真空蒸馏

维基百科,自由的百科全书
跳转至: 导航搜索
一个大气压下, 二甲基亚砜在189°C沸腾。由于瓶内处于真空状态,图中的接受瓶只有70°C.

真空蒸馏是一种使待分离液体上方压强小于其蒸汽压蒸馏方法[1]。这种方法适用于蒸汽压大于环境压力的液体。由于待分离液体沸点降低,真空蒸馏不一定需要加热。

实验室规模应用[编辑]

在实验室中,真空蒸馏被用于沸点较高或在温度接近于沸点时容易发生反应的液体。[2][3][4]对于温度敏感的物质如β-胡萝卜素等需要通过真空蒸馏进行分离,这样可以防止由于温度变化造成的化学反应。真空蒸馏比普通蒸馏有更少的残留物。

工业规模应用[编辑]

真空蒸馏在工业上有几个优点[5] ,沸点相近的混合物可能需要多个平衡级来分离出关键的物质[6],而真空蒸馏可以减少平衡级的数目。炼油厂中使用的真空蒸馏塔直径可达约14米,高度可达50米,每天可处理160 000桶原油。

在大多数系统中,压力降低而相对挥发度升高。真空蒸馏增加了许多应用中关键产物的相对挥发度,相对挥发度越高,就越容易分离不同产物。这意味着真空蒸馏可以通过更少的步骤达到蒸馏塔相同的分离效果。

在高温下,一些反应的反应产物会发生进一步反应,真空蒸馏在工业上还可以在低压下降低分离物质所需的温度。

石油炼制中的真空蒸馏[编辑]

原油是由上百种不同类组成的复杂混合物,每个分子通常由3到60个原子构成,有小部分烃会超出此范围。[7][8][9] 原油炼制开始于在所谓的常压蒸馏塔中蒸馏原油,其操作压力略高于常压。[5][7][8]

真空蒸馏也称为 “低温蒸馏”。

在蒸馏原油时,不要让原油的温度高于370到380 °C很重要,因为在此温度以上原油中的高分子量组分会被热裂解而形成石油焦。焦炭的形成会导致加热炉管的阻塞,加热是用于加热原油蒸馏塔的进料物流的。阻塞还会发生在加热炉到蒸馏塔的管路英语piping和塔本身。

可通过限制入口原油的温度低于370到380 °C来约束,这些原油是来自常压蒸馏塔底部的完全由烃组成的沸点高于370到380 °C的渣油。

为进一步蒸馏常压蒸馏塔的渣油,蒸馏必须在绝压英语absolute pressure低至10到40mmHg(也称为)的条件下进行,这样才能限制操作温度英语operating temperature低于370到380°C。

图2是一间炼油厂真空蒸馏塔的简化流程图,它描述了塔的内部结构;图3是一幅炼油厂真空蒸馏塔的照片。

真空蒸馏塔中10到40mmHg的绝压提高了单位蒸馏液体体积中形成蒸汽的体积。这导致这种塔有非常大的直径。[10]

像图1和图2中的蒸馏塔,直径可达15米以上,高度可达50米,进料速度可达25,400m³/天(160,000桶/天)。

真空蒸馏塔内部必须保证良好的汽液接触,同时维持塔顶至塔底很低的压力增量。因此,真空塔使用只从塔的侧面抽出产品(也称为侧线产物)的蒸馏塔盘英语Theoretical plate。大部分塔使用填料英语Packed bed进行汽液接触,因为这种填料的压降比蒸馏塔盘低。填料既可以是整齐的金属片,也可以是随机填充的填料,如拉西环(Raschig rings)。

真空塔10到40mmHg的绝压是通过多级蒸汽喷射器英语ejector实现的。[11]

炼油工业外的其他工业,通常使用尺寸小得多的真空蒸馏塔。

参见[编辑]

脚注[编辑]

  1. ^ Laurence M. Harwood, Christopher J. Moody. Experimental organic chemistry: Principles and Practice Illustrated edition. WileyBlackwell. 1989: 147–149. ISBN 978-0632020171. 
  2. ^ Distillation (CU Boulder Organic Chemistry Teaching Labs)
  3. ^ Vacuum Distillation: New Method for Analyzing Organic Chemicals in a Wide Array of Samples (United States Environmental Protection Agency)
  4. ^ What is vacuum distillation? (Argonne National Laboratory's NEWTON Ask-A-Scientist)
  5. ^ 5.0 5.1 Kister, Henry Z. Distillation Design 1st. McGraw-Hill. 1992. ISBN 0-07-034909-6. 
  6. ^ Karl Kolmetz, Andrew W. Sloley et al. (2004), Designing Distillation Columns for Vacuum Service, 11th India Oil and Gas Symposium and International Exhibition, September 2004, Mumbai, India (also published in Hydrocarbon Processing, May 2005)
  7. ^ 7.0 7.1 Gary, J.H. and Handwerk, G.E. Petroleum Refining Technology and Economics 2nd. Marcel Dekker, Inc. 1984. ISBN 0-8247-7150-8. 
  8. ^ 8.0 8.1 Leffler, W.L. Petroleum refining for the nontechnical person 2nd. PennWell Books. 1985. ISBN 0-87814-280-0. 
  9. ^ James G, Speight. The Chemistry and Technology of Petroleum Fourth. CRC Press. 2006. 0-8493-9067-2. 
  10. ^ Karl Kolmetz, Andrew W. Sloley et al (2004), Designing Distillation Columns for Vacuum Service, 11th India Oil and Gas Symposium and International Exhibition, September 2004, Mumbai, India (also published in Hydrocarbon Processing, May 2005)
  11. ^ Photo gallery (from website of Graham Manufacturing Company)

外部链接[编辑]