蒸馏技术现状与发展.ppt

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1、蒸馏技术现状与发展方向主要内容一、概述二、蒸馏分离工程的特点三、学科特点四、蒸馏过程的传质动力学研究五、过程强化六、发展方向概述蒸馏是在气液两相逐级流动和接触时进行穿越界面的质量和热量传递,并实现混合物分离纯化的化工单元操作过程。作为当代工业应用最广的分离技术,目前已具有相当成熟的工程设计经验与一定的基础理论研究,并发展出了以蒸馏为基础的许多新型复合传质分离技术。概述随着石油化工、化学工业、环境化工等领域的不断发展和兴起，使得蒸馏分离过程的大处理量、连续化操作优势得以充分发挥，但是作为高能耗的分离过程，在大型工业化生产过程中无法避免地遇到产品的高纯度与高能耗的矛盾。所以，

2、在产品达到高纯分离的同时又能减低能耗就成为蒸馏学科和工程研究开发的主要目标。蒸馏技术用于混合物分离的优势与劣势优势：基础较扎实，工程设计经验成熟；大处理量、连续化操作性能强。劣势：微观、亚微观层次的研究不足；高能耗，且分离纯度越高能耗越高。概述蒸馏传质分离过程具有极高的复杂性,它涉及塔板(或填料表面)上气液两相流动的相互影响、气泡表面流型结构的转化、穿越气液界面的质量和热量传递之间的相互耦合、气泡的聚并和分裂与塔板流动气泡表面流型的变化以及界面传质和传热等的密切关联等。123nn+1概述但是,至今关于气液两相界面相变传质和传热及气泡群传质动力学规律仍处于宏观的和热力学平衡

3、水平上的研究,尚未发展出能够比较准确表示过程传递的理论预测方法。例如塔板效率或传质系数的确定仍需要经验关联式或实验测定,从而导致工程设计安全系数较大的设备和能量的很大浪费。概述所以说,从总体上看蒸馏学科目前仍然处于半经验阶段。概述造成蒸馏学科理论研究滞后于实际应用的主要原因：一是过程本身的复杂性，二是理论和实验研究手段的不充分。如过去一直采用稳态(或拟稳态)和热力学平衡级的方法，对于过程中涉及界面的传质动力学行为、气泡聚并和分裂与过程传递和流动相关的本质等机理研究不够深入;概述此外，现有的测试手段无法进行气液两相传递和运动规律的动态跟踪测定。所以需要采用新的理论研究方法，

4、以系统内气液两相传递和流动的动态变化观点，从根本上对过程传递机理加以认识，由此发展非线性、非平衡的传质理论，以此为指导进行蒸馏单元操作设备的工程设计、分离过程强化和以蒸馏为基础发展高效复合传质过程。一、蒸馏分离工程的特点1、系统工程性强，传递机理复杂。蒸馏过程研究涉及工程和工艺性问题，而过程的传递机理又十分复杂，很多重要问题至今尚未解决。其根本原因是单相流动的研究方法在蒸馏过程中难以再适用，同时由于过程伴随着界面传递，相关的基础理论研究还远远落后于实际工程应用。一、蒸馏分离工程的特点2、分析方法和测试手段要求独特在蒸馏分离过程中,需要进行测量的基本数据包括：气泡群中尺寸大

5、小分布；气泡的产生、形成、自由运动和破灭几个阶段的传质和运动规律研究结果；气泡间的相互作用与传递的关系；气泡与表面流体之间的相对运动和相间传质规律等。需要进行瞬态跟踪测量。一、蒸馏分离工程的特点3、设备放大效应严重。蒸馏过程中的复杂流动结构、气泡之间的相互作用、各组分传递速率之间的相互干扰(耦合)、气泡大小与塔内件结构和表面性质的密切关系，同样的物性和操作条件，在不同尺度和结构的设备中可呈现出截然不同的流型传质行为，表现出不同的操作特性。一、蒸馏分离工程的特点这均是由于对过程传递中非平衡性质和非线性传质属性缺乏足够的了解，未能实现对设备效应的定量认识，使得工业化设计至今仍

6、然处于逐级放大的经验阶段。所以，加强过程放大效应的研究是实现蒸馏技术实用化、工业化的关键。一、蒸馏分离工程的特点4、设备中气液两相混合物流体流量之间存在一定的约束条件。塔设备中上升蒸汽流量、进料量和塔顶冷凝回流液体之间的相对流量存在一定的约束关系,由此保证质量和能量交换的顺利进行和达到产品纯度的要求。一、蒸馏分离工程的特点5、塔板或填料上气体分散相和连续相液体流型的多样性。塔内气体的表观速度、进料量和塔顶冷凝回流液流量等操作条件不同时，塔板或填料表面上的气体流动可在快速鼓泡流、慢速鼓泡流和喷射流等之间转化；气泡表面流体同时存在层流内层、层流、过渡型和湍流几种流速，以及气泡

7、尾流和界面传质、传热引起的界面湍动。快速鼓泡流射流二、学科特点由于蒸馏学科研究的具体对象是一种特殊的气液两相流动体系，同时蒸馏过程中伴随气液界面上的质量传递和能量传递；且涉及气泡的聚并和分裂与两相流动和传递的相互影响，气泡的形成、生成、运动等阶段性过程中不同的流动和传质行为,所以具有自身显著的特点,现分述如下：二、学科特点1、传递过程中存在界面效应不同尺寸的气泡具有不同的界面效应，从而造成不同的传质速率；界面区域的特殊性质和传输行为，即界面张力、界面扩散、表面活性物质在界面上的亲和性吸附、分子的重定向作用等，以及涉及界面的非平