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基于精馏塔顶产品共同回收的侧线流程创新，提出在精馏段引入侧线的新工艺，适用于含共沸及非共沸组分的 ternary 混合体系。通过 methanol-ethanol-water（EG 为溶剂）和 methanol-isopropanol-water（DMSO 为溶剂）两案例对比，新流程较传统间接序列节能16.7%，总年成本降低13.2%，并建立侧线气液相态选择对能耗的影响规律。研究揭示了侧线分流可有效阻断中间组分循环累积，为流程强化提供新路径。
Cong Duan|Wenrui Wu|Runze Cai|Lu Liu|Shunchang Pu|Tong Li|Jing Fang|Chunli Li
安徽功能混合液开发与应用工程研究中心，亳州大学生物与食品工程系，亳州236800，中国
摘要
关于将侧流引入萃取蒸馏塔的 stripping 部分已经进行了大量研究。然而，将侧流引入精馏部分的研究尚未展开。本文提出了一种新的精馏部分侧流序列，用于萃取蒸馏——这是一种专门用于分离混合物的方法，其中两种低沸点组分作为萃取蒸馏塔的顶产品一起被回收。在所提出的序列中，从萃取蒸馏塔的精馏部分的侧流（无论是蒸汽还是液体）中提取两种较轻组分的混合物，然后在一个常规蒸馏塔中进行分离。这种方法特别适用于有效分离同时包含共沸和非共沸成分的三元混合物。在甲醇-乙醇-水和甲醇-异丙醇-水系统的分离中，该方法显示出能耗降低了超过16%，总年成本降低了超过13%。此外，还对蒸汽相侧流和液相侧流配置进行了比较。进行了初步研究以确定适当的进料范围，并对该过程实施了包含热整合的节能改造。
引言
蒸馏过程被广泛认为是化工行业中的关键分离技术[1]。当需要分离的组分的沸点相似、这些组分之间存在共沸混合物，或者它们的分子结构相似且挥发性相当时，常规蒸馏可能无法实现有效分离[2]。萃取蒸馏作为一种特殊的蒸馏方式，在工业中得到了广泛的研究和应用。它在分离共沸物方面具有出色的分离效率[3]。然而，萃取蒸馏的能耗仍然较高，许多研究都集中在节能方面[4]。例如，可以选择适当的混合溶剂[5]或离子液体[6]作为溶剂，增加侧流[7,8]，利用化学反应打破共沸[9]，采用热整合[10]，使用热泵蒸馏[11]，以及使用萃取分离壁塔[12]。
近年来，关于萃取蒸馏的综述文章主要集中在工艺设计、操作、优化和控制[13]、概念设计、溶剂选择和分离策略[14]、离子液体筛选[15]、深度共晶溶剂[16]、绿色可持续工艺[17]、萃取分离壁塔[18]以及工艺强化控制[19]等主题上。
在分离三元混合物时，常规蒸馏塔中中间组分的回流会导致显著的能耗增加和分离效率降低。引入侧流技术为这个问题提供了一个有效的解决方案。通过有效地从塔中去除累积的中间组分，可以中断其循环，从而实现显著的工艺强化。已经有很多研究致力于通过增加侧流来减少萃取蒸馏系统的能耗。普通蒸馏可以通过侧流来降低能耗，也有多种方法可以增加侧流[20]。Gutiérrez-Antonio 和 Jiménez-Gutiérrez 对共沸物分离的侧流过程进行了研究，但他们的研究表明中间组分的分离效率仍然不理想[21]。
十年后，Tututi-Avila 等人[22] 提出了一种用于萃取蒸馏过程的侧流方法，如图1所示。通过在萃取蒸馏塔的 stripping 部分添加侧流，乙醇/水、庚烷/甲苯和丙酮/甲醇系统可以实现超过13%的能耗节省和超过12%的总年成本（TAC）节省。基于这项研究，进行了许多深入的研究。首先，研究了控制结构[[23], [24], [25]]，然后扩大了应用范围[24,[26], [27], [28], [29]]。此外，这些改进还结合了节能技术，包括热整合和热泵系统[7]。
目前，关于在萃取蒸馏塔的 stripping 部分添加侧流的研究已经非常广泛。然而，将侧流引入精馏部分的研究尚未展开。因此，在精馏部分研究这种配置是具有创新性的。
在这项研究中，提出了一种将侧流整合到萃取蒸馏塔精馏部分的新工艺。介绍了两个案例研究：使用乙二醇（EG）分离甲醇/乙醇/水混合物，以及使用二甲基亚砜（DMSO）分离甲醇/异丙醇（IPA）/水混合物。对新工艺与常规工艺进行了比较，以展示新方法的进步性。分析了节能的机制，确定了适用条件，并评估了进一步热整合的潜力。这些发现为该领域做出了全面贡献，而潜在的局限性将在未来的研究中探讨。
小节片段
新的精馏部分侧流工艺
在某些多组分混合物中，某些轻组分不会形成共沸物，可以直接分离而无需添加溶剂。对于这样的系统，可以通过萃取蒸馏塔的精馏部分的（液体或蒸汽）侧流获得两种沸点较低的组分。然后可以使用常规蒸馏塔进一步分离这两种组分。这种方法有助于降低蒸馏过程中的能耗。
图2说明了这一点
案例研究1：使用EG作为溶剂分离甲醇/乙醇/水
甲醇是一种重要的工业原料，用于生产各种化学材料和能源资源[33]。乙醇可以通过乙烯的催化水合或糖的发酵来生产，可用作燃料、溶剂和化学原料[34]。在乙醇的生产和循环过程中，需要将一些甲醇和水从它们的混合物中分离出来[6],[5]。然而，甲醇和乙醇的挥发性相似（
结论
本研究通过两个案例研究（甲醇-乙醇-水和甲醇-异丙醇-水）探讨了直接序列、间接序列和新的精馏部分侧流序列。通过比较这两种序列，可以看出与传统间接序列相比，直接序列的经济性能略优。两种序列都涉及中间组分的回流；然而，在直接序列中，无法通过
CRediT作者贡献声明
Cong Duan：撰写——初稿，资金获取。Wenrui Wu：监督。Runze Cai：正式分析。Lu Liu：资金获取。Shunchang Pu：正式分析。Tong Li：资金获取。Jing Fang：软件。Chunli Li：撰写——审阅与编辑。
