第9章蒸馏设备

第九章蒸馏设备目录第一节蒸馏基本知识第二节塔设备

全国高等学校高职高专药品类专业卫生部“十一五”规划教材《生物制药设备》【学习目的】学习溶液蒸馏基本知识，培养塔设备基本操作技能，为蒸馏岗位打下技术基础。【知识要求】1.了解蒸馏基本原理；双组分理想混合体系的气液平衡原理及意义；2.熟悉板式塔的结构和工作原理；3.掌握酒精回收塔的结构和工作原理。【能力要求】1.学会板式塔的基本操作技术；2.熟练应用酒精回收塔的操作技术回收有机溶剂。学习目标一、蒸馏的概念（一）基本概念1.挥发度纯净物质的饱和蒸气压就是该物质的挥发度，用表示。双组分体系，易挥发组分A和难挥发组分B的挥发度分别为：2.相对挥发度溶液中两组分挥发度之比称为相对挥发度，用表示。第一节蒸馏基本知识表明两组分蒸发能力相当，不能通过蒸发将两组分分离开来。表明两组分的蒸发能力有差别，可以用蒸发的方法将易挥发组分A同难挥发组分B分离开来。值差距越大分离效果越好3.饱和蒸汽压当液体分子逸出速度与冷凝速度相等时，液面上的蒸气数量不再增加，达到饱和状态，此时蒸气对液面所施加的压力称为饱和蒸气压。4.临界蒸汽压液体沸腾时的饱和蒸汽压称为临界蒸汽压。

5.汽化热

液体蒸发过程需要向环境吸收热量，液体变为同温度的气体所吸收的热量叫汽化热。和（二）蒸馏过程

将料液加热到沸点，使易挥发成分大量汽化，蒸汽经冷凝后形成冷凝液，从而与难挥发成分分离的过程称为蒸馏。蒸馏过程包含了料液沸腾和蒸汽冷凝两个环节。

1.沸腾料液在室温下就能蒸发，但只是发生在料液的表面。当料液中产生第一个气泡时，其温度称为泡点温度。到达泡点温度后，料液大量汽化，汽化过程在不断加速，料液处于沸腾状态。2.冷凝

蒸汽将热量传递给低温物质，由气态转变成液态的过程称为冷凝。

蒸汽分子聚集在一起形成第一颗露珠，此时的温度称为露点温度。

蒸汽的冷凝过程是一个放热过程，所放出的热称为潜热，在数值上等于液体的蒸发热。露点温度潜热蒸馏目的

将易挥发组分大量汽化，再将蒸汽冷凝成液体，从而得到纯度较高的易挥发组分。二、蒸馏操作方式蒸馏可分为简单蒸馏、平衡蒸馏和精馏等基本类型。（一）简单蒸馏简单蒸馏又称微分蒸馏，是一种间歇、单级蒸馏过程。料液被加热至沸腾，混合蒸汽直接冷凝成液体的过程。（二）平衡蒸馏将蒸馏釜中料液加热使部分汽化，当汽液两相达平衡后，将汽液两相分离的过程，称为平衡蒸馏。

平衡蒸馏又称闪蒸，是一个连续稳定的传质过程，既可以间歇操作又可以连续操作。特点：减压，瞬间大量蒸发

平衡蒸馏的分离精度不高，一般用于混合原料液的初步分离。（三）精馏

通过加热的方法，使料液大量汽化，分部收集不同沸点组分的冷凝液，这种操作过程称为精馏。精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝器等组成

用再沸器加热料液使部分汽化，蒸气沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。原料液从中部进入塔内后与上升到塔段的气体接触，气体部分冷凝后与原料液一起沿塔下降,原料液产生的蒸气和升上塔段来的蒸气继续沿塔上升，并在不同的塔段冷凝成液体，沸点最低的组分将一直上升到塔顶，在塔顶冷凝成塔顶产品。在精馏操作过程中，用再沸器加热时，各组分都能汽化成蒸汽。由于低沸点的组分在较低温度下即沸腾并大量汽化，所以，高沸点组分汽化量较小，气相中的主要成分是低沸点组分。

在精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入气相，气相中的难挥发组分转入液相。达到气液平衡时，低沸点组分已从高沸点混合体系中分离出来。如果温度条件控制得恰当，通过精馏，气相中低沸点组分可达到99%以上的纯度。第二节塔设备一、板式塔（一）板式塔结构1.板式塔塔体

由壳体、封头、塔板、围堰、降液管、气体分布器等部件组成。2.塔板筛板泡罩浮阀泡罩浮阀塔板（二）塔板上气液两相的流动1.塔板上气液两相的理想流动鼓泡接触状态泡沫接触状态喷射接触状态鼓泡接触状态泡沫接触状态喷射接触状态流动状态2.塔板上气液两相的非理想流动（1）返混

如果大部分气体由下而上，少部分气体由上而下，或者大部分液体由上而下，少部分液体由下而上，这种现象称为返混。返混现象可分为液相返混和气相返混。液相返混又称液沫夹带。气相返混，又称气泡沫夹带。（2）乱流液相分布气相分布

由于塔板进出口之间有液面落差，液体从塔板进口流向塔板出口的过程中所受阻力大小有所差异，板上液体的厚度不均匀，从而引起气流的不均匀分布，导致进口处液层厚，对气体穿孔流动有较大阻力，液体中含气量小，而出口部位液层薄，对气体穿孔流动阻力小，液体中含气量大。在上述情况下，气相与液相之间传质不均匀，浓度增加不足以补偿浓度的降低，不利于传质。

由于塔板的进口到出口之间，液体流动的路线不同，所受的阻力不同，导致液体的流动速度不一致，沿塔板的速度分布不均匀。在塔板的部分区域液体流动速度很低，形成了塔板上的滞流区域，同时还存在一些小尺度的反向流动。这些都对传质不利。当液体流量很低时，在塔板上造成很大的死区，传质效率很低。（三）板式塔的不正常操作1.液泛

降液管中液体的下降受阻，管内液体逐渐积累增高，当液面增高到超越溢流堰时，上下两塔板上的液体连成一片，并依次向上，层层延伸直至全塔淹没，这种现象称为液泛，又称淹塔。引起液泛的原因可以分为两类：（1）降液管液泛液体流量和气体流量都过大（2）夹带液泛气速过大，气体穿过板上液层时将形成液沫夹带2.漏液

一部分液体从筛孔直接流下，这种现象称为漏液。气速太小和板面上气流分布不均匀是造成漏液的主要原因。

当从孔道漏下的液体量占液体总流量的10％以上时，称为严重漏液。形成严重漏液后，塔板不能积液，传质不能正常进行。在生产过程中，将漏液量控制在液体流量的10％以下，才能保证塔的正常操作。二、填料塔1.填料塔的结构填料塔由壳体、封头、承重板、填料压板、分布器等部件组成填料塔的填料2.填料塔的工作过程

液体在塔顶经分布器向下喷淋，并沿填料表面形成液膜向下流动，最后由塔底部流出；气体由塔底承重板下进入塔筒体，靠压力差穿过填料层的空隙，并与填料上的液膜进行动量、质量和热量交换，最后由塔顶部排出。壁流效应

当液体沿填料向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。

填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。当液体负荷较小时不能有效地润湿填料表面，从而使传质效率降低；不能直接用于有悬浮物或容易聚合的物料；对侧线进料和出料等复杂精馏不太适合，以及填料造价高等是填料塔不足之处。性能和应用三、酒精回收塔（一）酒精回收塔的结构

酒精回收塔由塔釜、塔身、冷凝器、冷却器、缓冲罐、高位储槽、稳压罐、比重测定器等组成。塔内填装高效不锈钢波纹填料，因此属于填料塔。（二）酒精回收塔的工作过程

将稀酒精溶液送入塔釜内进行加热，乙醇与水混合其沸点降低，在较低的温度下即达到沸腾。在乙醇大量汽化的同时部分水也随之蒸发，形成以乙醇蒸汽为主要成分的混合蒸汽。产生的混合蒸汽从塔底上升，因塔体温度逐渐下降，大部分水蒸汽冷凝成液体回流至塔釜，而乙醇蒸汽和少量的水蒸汽继续上升至塔顶，经连通管道进入冷凝器冷凝成酒精液体，部分冷凝液回流至塔釜够构回流液，另一部分经冷却器冷却后出料。

酒精回收塔回收效率高，可将浓度为30%～50%左右的稀酒精浓缩成95%左右的浓溶液。酒精回收塔具有结构紧凑、运行成本低、清洗和维修方便等优点，有广泛的使用。（三）酒精回收塔操作与维护

必须酒精回收塔的操作规程操作，要定期进行气密性试验，以防止泄露；定期对仪表、仪