精馏塔基本知识

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1、精馏塔基本知识中国石油大学储运工程系李玉星蒸馏使多组分混合物原料发生部分汽化或部分冷凝的相变，气相内浓集了原料中的易挥发组分，而液相内浓集了原料中的难挥发组分，使原料按挥发度不同实施一定程度的分离，这一工艺称蒸馏。蒸馏是矿场实施油气初加工的一种主要工艺，油气分离、原油稳定、天然气凝液回收、凝液分馏等都是按蒸馏原理实施的油气加工过程。蒸馏共有三种方式：闪蒸、简单蒸馏和精馏。精馏精馏是使液体混合物依据各组分挥发度不同、而达到较完善分离、产品收率较高的一种蒸馏操作。精馏原理精馏过程实质上是多次平衡汽化和冷凝的过程。如此重复m次，只要m足够大，就可得到轻组分浓度极小、重组分浓度极高的液体，但

2、数量很少。如此重复n次，最后可得到轻组分浓度很高的气体，但数量极少。这种多级部分汽化和部分冷凝的极限情况即为微分汽化和微分冷凝，它们能够得到很纯的轻重组分，但数量或收率很低。没有利用组分浓度不高的中间产物，如y1’和xn，是收率低的根本原因。为此，可将与原料浓度z相近的y1’蒸气和液体xn回流至罐F，设计出如图所示的流程。所示的流程即为精馏过程，它可使混合物得到有效分离，既可保证高的产品纯度，又能达到较高的收率。流程中，每个容器都是气液平衡的接触级，每一级都有气液两股进料。液相回流的轻组分浓度应高于该级条件下的平衡液相浓度；而气相进料的轻组分浓度应低于该条件下的平衡气相浓度.进入每一

3、级的气液相浓度是不平衡的，液相浓度比平衡浓度高，气相浓度比平衡浓度低，这就产生了传质推动力，使气液两相接触时液相中的轻组分蒸发，气相中的重组分冷凝，气液相趋近于相平衡。因此，相间的浓度差别是精馏的重要前提。从下向上，每一接触级的温度逐步递减，形成温度梯度。最顶上接触级的温度最低，这样才能获得高浓度轻组分；最低下接触级的温度最高，才能获得高浓度重组分。因而，合理的温度梯度是精馏的另一重要前提。为了创造这两个重要前提，顶部冷凝器和底部重沸器所造成的回流是必不可少的。顶部产品冷凝器为精馏过程提供了轻组分浓度很高、而温度很低的顶部液相回流。液相回流会在各个接触级上产生轻组分浓度较平衡浓度高、

4、温度较平衡温度低的液相回流。底部的重沸器则提供温度很高、重组分浓度很高的气相回流。气相回流由下向上，在各个接触级上产生温度高于平衡温度，其重组分浓度也高于平衡浓度的气相回流。在顶部液相回流和底部气相回流的共同作用下，各接触级才具备相间浓度差别和温度梯度，使精馏过程持续顺利地进行。底部气相回流携入系统的能量，通过各接触级，在传质的同时发生传热，逐级由下而上传递，最后由顶部冷凝器吸收，这是精馏过程特殊的传热方式。热量由下向上的传递中，也做一部分有用功，将轻重组分分离。3精馏塔构成各接触级叠加在一个单一设备内，该设备即为精馏塔。在塔中，气体由下而上、液体由上而下逆向流动，在每一个由塔板或填

5、料构成的接触级上密切接触，进行传质、传热。原料一般从塔的中部进入塔内。塔顶引出的气相馏出物是高纯度的轻质产品，塔底流出的是高纯度的重质产品。塔顶由冷凝器提供液相回流，塔底由重沸器（再沸器）提供气相回流。完整的精馏塔由精馏段、提馏段和进料段（或进料板）三部分构成。1平衡接触级、理论塔板和总板效率接触级为气液相物流进行密切接触、传质的设施，即塔板和填料。若一层塔板的分离能力能达到平衡接触级的分离能力，就称为理论塔板。相当于一层理论塔板分离能力的填料层高度称等板高度（HETP）。理论塔板是虚构的。气液两相在塔板上愈接近平衡状态，组分浓度差别愈小，传质推动力愈小，传质速度愈慢，气液两相在真实

6、塔板上的接触时间有限，而且气体中还夹带液沫等原因，使真实塔板一般都达不到理论塔板的分离效果，因而真实塔板数总多于理论塔板数。把理论塔板数与真实塔板数之比称为全塔板（平均）效率，或总板效率。2.精馏段和液相回流进料板以上至塔顶为精馏段。原料在进料段部分汽化产生的蒸气，自下而上逐级流过精馏段的接触级，进入塔的顶部。塔顶液相回流自上而下逐级流过接触级，流向进料板，在每个接触级上液体与上升的蒸气逆向接触。一个接触级不能得到纯度很高的塔顶轻质产品，精馏段内需设若干个接触级。一般，轻质产品的纯度要求愈高、轻重组分的分离难度愈大，所需的接触级数愈多。每个接触级相当于一块理论板，在理论板上气液两相达

7、到相平衡状态。真实塔板不可能使气液达到完善的相平衡状态，因而精馏塔的实际塔板数总多于理论塔板数，或接触级数。液相回流是精馏操作的必要条件。如果没有液相回流，气流就会穿过精馏段直达塔顶，气相得不到任何提浓作用。塔顶回流量L0常为塔顶产品量的几倍、甚至数十倍。L0与D的比值称回流比R。3.提馏段和气相回流精馏塔进料板下方直至塔底为提馏段。进料板上分出的液体和由精馏段下流的液体汇合，进入提馏段。在提馏段的每一接触级上发生的气液传热、传质过程与精馏段接触级完全相同