什么是变压精馏(PSD)技术?-万万没想到

精馏是最广泛使用的基于汽液平衡 (VLE) 的分离方法,但是常规精馏无法分离共沸混合物。由此,发展出了萃取精馏、共沸精馏和变压精馏(pressure swing distillation,简称PSD)等技术。与共沸精馏、萃取精馏二者不同的是,变压精馏并不需要额外添加共沸剂或者夹带剂,其原理是基于特殊共沸混合物体系的压力敏感性。通常我们在分离手段的选择上,假设相同的分离效果,优先考虑的是输入能量的分离手段(精馏、闪蒸、干燥、结晶等),其次是输入质量的分离手段(萃取、吸收等),最后是既输入质量也输入能量的分离手段(共沸精馏、萃取精馏等)。

这样考虑的原因是如果输入了质量进行分离,那么必然会导致流程的复杂,因为人为加入了一种物质,后续就需要通过其他手段将它分离出来,而且处理量也相应增大,能耗也就相应上升了。变压精馏相比于萃取精馏和共沸精馏在这一点上的差别,就在于其没有引入新的物质,所以其能耗会更低,工艺相比也会简单一点。

压力敏感的二元共沸组成

对于二元共沸组成,共沸点就是不可跨越的精馏边界,那么我们在普通精馏过程中,永远无法跨越这个边界。以上图为例,假设原组成为a,那么在P1压力下,精馏得到的就是D1共沸组成和纯组成B,此时D1共沸组成无法被继续提纯了。但是当我们将压力调整为P2,在P1下是共沸的D1组成在P2下就不共沸了,继续分离可以得到纯组成A和新的共沸组成D2。而此时再将D2打回P1压力下的精馏塔,D2也不是共沸组成了,可以继续分离,这样就可以在两个塔中分别得到纯组成A和B。

丙酮-甲醇-己烷不同压力的三元相图

对于二元共沸变压精馏的分析还是比较简单的,但是转移到三元共沸组成上面,看起来就会复杂很多,比如上面这个体系,属于最难的三元共沸体系,其组成两两之间各形成一个二元共沸物,三个一起形成一个三元共沸物。这种体系下如果还要在加入萃取剂或者共沸剂,其复杂程度就会更高。变压精馏的优势在这里就会体现得更为明显,只需要三个塔就可以完成全部物质的分离提纯。

三塔变压精馏分离上述体系

当然,从上面我们也可以看出,变压精馏使用的范围是受限制的,不像萃取精馏和共沸精馏,好歹可以筛选一下共沸剂和夹带剂,变压精馏单纯看体系,如果体系组成不具备共沸物系组成随压力而具有一定量的变化的话,那就无法使用变压精馏。其次,变压精馏在相图上的操作空间会更小(因为他利用的就是相图的一点偏差),一不小心组成跑到别的相区里就很麻烦,所以变压精馏一般对装置的控制要求比较高。

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