精馏与精馏塔

1、精馏与精馏塔精馏与精馏塔精馏的基本介绍精馏塔综述两种精馏塔详细介绍与对比主要内容主要内容精馏操作流程1 1. .精馏精馏的基本介绍的基本介绍1 1.1 .1 精馏的定义精馏的定义精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元单元操作操作，其实质是多级蒸馏，即在一定压力下，利用，其实质是多级蒸馏，即在一定压力下，利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同，使轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽使轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽化，经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相化，经多次部分液相汽化和部

2、分气相冷凝，使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而实现分离。实现分离。1.2 精馏原理 1-2-1 精馏基本原理 精馏是将液体混合物多次部分气化和部分冷凝精馏是将液体混合物多次部分气化和部分冷凝, ,利利用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，）的特性，）的特性，实现分离目的的单元操作实现分离目的的单元操作。精馏中的两个重要概念：精馏中的两个重要概念：轻组分：挥发性高的组分（沸点低的组分）轻组分：挥发性高的组分（沸点低的组分）重组分：挥发性低的组分（沸点高的组分）重组分：挥发性低的组分（沸点高的组分）液体混

3、合物经过多次部份汽化后可变为高纯度的液体混合物经过多次部份汽化后可变为高纯度的难挥发组分难挥发组分 。气体混和物经过多次部分泠凝后可变为高纯度的气体混和物经过多次部分泠凝后可变为高纯度的易挥发组分。易挥发组分。1-1-2-2-2 2 精馏原理精馏原理 回流回流塔顶液相回流和塔底汽相回流，为偏离平衡的气液相塔顶液相回流和塔底汽相回流，为偏离平衡的气液相在塔内各板上提供了接触条件，实现了气液相间的质在塔内各板上提供了接触条件，实现了气液相间的质量传递。量传递。L0V2V V2 2与与L L0 0是偏离平衡的气是偏离平衡的气液相，在塔板上接触，液相，在塔板上接触，进行质量传递，浓度变进行质量传递，浓

4、度变化趋向于平衡组成。化趋向于平衡组成。 传质推动力传质推动力 yx 热量传递过程热量传递过程 液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。 过程控制过程控制 精馏过程速率由传质过程控制。精馏过程速率由传质过程控制。 传质方向传质方向易挥发组分：液相易挥发组分：液相汽相；汽相；难挥发组分：汽相难挥发组分：汽相液相。液相。易挥发组分沿塔高方向增加，而温度沿塔高方向降低。易挥发组分沿塔高方向增加，而温度沿塔高方向降低。2.2.精馏操作流程精馏操作流程 精精 馏馏 塔塔再沸器再沸器冷凝器冷凝器 根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏操

5、作，而必须同时有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有操作，而必须同时有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有时还要配有原料液预热器、回流液泵等附属设备，时还要配有原料液预热器、回流液泵等附属设备，才能实现整个操作。才能实现整个操作。 再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流，因而精馏能稳定的进行。回流，因而精馏能稳定的进行。1 1、进料板以上称为精馏段、进料板以上称为精馏段 精制汽相中的易挥发组分。精制汽相中的易挥发组分。2 2、进料板以下（包括进料板）称为、进料板以下（包括进料板

6、）称为提馏段提馏段 提浓液相中难挥发组分。提浓液相中难挥发组分。塔顶产品称为馏出液塔顶产品称为馏出液 富含易挥发组分。富含易挥发组分。塔底产品称为釜液塔底产品称为釜液 富含难挥发组分。富含难挥发组分。精馏段精馏段提馏段提馏段进料板进料板（1）连续精馏流程）连续精馏流程 操作时，操作时，原料液原料液连续地加入精馏塔内连续地加入精馏塔内。 连续地从连续地从再沸器再沸器取出取出部分部分液体作为液体作为塔底产品塔底产品（称为釜残液）；（称为釜残液）；部分液体部分液体被汽化被汽化，产生上升蒸汽，依次通过各，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。层塔板。 塔顶蒸汽进入塔顶蒸汽进入全（冷）凝器全（冷）凝器被全被全

7、部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为重力作用）送回塔顶作为回流回流液体液体，其余部分作为，其余部分作为塔顶产品塔顶产品（称为馏（称为馏出液）采出。出液）采出。 板式塔釜液馏出液进料（2 2）间歇精馏流程）间歇精馏流程间歇精馏间歇精馏与连续精馏大致与连续精馏大致相同相同。间歇。间歇精馏时，料液精馏时，料液成批成批投入精馏釜，逐步投入精馏釜，逐步加热气化，待釜液组成降至规定值后加热气化，待釜液组成降至规定值后将将其一次排出其一次排出。间歇精馏为间歇精馏为非定态过程非定态过程。在精馏过程中，釜液组成不断降低。在精馏过程中，釜液组成不断降低。间歇精馏时全塔

8、间歇精馏时全塔均为精馏段均为精馏段，没有提，没有提馏段馏段。l 基本功能：形成气液两相充分基本功能：形成气液两相充分接触的相界面，使质、热的传接触的相界面，使质、热的传递快速有效地进行，接触混合递快速有效地进行，接触混合与传质后的气、液两相能及时与传质后的气、液两相能及时分开，互不夹带等。分开，互不夹带等。l 精馏塔分类：精馏塔的种类很多，按接触方式可精馏塔分类：精馏塔的种类很多，按接触方式可分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用极广极广 。3.3.精馏塔综述精馏塔

9、综述在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，在圆柱形壳体内装填一定高度的填料，液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流经填料层后自塔底排出；气体则而下流经填料层后自塔底排出；气体则在压强差推动下穿过填料层的空隙，由在压强差推动下穿过填料层的空隙，由塔的一端流向另一端。气液在填料表面塔的一端流向另一端。气液在填料表面接触进行质、热交换，两相的组成沿塔接触进行质、热交换，两相的组成沿塔高连续变化。高连续变化。 溶剂填料塔气体散装填料散装填料塑料鲍尔环填料塑料鲍尔环填料规整填料规整填料 塑料丝塑料丝网波纹

10、填料网波纹填料 填料塔填料塔在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若干层塔板，液体靠重力作用自上而下流干层塔板，液体靠重力作用自上而下流经各层板后从塔底排出，各层塔板上保经各层板后从塔底排出，各层塔板上保持有一定厚度的流动液层；气体则在压持有一定厚度的流动液层；气体则在压强差的推动下，自塔底向上依次穿过各强差的推动下，自塔底向上依次穿过各塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液在塔内逐板接触进行质、热交换，故两在塔内逐板接触进行质、热交换，故两相的组成沿塔高呈阶跃式变化。相的组成沿塔高呈阶跃式变化。板式塔溶剂气体DJ 塔盘塔盘 新型塔板、

11、填料新型塔板、填料板式塔板式塔塔径在塔径在0.60.7米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。随着低压降高效率轻材质填料的开发，大塔也开始采用各种随着低压降高效率轻材质填料的开发，大塔也开始采用各种新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。塔型选择主要需考虑以下几个方面的基本性能指标：塔型选择主要需考虑以下几个方面的基本性能指标：(1) 生产能力生产能力 即为单位时间单位塔截面上的处理量；即为单位时间单位塔截面上的处理量；(2) 分离效率分离效率 对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指对板式塔指每层塔板的分离程度；对填

12、料塔指单位高度填料层所达到的分离程度；单位高度填料层所达到的分离程度；(3) 操作弹性操作弹性 指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比表示；表示；(4) 压强降压强降 指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；(5) 结构繁简及制造成本。结构繁简及制造成本。塔形选择塔形选择塔体：塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑一般取为圆筒形，可由金属、塑料或陶瓷制成，金属筒体内壁常衬以防料或陶瓷制成，金属筒体内壁常衬以防腐材料。腐

13、材料。 填料：填料：大致可分为散装填料和规整填料大致可分为散装填料和规整填料两大类，是传热和传质的场所。两大类，是传热和传质的场所。塔内件：塔内件：包括填料支承与压紧装置、液包括填料支承与压紧装置、液体与气体分布器、液体再分布器以及气体与气体分布器、液体再分布器以及气体除沫器等。体除沫器等。操作原理：操作原理：液体经塔顶喷淋装置均匀分液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流动，并与在压强差推动下穿自上而下流动，并与在压强差推动下穿过填料空隙的气体相互接触，发生传热过填料空隙的气体相互接触，发生传热和传质。和传质。 7653421液体

14、气体8填料（填料（Tower packing） 填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状紧密相关，材质一定时，表征填料特性的数据主要有：紧密相关，材质一定时，表征填料特性的数据主要有：比表面积比表面积 a a：单位体积填料层所具有的表面积单位体积填料层所具有的表面积( (m m2 2/m/m3 3) )。被被液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。大的液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。大的 a a 和良和良好的润湿性能有利于传

15、质速率的提高。对同种填料，填料尺好的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料，填料尺寸越小，寸越小，a a 越大，但气体流动的阻力也要增加。越大，但气体流动的阻力也要增加。空隙率空隙率 ：单位体积填料所具有的空隙体积单位体积填料所具有的空隙体积( (m m3 3/m/m3 3) )。代表代表的是气液两相流动的通道，的是气液两相流动的通道， 大，气、液通过的能力大，大，气、液通过的能力大，气体流动的阻力小。气体流动的阻力小。 = = 0.450.950.450.95。填料因子填料因子 ：填料比表面积与空隙率三次方的比值填料比表面积与空隙率三次方的比值(1(1/m)/m)，a a/ / 3 3，表

16、示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。，表示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。有干填料因子与湿填料因子之分。有干填料因子与湿填料因子之分。填料（填料（Tower packing） 常用的填料可分为常用的填料可分为散装填料散装填料和和规整填料规整填料两大类。散装填两大类。散装填料在塔内可乱堆，也可以整砌。料在塔内可乱堆，也可以整砌。拉西环阶梯环鲍尔环弧鞍规整填料一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成。规整填料一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成。使用时根据填料塔的结构尺寸，叠成圆筒形整块放入塔使用时根据填料塔的结构尺寸，叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆筒形在塔内砌装。内或分块拼

17、成圆筒形在塔内砌装。板式塔溢流无溢流 穿流塔板、逆流塔板液相气相液相降液管堰气相 错流式：泡罩、浮阀、筛板 喷射式：舌型、浮舌、浮动喷射式塔板是板式塔的基本构件，决定塔的性能。塔板是板式塔的基本构件，决定塔的性能。液液相相降液管降液管堰堰气相气相溢流塔板溢流塔板 ( (错流式塔板错流式塔板) )：塔板间有塔板间有专供液体溢流的降液管专供液体溢流的降液管 ( (溢流管溢流管) )，横向流过塔板的流体与由下而上穿横向流过塔板的流体与由下而上穿过塔板的气体呈错流或并流流动。过塔板的气体呈错流或并流流动。板上液体的流径与液层的高度可通板上液体的流径与液层的高度可通过适当安排降液管的位置及堰的高过适当安

18、排降液管的位置及堰的高度给予控制，从而可获得较高的板度给予控制，从而可获得较高的板效率，但降液管将占去塔板的传质效率，但降液管将占去塔板的传质有效面积，影响塔的生产能力。有效面积，影响塔的生产能力。 溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为：溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为：泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、舌形塔板等。泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、舌形塔板等。逆流塔板（穿流式塔板）：逆流塔板（穿流式塔板）：塔板间没有降液管，气、液两相同时由塔板间没有降液管，气、液两相同时由塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板上液层高度靠气体速度维持。上液层高度靠气体速度维持。优点：优点：塔板结构简单，板上无液面差，塔板结构简单，板上无液面差，板面充分利用，生产能力较大；板面充分利用，生产能力较大；缺点：缺点：板效率及操作弹性不及溢流塔板。板效率及操作弹性不及溢流塔板。与溢流式塔板相比，逆流式塔板应用范围小得多，常见的板与溢流式塔板相比，逆流式