分馏基本原理概述

1、分馏基本原理一.精馏塔的性能各种类型的精馏塔，无论其操作条件如何不同，但总的要求是：1 气液两相在塔内能充分接触，有利于热和质的交换，精馏效率高。2 处理量高，操作的稳定范围大。3 塔盘的压力降小，不易堵塞。4 结构简单，节省材料，便于加工，造价和生产维护费低。5 使用方便，易于操作、调节和检修。精馏塔的外壳是一焊接而成的直立圆筒，是塔的主体。塔顶部和底部均焊有圆形头盖。塔壁上开有原 料入口、产品馏出口以及若干个供检修用的人孔。壁外设保温层。塔内装有几层到几十层塔盘。塔盘是塔 的主要部件，为塔内气液两相进行质和热交换提供主要的场所，因而也是决定精馏塔性能的主要部件。塔盘效率是表示塔盘上气液两相

2、能否充分进行质和热交换的一项指标。塔盘是提供气液两相接触的主 要场所，因此塔盘效率直接反映了塔的精馏性能。在一个理想的塔盘上，气液两相是充分接触的，离开塔盘的气液两相完全达到了平衡状况，所以混合 液中各组分得到有效的分离。这种理想的塔盘必须符合如下三条假定：1.进入该板的不平衡的物流，在其间发生了充分的接触传质，使离开该板的汽液两相物流间达到了相 平衡；2.在该板上发生接触传质的汽液两相各自完全混合，板上各点的汽相浓度和液相浓度各自一样；3.该板上充分接触后的汽液两相实现了机械上的完善分离，离开该板的汽流中不挟带雾滴，液流中 不挟带气泡，也不存在漏液 。在实际生产中，这种塔盘是不存在的。因此，

3、当分馏某一混合液为几种组分时，实际需要的塔盘数要 多于理论塔盘数，塔盘效率即理论塔盘数与实际塔盘数的比值。塔盘效率与塔盘的结构、被分馏混合液的 性质以及操作条件有关。二.精馏塔的分类精馏塔可按其处理的原料、操作条件或结构分为不同类别，可大致归纳为七类十七种：1.泡帽（泡罩）式：圆型；条型：“ S”型。2 筛板式：溢流型；挡板型。3.浮阀式：十字架型；条状型；“ F”型。4 穿流式：栅板；多孔板；管栅板；波纹板。5.喷射式：浮动喷射型；文丘里型；舌型。6.带夹层筛孔泡帽式。7.定向两层筛孔式。三精馏原理(一)精馏原理图1 1精馏原理图如图1 1 (a),今设有七个蒸馏釜串联操作，并假定组成为Xf

4、的某组分混和液连续地进入釜4中，使之与釜5来的、组成为y5的蒸气充分接触，进行传热、传质过程，形成组成为y4的蒸气和与之相平衡的、组成为X4的液体。将组成为 y4的蒸气引入釜3，与液体充分接触，蒸气进行部分冷凝，放出热量，而液 体吸收热量进行部分气化。显然，蒸气部分冷凝首先是其中的难挥发组分；液体部分气化首先是其中的易 挥发组分。所以，当组成为y3的蒸气经部分冷凝和釜3中液体经部分气化后，形成组成为y3的蒸气和与之相平衡的、组成为 X3的液体。显然，y3y4；X3X4,如果将这种关系推广到任意两个相邻的釜，则可表示为 ynyn+仁xn-1xn。就是说，就蒸气而言，上一釜的蒸气比下一釜的蒸气含易

5、挥发组分多。依此类推，第一釜 的蒸气含易挥发组分最多，甚至几乎是纯易挥发组分：就液相而言，下一釜的液体含难挥发组分较上釜多，直至最下一釜几乎为纯难挥发组分，从而达到了分离组分的目的。然而，随着过程的进行，由于ynyn+1, Xn必然愈来愈小，导致 yn也愈来愈小，最后 yn=yn+1 ,即自n+1釜上来的蒸气仅仅从第 n釜的液体中通过，不进行传质、传热过程，达不到分离组分的目的。为解决这个 问题(参看图1 1 (b)可将上一釜的部分液体引至下一釜(称回流)，以补偿下一釜因部分气化而损失的易挥发组分，因为 Xn-1Xn。这样，各釜的气、液相组成便不随时间而变，精馏操作可稳定地继续进行。图1 1

6、(C)是精馏塔的一部分，它相当于图1 1 (b)各釜重叠起来，每快塔板就相当于一釜。图中所示为筛板塔，蒸气由各塔板的筛孔穿过，进入该板上的液层鼓泡而上；回流液则由溢流管逐板下降。二）精馏流程1精馏流程说明 工业精馏装置，除精馏塔外还应有塔顶部的冷凝器和下部的再沸器等配套设备。工业上连续精馏的主 要装置和流程如图 1 2 所示。连续板式精馏塔加料板以上部分称为精馏段，加料板以下（包括加料板） 部分称为提馏段。生产时，原料液不断地经预热器预热到指定温度后进入加料板，与精馏段的回流液汇合 逐板下流，并与上升蒸气密切接触，不断地进行传质和传热过程，最后进入再沸器的液体几乎全为难挥发 组分，引出一部分作

7、为馏残液送预热器回收部分热能后送往贮槽。剩余的部分在再沸器中用间接蒸汽加热 气化，生成的蒸气进入塔内逐板上升，每经一块塔板时，都使蒸气中易挥发组分增加，难挥发组分减少， 经过若干块塔板后进入塔顶冷凝器全部冷凝，所得冷凝液一部分作回流液，另一部分经冷却器降温后作为 塔顶产品（也称馏出液）送往贮槽。2操作情况说明：（ 1）每层塔板都发生部分气化和部分冷凝，各层塔板提供一定的接触时间使传质进行，每层塔板接近 于一次平衡蒸馏。（ 2）向上往塔顶方向， 蒸气中轻组分的含量越来越高， 向下往塔底方向， 液体中重组分含量越来越高。 每层塔板上相接触的气、液流组成应接近，这样才可能存在露点与沸点间的温度差，这

8、些在精馏过程中系 统会自动地调节和适应。（ 3）最上一层塔板的蒸气必须与其组成接近的液体相接触，因而塔顶必须从外界供应与馏出液组成相 近的液体。这可由塔顶引出的蒸气全部冷凝后的部分冷凝液引回，称为回流。没有回流，塔内部分气化和 部分冷凝就不能发生，精馏操作无从进行。（ 4）从塔底应提供蒸气，而蒸气的组成应与塔底馏残液相近，这由在塔底安装的再沸器使馏残液部分 气化来解决。（ 5）进料组成介于馏出液和馏残液之间，因而进料应在塔体中部的某一适宜的塔板上，该板称为进料 板，在这层塔板上的液体的组成与进料相接近。逍料回冷I冷却水蒸汽再蹿加鳩汽冷;疑水.预热為E） 2馆残液图1 2精馏装置简图图1 3回流

9、比如1 3所示的是连续精馏塔顶部的情况。设从塔顶出来的蒸气的流量为Vmol/s，从冷凝器出来的冷凝液分为两股，一股作为产品Dmol/s采出，另一股作为回流液Lmol/s送回塔内第一块塔板上。将回流液量（L）与产品量（D）之比称为回流比，用 R表示，即：R=L/D而 V=L+D或 V=RD+D= （R+1）D由上式可知，稳定操作时，V恒定，当R增大时，D则下降。当D=0时，无产品采出，此时，R=s,称为全回流。回流比是影响精馏塔分离效果的主要因素，生产经常用回流比来调节、控制产品的质量；当回流比增大时，精馏段操作线斜率变大，该段内传质推动力增大，因此在一定的精馏段理论板数下馏出液组成变大3、进料

10、量的大小 对精馏操作有何 影响？回流比大，提馏段操作线斜率变小，因此在一定的提馏段理论板数下，釜液组成变小。反之当回流比减小 时，分离效果变差。 回流比增加，使塔内上升蒸汽量及下降液体量均增加，若塔内汽液相负荷超过允许 值，则可能引起塔板效率下降，此时应减小原料液流量；同时回流比变化时再沸器和冷凝器的传热量也相 应发生变化 。精馏塔操作问题小结影响精馏操作的因素有以下几种：（ 1）回流比的影响；（ 2）进料状态的影1、影响精馏塔操 响；（ 3）进料量大小的影响；（ 4）进料组成变化的影响；（ 5）进料温度变 作？化的影响； （6）塔顶冷剂量大小的影响； （7）塔顶采出量大小的影响； （8）塔底

11、采出量大小的影响。进料状态有五种： （1） 冷进料。 （2） 饱和液。 （3） 气液混和物。 （4） 饱和气。 （5） 过热气。2、进料状态有哪几种，对精馏操作有何影响？ 对于固定进料的某个 塔来说，进料状态的改变，将会影响产品质量和损失。 例如：某塔为饱和液进料，当改为冷进料时，料液入塔后在加料板上与提馏 段上升的蒸气相遇，即被加热至饱 和温度，与此同时，上升蒸汽有一部分被 冷凝下来，精馏段塔板数过多，提馏段板数不足，结果会造成釜液中损失增 加。这时在操作上，应适当调整再沸器蒸汽，使 塔的回流量达到原来量。有两种情况： （l） 进料量波动范围不超过塔顶冷凝器和加热釜的负荷范围时，只要调节得当

12、，对顶温和釜温不会有显著变化，而只影响塔内上升蒸汽速度 的变 化。 （2） 进料量变动的范围超过了塔顶冷凝器和加热的负荷范围时，不 仅影响塔内上升蒸汽速度的变化，而且会改变塔顶、塔釜温度，致使塔板上 的气液平衡组成 改变，直接影响塔顶产品的质量和塔釜损失。总之，进料过大的波动，将会破坏塔内正常的物料平衡和工艺条件，造成了系列的波动 因此，应平衡进料，细心调节。4、进料组成的变 化对精馏操作有 何影响？进料组成的变化直接影响精馏操作，当进料中重组分增加时，精馏段负荷增 加，容易造成重组分带到塔顶，使塔顶产品不合格，若进料中轻组分增加， 提馏段负菏就会加重，容易造成釜液中轻组份损失加大。进料组成的

13、变化， 还会引起物料平衡和工艺条件的变化。5、进料温度的变 化对精馏操作有 何影响？进 料温度的变化对精馏操作影响是很大的。进料温度低，会增加加热釜的热 负荷，减少塔顶冷凝器的冷负荷。反之亦反。进料温度变化过大时，通常会 影响整个塔的温 度，从而改变汽液平衡。另外，进料温度的改变，会引起进 料状态的变化，会影响精馏段、提馏段负荷的改变，使产品质量、物料平衡 都会发生改变。因此，进料温 度是影响精馏操作的重要因素之一。6、塔顶冷剂量的 大小对精馏操作 有何影响？塔顶冷剂量的大小会引起回流量和回流温度的变化。冷剂量加大，回流量也 加大，塔顶温度下降；冷剂量减小，回流量也减小，会引起顶温上升，因此，

14、 塔顶冷剂量要适当。7、塔顶取出量的 大小对精馏操作 有何影响？塔 顶取出量的大小与进料量有着密切关系：进料量增大或减小，取出量也相 应增大或减小，这样才能保持搭内固定的回流比，维持塔的正常操作。如果 进料不变，增加 塔顶取出量，会引起回流比减小，操作压力下降，使重组分 带到塔顶，引起产品不合格。减小取出量，会引起回流比增大，塔内的物料 增多，上升蒸汽速度增大，塔 顶与塔釜压差增大，时间长了会引起液泛，从 而导致塔釜产品不合格。8、塔底采出量的 大小对精馏操作 有何影响？精馏操作中塔釜液面必须保持稳定，而塔底采出量的大小将会引起液面变化 当塔釜液排出过大时，会造成釜液面下降或排空，使通过再沸器

15、的釜液循环 量减少，从而导致传热不好，轻组分蒸不出去，使塔顶、塔釜产品均不合格 如果塔底采出量过小，会造成塔釜液面过高，严重时会超过挥发管，增加了 釜液循环的阻力，造成传热不好，使釜温下降，影响操作。釜液面太低，一 旦排空，会导致泵不上量，磨坏设备，造成事故。9、什么是加压精馏？塔顶压力高于大气压力下操作的精馏过程叫加压精馏。 加压精馏常用于被分离混 合物的沸点较低的情况。如在常温常压下，混合物为气态的物料，采用加压精馏。因为 就精馏过程说，获得高压比低压在设备和能耗方面更为经济一些。10、什么是减压精馏？塔顶压力低于大气压的精馏操作过程，叫减压精馏。减压精馏通常分离沸点 较高的混合物或高温下

16、易聚合的混合物。如乙苯、苯乙烯分离，二乙苯、三 乙苯、四乙苯以及沸点更高组份分离都采用减压分离。11、什么叫灵敏 板？为什么要用 灵敏板控制釜 温？在 精馏塔逐板计算中，往往可以发现某一板和相邻板的组成变化较大，因而 温度变化也较大，在操作发生变化时，该板的温度变化最灵敏，所以称此板 为灵敏板。采用 灵敏板控制的好处是： (l) 变化灵敏，调节准确。 (2) 可以提 前看出塔釜物料的变化趋势，提前调节，避免轻组分带人釜液中。12、何为精馏 段？何为提馏 段？精馏操作中 改变进料口的依 据是什么？以 进料口为基准，进料口以上称精馏段，进料口以下称提馏段。在精馏操作 中改变进料口应根据进料组成的变

17、化和塔顶产品纯度及塔釜损失综合考虑。 当组分变重时， 进料口往下改；组分变轻时，进料口往上改。组成正常时用 中间进料口。另外，当塔顶产品质量下降时，进料口往下改；塔釜损失增加 时，进料口往上改。用泵打入塔内进行回流，回流冷凝器不需要安装在塔顶的回流方式称强制回 流。回流冷凝器安装在塔顶的回流液借重力回流到塔内的回流方式称自然回 流。13、什么是强制 回流？什么是自 然回流？各有 什么优缺点？强制回流的量稳定， 容易调节，生产不正常时扭转起来快，厂房不要高的框 架结构，塔很高采用强制回流，安装方便。但强制回流需回流泵，动力消耗 大，特别是低沸点的物料容易造成 泵不上量。自然回流操作简单，不要回流

18、 泵，节省能源。但回流量随塔压的变化而变化，回流比不严格，生产不正常 时扭转起来慢，厂房需框架结构。14、精馏操作中 怎样调节塔的压 力？影响塔压的 因素有哪些？塔压是精馏操作的主要控制指标之一，塔压波动太大，会破坏全塔的物料平 衡和气液平衡使产品质量不合格，因此，精馏的操作要稳定。调节塔压的方 法有：16、在精馏塔的 操作中怎样调节 塔的压差？(l) 塔顶冷凝器为分凝器时， 塔压一般靠塔顶汽相产品取出量调节。 取出加大， 塔压下降； 取出减小，塔压上升。(2) 再沸器蒸汽用量过大，回流量较大，塔压升高，这时，应适当降低蒸汽量，以调压塔 釜压力。影响塔压变化的因素有：塔顶温度塔釜温度进料组成进料量回流 量冷剂量及冷剂压力。另外，仪表故障、设备和管道的冻堵，也可引起塔 压的变化。通常是改变加热釜的蒸汽量来调节釜温。加大蒸汽量，釜温上升；减少蒸汽 量，釜温下降。也有用改变加热釜内冷凝液的液位来