒸馏、结晶蒸馏结晶蒸馏和和膜蒸膜蒸馏等；馏等；1、共沸精馏、共沸精馏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
31、非常多，且回流比亦较大，使设备费用和操作费理论板数非常多，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。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发度显著地高于高于或或低于低于原有各组分的挥发度，则新共沸物中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。分离。 共沸精
32、馏原理共沸精馏原理共共沸沸精精馏馏的的特特点点( 1) 共沸精馏共沸精馏所所用的用的共沸剂共沸剂必必须须与与待待分离分离组组分分的的一一个个或或两个两个形成共沸形成共沸物，物，因因此此可可供供选选择择的的共沸剂共沸剂有有限限。( 2) 共沸精馏共沸精馏的的共沸剂共沸剂大大都都从从塔塔顶顶蒸蒸出出，消，消耗耗热热能较能较大，大，只只有当有当共沸共沸物物中中共沸剂共沸剂的的含含量量甚甚少少，与共沸剂形成共沸与共沸剂形成共沸物物的的组组分分在在原原料料中中含含量量也也少时少时，共沸精馏共沸精馏的的操操作作才才比比较经较经济济。( 3) 共沸精馏共沸精馏即即可可用用于于连连续续操操作作也也可可用用于于
33、间间歇歇操操作作。( 4) 在在同同样压样压力力下下操操作作，共沸精馏共沸精馏的的操操作温作温度度较较低低，比比其其它它精馏精馏更更适适于分离热于分离热敏敏性性物物料料。刘刘金金海海在在苯酚苯酚 水物水物系系中中加加入入了了一种一种共沸剂共沸剂甲甲苯苯，用用共沸精馏共沸精馏法实法实现现了了苯酚苯酚水水混混合合物物的的分离分离。分离分离后后的的水水可可以以直接送直接送到到生生化化装装置置进进行行处理处理，苯酚苯酚回收回收供供反反应应系系统统循循环环使使用用。岳岳国国君君等等以以工工业业酒酒精精为为原原料料，采采用用间间歇歇共沸精馏共沸精馏方法方法制取制取无无水水乙乙醇醇， 采采用用环环己烷己烷作
34、作共沸剂共沸剂，共沸剂共沸剂的实的实际际加加入量入量与与理理论论加加入量入量之之比比约约为为1. 23 1 和和共沸精馏共沸精馏时时间间为为135min 左右左右时时，制制得得的的无无水水乙乙醇醇浓浓度度( 质质量量分分率率) 可可以达到以达到99. 88%。2、萃取精馏、萃取精馏3、膜蒸馏、膜蒸馏膜蒸馏（膜蒸馏（membrane distillation，简称，简称MD）是膜技术）是膜技术与蒸馏过程相结合的分离过程与蒸馏过程相结合的分离过程. 膜的一侧与热的待处理溶膜的一侧与热的待处理溶液直接接触（称为热侧），另一侧直接或间接地与冷的水液直接接触（称为热侧），另一侧直接或间接地与冷的水溶液接
35、触（称为冷侧），热侧溶液中易挥发的组分在膜面溶液接触（称为冷侧），热侧溶液中易挥发的组分在膜面处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏处汽化通过膜进入冷侧并被冷凝成液相，其他组分则被疏水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的水膜阻挡在热侧，从而实现混合物分离或提纯的目的 膜蒸馏技术的优缺点膜蒸馏技术的优缺点1 膜蒸馏技术的优点膜蒸馏技术的优点（l）与常规蒸馏相比膜蒸馏的优点包括：）与常规蒸馏相比膜蒸馏的优点包括：在膜蒸馏过程中蒸发区在膜蒸馏过程中蒸发区和冷凝区十分靠近，实际上只是膜的厚度，蒸馏液却不会被料液污和冷凝区十分靠近，实际上只是膜的厚度，蒸馏液却不会被料液污染，所以膜蒸
36、馏与常规蒸馏相比具有较高的蒸馏效率，并且蒸馏液染，所以膜蒸馏与常规蒸馏相比具有较高的蒸馏效率，并且蒸馏液更为纯净；更为纯净； 在膜蒸馏过程中，由于液体直接与膜接触，最大限度地消除了不在膜蒸馏过程中，由于液体直接与膜接触，最大限度地消除了不可冷凝气体的干扰，无需复杂的蒸馏设备，如真空系统可冷凝气体的干扰，无需复杂的蒸馏设备，如真空系统、耐压容器耐压容器等；等； 蒸馏过程的效率与料液的蒸发面积直接相关，在膜蒸馏过程中很蒸馏过程的效率与料液的蒸发面积直接相关，在膜蒸馏过程中很容易在有限的空间中增加膜面积，即增加蒸发面积，提高蒸馏效率；容易在有限的空间中增加膜面积，即增加蒸发面积，提高蒸馏效率；在该过
37、程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，在该过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，有可能利用太阳能该过程就可以进行，有可能利用太阳能、地热地热、温泉温泉、工厂的余热工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源和温热的工业废水等廉价能源. 膜蒸馏技术的缺点膜蒸馏技术的缺点目前膜蒸馏技术尚存在以下缺点：目前膜蒸馏技术尚存在以下缺点：膜成本高膜成本高、蒸馏通量小；蒸馏通量小；由由于温度极化和浓度极化的影响，运行状态不稳定；于温度极化和浓度极化的影响，运行状态不稳定；膜蒸馏是一个膜蒸馏是一个有相变的膜过程，热量主要通过热传导的形式传递因而效率较低（有相变的膜过程，
38、热量主要通过热传导的形式传递因而效率较低（一般只有一般只有30%左右），所以在组件的设计上必须考虑到潜热的回收左右），所以在组件的设计上必须考虑到潜热的回收，以尽可能减少热能的损耗，以尽可能减少热能的损耗. 与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义能源可利用的情况下才更有实用意义.海水和苦咸水淡化海水和苦咸水淡化膜蒸馏过程的开发最初完全是以海水淡化为目的的，它具有其他过程如反渗透和电渗析等所不具备的优点，其产水质量是其它膜过程不能比拟的. 多数实验结果表明，其产品水的脱盐率均在99.7%以上2002 年波兰Szczecin 大学Karak
39、ulski 等将不同的膜过程进行了对比，对果表明：超滤能脱除悬浮物和胶体，纳滤可完全除掉水中的有机碳，硬度可降低60%87%，反渗透可将总固溶物（TDS）截留99.7%，而质量最好的水是由膜蒸馏制备的，产水的电导可达到0.8S/cm，TDS 质量分数可达到0.610-6.四、蒸馏过程的强化 在体系中在体系中引入某些添加剂引入某些添加剂以利用溶液的非理想性质以利用溶液的非理想性质,完成改变组完成改变组分间相对挥发的目的而实现高效和节能的气液分离，如分间相对挥发的目的而实现高效和节能的气液分离，如共沸蒸馏共沸蒸馏、加盐精馏加盐精馏和和加盐萃取精馏加盐萃取精馏等的等的添加物精馏添加物精馏。四、蒸馏过
40、程的强化 从现有的研究工作看，强化蒸馏和传质过程的主要途径：从现有的研究工作看，强化蒸馏和传质过程的主要途径：一是一是通过改进设备结构，如为改善两相流动和接触发展出的新型规整填通过改进设备结构，如为改善两相流动和接触发展出的新型规整填料和喷射式并流填料塔板；料和喷射式并流填料塔板；二是二是引入质量分离剂引入质量分离剂(包括催化剂反应组包括催化剂反应组分、吸附剂、有机活性组分、无机电解质等分、吸附剂、有机活性组分、无机电解质等)提出的各种耦合蒸馏技提出的各种耦合蒸馏技术；术；三是三是引入第二能量分离剂引入第二能量分离剂(如磁场、电场和激光如磁场、电场和激光)。四、蒸馏过程的强化 其中脉冲激光由于
41、不在原有物系中引入添加物，且组分之间的其中脉冲激光由于不在原有物系中引入添加物，且组分之间的物理化学性质变化很容易人为控制，所以如果随着物理化学性质变化很容易人为控制，所以如果随着超导材料超导材料和和激光激光器器制备技术的提高和其生产成本的降低，脉冲激光在蒸馏分离中的制备技术的提高和其生产成本的降低，脉冲激光在蒸馏分离中的应用将会取得巨大效益。应用将会取得巨大效益。五、深化蒸馏技术的研究方向 根据蒸馏学科的特点和研究现状，深化蒸馏研究必须突破传统研究方法，在研究思维、分析问题方式上开辟新思路，寻求新理论,吸收其他学科的最新研究成果；在应用开发上除满足传统工艺的要求外，要致力于各种新型工业领域的
42、过程开发和设备设计。因此进行蒸馏过程基础研究，促进蒸馏技术和学科发展的关键包括：五、深化蒸馏技术的研究方向(1)研究深度由宏观平均向微观、由整体平均研究深度由宏观平均向微观、由整体平均向局部瞬时发展。向局部瞬时发展。 仅仅对宏观现象的研究，如表观气液运动速度、时均浓度变化、仅仅对宏观现象的研究，如表观气液运动速度、时均浓度变化、形状和体积变化等的认识已不能满足目前要求。形状和体积变化等的认识已不能满足目前要求。五、深化蒸馏技术的研究方向 由于多相流的复杂结构,对整体平均量的研究并不能从根本上揭示过程机理和描述过程动态变化规律,因此局部和瞬时结构参数及其变化规律的研究逐步引起了人们的重视,如局部
43、瞬时传质、传热速率、浓度、温度、扩散系数等的测量,多相流微观动态图象的记录和分析,气泡在产生、形成、运动和破灭四个过程中的表面形态的微观动态变化研究等。五、深化蒸馏技术的研究方向(2)研究目标由现象描述向过程机理转移。研究目标由现象描述向过程机理转移。 表观现象的描述不足以分析过程的本质特征，因此蒸馏过程的表观现象的描述不足以分析过程的本质特征，因此蒸馏过程的研究目标已经逐渐由现象描述转向对过程机理的认识，由此通过认研究目标已经逐渐由现象描述转向对过程机理的认识，由此通过认识过程识过程机理机理实现有预见的实现有预见的新设备新设备开发，并应用于新的工程领域。开发，并应用于新的工程领域。五、深化蒸
44、馏技术的研究方向(3)研究手段逐步高技术化。研究手段逐步高技术化。 计算技术、光纤技术、激光、超声波、电子等新技术的发展，计算技术、光纤技术、激光、超声波、电子等新技术的发展，为蒸馏研究提供了先进的测试手段和分析方法，使深入了解蒸馏过为蒸馏研究提供了先进的测试手段和分析方法，使深入了解蒸馏过程中的传递动态属性和界面的非平衡特征成为可能。程中的传递动态属性和界面的非平衡特征成为可能。五、深化蒸馏技术的研究方向(4)研究方法由传统理论向多学科交叉方面开拓。研究方法由传统理论向多学科交叉方面开拓。 近年来，近年来，统计理论统计理论、分形理论分形理论、耗散结构耗散结构理论、理论、表面物理化学表面物理化学等均在各自的领域中取得了重大的成就等均在各自的领域中取得了重大的成就,同时学科之间的交叉更加频同时学科之间的交叉更加频繁繁,交叉力度愈加提高。所以交叉力度愈加提高。所以,如果我们对蒸馏过程的传质动力学实质如果我们对蒸馏过程的传质动力学实质进行深入了解进行深入了解,就可以根据以上所提及的各种新理论的特点将其引入就可以根据以上所提及的各种新理论的特点将其引入蒸馏学科研究。蒸馏学科研究。
