精馏塔原理与操作

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1、精馏原理与操作要点一、引言二、精馏原理三、精馏塔分类四、精馏塔操作要点高飞2013年11月1日一、引言精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多和机理复杂”作为化工生产中应用最广的分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。二、精馏原理精馏操作迫使混合物的气、液两相在精馏塔体中作逆向流动，在互相接触过程中，液相中的轻组分逐渐转入气相，而气相中的重组分则逐渐进入液相。精馏过程本质上是一种传质过程，也伴随着传热。在恒定压力下，对单组分液体在沸腾时继续加热，其温度保持不变。但对于多组分的理

2、想溶液来说，在恒定压力下，沸腾溶液的温度却是可变的。一般而言，在恒定压力下，溶液气液相平衡与其组分有关。高沸点组分的浓度越高，溶液平衡温度越高。与纯物质的气液平衡相比较，溶液气液平衡的一个特点是：在平衡态下，气相浓度与液相浓度是不相同的。一般情况下，气相中的低沸点组分的浓度高于它在液相中的数值.对于纯组分的气液相平衡，把恒定压力下的平衡温度称为该压力下的沸点或冷凝点。但对于处在相平衡的溶液，则把平衡温度称为在该压力下某气相浓度的露点温度或对应的液相浓度的泡点温度。对于同一气相和液相来说，露点温度与泡点一般是不相等的，前者

3、比后者高。塔顶－塔底形成下高上低的温度梯度分布梯度越大，则传质传热的过程越充分，分离效果越好泡点：一定系统压力和液相组成下，液体混合物出现第一个气泡时的温度称为泡点.露点：一定系统压力和液相组成下，液体混合物加热汽化全部变成饱和气相的温度称为露点。节能与经济性回收率：其中i为轻组分，及挥发度较高的组分。能耗－产品纯度－回收率的关系能耗不变时，产品纯度↑，回收率↓保证产品纯度时，能耗↑，回收率↑，但回收率增加到一定程度时，提高的就不明显了。保证产品纯度的前提下，权衡回收率与能耗，选择最佳的回收率与能耗搭配，使得产量尽量多些

4、，能耗尽量少些。连续精馏塔流程的典型图。1－精馏塔2－再沸器3－冷凝器4－观察罩5－馏出液贮罐6－高位槽7－预热器8－残液贮罐三组分精馏典型流程图。三、精馏塔分类板式塔筛板塔、泡罩塔、浮阀塔穿流塔、浮喷塔、浮舌塔填料塔增加气液两相的接触面积乱堆填料，规整填料槽盘式液体分布器四、精馏操作要点在保证产品质量合格的前提下，回收率最高，能耗最低或总收益最大，或总成本最低1、质量指标－产品的纯度：二元组分精馏：通常只能控制其中的关键组分的浓度轻关键组分：挥发度较大而由塔顶镏出的关键组分重关键组分：挥发度较小而由塔底镏出的关键组分2

5、、保证平稳操作物料平衡：塔顶产品和塔底产品流量之和应等于进料量，塔底液位、回流罐液位、各塔板持液量均保持不变。能量平衡：进料热量＋塔底再沸器加热量＝塔顶产品热量＋塔底产品热量＋塔顶冷凝器冷却热量＋热量损失进料、冷剂、加热剂的控制物料平衡影响因素：进料流量进料组成塔顶，塔底产品采出量及组能量平衡影响因素：进料温度再沸器加热量冷凝器冷却量环境温度全塔物料平衡对于二元精馏：F为进料流量（kmol/h）;D为塔顶馏出液采出量（kmol/h）;B为塔底釡液采出量（kmol/h）ZF，xD，xB分别表示进料、馏出液、釡液中轻组分的摩

6、尔分率。解得：或表明：xD与xB之间的关系受F/D（或F/B）、ZF的影响。进料在产品中的分配比一定，则顶、底两产品中轻组分组成关系一定。xD↑则xB↓，反之，xB↑，xD↓。例：ZF=0.5要求xD＝0.95,xB=0.05ZF变到0.4时此时必须减小D才能够达到质量要求（1）进料板物料平衡提馏段各板：精馏段在回流液的温度为沸点的情况下各板：从而进料板物料平衡：进料为液相，且为泡点，则：进料为气相，且为露点，则：F↓↓LR↑VR↓LS↑VSF，ZFVRD，XDjxjk↑↓VRyj+1LRVsykLsxk-1↑↓LsB,

7、xB物料平衡示意图（2）精馏段的物料平衡对于冷凝器：任意塔板j：定义回流比：，则：可通过回流比R和再沸器蒸汽量V→内部物料平衡→yj+1回流比R↑，y-x斜率↑全回流（R=∞，D=0）时，yj+1=xj为对角线精馏段操作线方程（3）提镏段物料平衡通过改变再沸器上升蒸汽量、回流量来改变内部物料平衡，最终改变yj+1经过点和点提馏段操作线方程再沸器物料平衡：提馏段任一塔板：全塔能量平衡关系1、芬斯克(Fenske)方程全回流时，由各塔板气液平衡关系可以推导出塔顶、塔底产品组成服从Fenske方程n—理论塔板数α—平均相对挥发

8、度，与温度、压力有关挥发度：气相中分压和与其平衡的液相中的摩尔分率之比。道尔顿定律：理想气体混合物的总压等于各组分气体分压之和，各组分的分压等于总压乘以该组分在混合气体中所占的摩尔分率相对挥发度：2、分离度不是全回流的一般操作条件下，定义分离度：(7-15)化工教研室蒸馏和吸收塔设备25/37塔板上的异常操作现象漏液