精餾原理電子課件教案

第一節(jié)精餾裝置概述

精餾塔在石油化工行業(yè)中占有很重要的地位，是化工企業(yè)和煉油企業(yè)生產(chǎn)過程中應(yīng)用極為廣泛的傳質(zhì)傳熱設(shè)備，其目的是將混合物中的各組分分離，達(dá)到規(guī)定的純度。精餾過程的實質(zhì)是利用混合物中各組分具有不同的揮發(fā)度，即在同一溫度下，各組分的飽和蒸汽壓不同這一性質(zhì)，使液相中的輕組分轉(zhuǎn)移到汽相中，而汽相中的重組分轉(zhuǎn)移到液相中，從而達(dá)到分離的目的，因此精餾裝置操作的好壞直接關(guān)系到石油化工企業(yè)的經(jīng)濟效益。概述概述精餾操作的用途：許多生產(chǎn)工藝常常涉及到互溶液體混合物的分離問題，如有機合成產(chǎn)品的提純，溶劑回收和廢液排放前的達(dá)標(biāo)處理等等。分離的方法有多種，精餾就是工業(yè)上最常用的方法之一。第二節(jié)精餾原理精餾是把液體混合物在傳質(zhì)設(shè)備中，進(jìn)行多次部分汽化，同時把產(chǎn)生的蒸汽多次部分冷凝，達(dá)到完全分離混合物獲得所要求純度的組分的操作，在這里我要強調(diào)的是部分兩字，精餾操作只有混合物部分的汽化才能分離。理論上多次部分氣化在液相中可獲得高純度的難揮發(fā)組分，多次部分冷凝在氣相中可獲得高純度的易揮發(fā)組分，但因產(chǎn)生大量中間組分而使產(chǎn)品量極少，且設(shè)備龐大。工業(yè)生產(chǎn)中的精餾過程是在精餾塔中將部分氣化過程和部分冷凝過程有機結(jié)合而實現(xiàn)操作的。精餾定義精餾：多次而且同時運用部分氣化和部分冷凝的方法，使混合液得到較完全分離，以分別獲得接近純組分的操作。被塔釜加熱的液體，所產(chǎn)生的蒸汽在塔內(nèi)自下而上地流動，而送入塔頂?shù)幕亓饕后w則與上升蒸汽相迎，由于氣液兩相在塔中不斷地相互接觸，進(jìn)行熱和質(zhì)的交換，使二相在熱交換過程中，易揮發(fā)組分不斷地從液相中向氣相中擴散，氣相中易揮發(fā)組分增濃，液相中易揮發(fā)組分逐漸減少，二相處于不平衡情況下，則存在推動力，產(chǎn)生質(zhì)的傳遞，直至平衡。

概述（Introduction）

精餾分類：按操作壓力可分為以下三類。常壓精餾：精餾在常壓下進(jìn)行。減壓精餾：用于常壓下物系沸點較高，使用高溫加熱介質(zhì)不經(jīng)濟或熱敏性物質(zhì)不能承受的情況。減壓可降低操作溫度。加壓精餾：對常壓沸點很低的物系，蒸汽相的冷凝不能采用常溫水和空氣等廉價冷卻劑，或?qū)Τ爻合聻闅怏w的物系（如空氣）進(jìn)行精餾分離，可采用加壓以提高混合物的沸點。精餾分類精餾原理典型的精餾設(shè)備是連續(xù)精餾裝置，包括精餾塔、冷凝器、再沸器等。用于精餾的塔設(shè)備有兩種，即板式塔和填料塔，但常采用的是板式塔。提餾段：包括加料板在內(nèi)的以下塔板為提餾段，其作用逐板提取下降的液相中易揮發(fā)組分。精餾原理

精餾段：加料板以上的塔段為精餾段，其作用是逐板增濃上升氣相中易揮發(fā)組分的濃度。料液,xF

Feed塔頂產(chǎn)品,xDOverheadproduct塔底產(chǎn)品,xWBottomsproduct液相回流Liquidreflux汽相回流Vaporreflux精餾段Rectifyingsection提餾段Strippingsection再沸器Reboiler冷凝器condenser精餾塔以加料板為界分為兩段，精餾段和提餾段。板式塔工作原理精餾原理

由塔釜上升的蒸汽與塔頂下流的回流液（包括塔中部的進(jìn)料）構(gòu)成了沿塔高逆流接觸的汽、液兩相。只要相互接觸的汽、液兩相未達(dá)平衡，傳質(zhì)必然發(fā)生。在一定壓力下操作的精餾塔，若入塔回流液中輕組分含量為塔內(nèi)液相的最高值，而由塔釜上升蒸汽中輕組分含量為塔內(nèi)蒸汽相的最低值，與之對應(yīng)，塔頂溫度最低，塔底則最高，即汽、液兩相溫度由塔頂至塔底遞增。在微分接觸式的塔（如填料塔和降膜塔）的任一截面上或分級接觸式（如板式塔）的任一塔板上的汽、液兩相不呈平衡，從而發(fā)生傳熱傳質(zhì)。精餾原理

n-1

tn-1ntnn+1tn+1yn+2yn+1ynyn-1xn-2xn-1xnxn+1連續(xù)精餾操作中，原料液連續(xù)送入精餾塔內(nèi)，同時從塔頂和塔底連續(xù)得到產(chǎn)品（餾出液、釜殘液），所以是一種定態(tài)操作過程。再沸器的作用是提供一定流量的上升蒸氣流。冷凝器的作用是提供塔頂液相產(chǎn)品并保證有適當(dāng)?shù)囊合嗷亓?。回流主要補充塔板上易揮發(fā)組分的濃度，是精餾連續(xù)定態(tài)進(jìn)行的必要條件。精餾是一種利用回流使混合液得到高純度分離的蒸餾方法。精餾原理浮罩舌型塔板泡罩流程泡罩塔板塔板排列結(jié)構(gòu)塔板是供氣液兩相進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱的場所。每一塊塔板上氣液兩相進(jìn)行雙向傳質(zhì)，只要有足夠的塔板數(shù)，就可以將混合液分離成兩個較純凈的組分篩孔塔板原則：進(jìn)料在組成接近的的塔板上。當(dāng)進(jìn)料組成波動時，為了保證最佳進(jìn)料，一般設(shè)置多個進(jìn)料位置，一般在進(jìn)料組成變化時，改變進(jìn)料位置。適宜的進(jìn)料位置選擇實際操作的回流比應(yīng)介于全回流與最小回流比兩者之間。適宜的回流比根據(jù)經(jīng)濟核算來確定，即應(yīng)在操作費用和設(shè)備費用之間作出權(quán)衡。適宜回流比的選擇操作費用：精餾的操作費用主要決定于再沸器中產(chǎn)生上升蒸汽所消耗加熱介質(zhì)的量和冷凝器中冷凝塔頂蒸汽所消耗的冷卻介質(zhì)的量。而塔內(nèi)蒸汽量與回流比有關(guān)?？傎M用設(shè)備費操作費費用回流比RRopt最適宜的回流比：精餾過程總費用（操作費用與設(shè)備費用之和）最低時的回流比?；亓髁窟^小，塔徑、塔板面積、再沸器及冷凝器換熱面積增大，設(shè)備費用上升。精餾塔的靈敏板精餾塔內(nèi)溫度不同分布：由塔底至塔頂逐漸降低。原因：各塔板上物料組成不同，汽相的壓強不同（壓降）。溫度在塔頂（或塔底）相當(dāng)一段高度內(nèi)變化極小。操作中常通過監(jiān)測塔頂和塔底溫度來反映餾出液組成和釜殘液組成。塔頂塔板序號塔釜溫度t精餾塔的靈敏板例：高純度分離時，塔頂（或塔底）若干塊塔板間的溫度差都很小，若通過塔頂和塔釜溫度來監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量將發(fā)生嚴(yán)重的滯后。塔頂塔板序號塔釜溫度t高純度分離操作條件改變必然引起分離效果的變化，但每一塊板改變的程度不等。靈敏板：溫度改變最顯著的塔板。以該塔板上的溫度監(jiān)控全塔的操作狀態(tài)，有利于對精餾塔進(jìn)行預(yù)見性調(diào)節(jié)。靈敏板通常靠近進(jìn)料口。精餾塔異?，F(xiàn)象

氣液接觸狀態(tài)篩板上氣液接觸的正常狀態(tài)篩板塔內(nèi)氣液兩相的非理想流動違背了主體逆流板上均勻錯流，導(dǎo)致平均傳質(zhì)推動力下降，但仍能保持塔的正常操作。氣沫夾帶氣體流速過快將導(dǎo)致氣沫夾帶，并且影響傳質(zhì)的進(jìn)行，使管內(nèi)的通過能力下降，嚴(yán)重時將影響塔的正常操作。通過設(shè)定出口安定區(qū)或保證液體在降液管內(nèi)有足夠的停留時間的方法可以解決。過量液沫夾帶（夾帶液泛）過量液沫夾帶使塔根本無法正常工作。通過增大塔板間距、減小氣速，可使液沫夾帶量減小。溢流液泛若氣、液兩相中之一的流量增大，使降液管內(nèi)液體不能順利下流，管內(nèi)液體必然積累，當(dāng)管內(nèi)液體增高到越過溢流堰頂部，于是兩板液體相連，該層塔板產(chǎn)生積液，并依次上升，這種現(xiàn)象稱為液泛，亦稱淹塔。液泛時氣速為塔操作的上限速度。嚴(yán)重漏液對板面上開有通氣孔的塔，當(dāng)上升氣體流速減小，氣體通過升氣孔道的壓力不足以阻止板上液體經(jīng)孔道流下時，便會出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。因此常在塔板入口處留出一條不開孔的安定區(qū)。漏液量達(dá)10％的氣流速度為漏液速度，這是塔操作的下限氣速。精餾塔的操作彈性是指最大允許負(fù)荷（負(fù)荷上限）至最小允許負(fù)荷（負(fù)荷下限）的范圍。精餾塔的負(fù)荷上限是用霧沫夾帶控制（允許夾帶量不大于10%）以能引起“液泛”現(xiàn)象為止，兩者界限下的最大負(fù)荷；負(fù)荷下限，是以漏液量接近10%為準(zhǔn)的最小負(fù)荷。精餾塔操作的操作彈性雙塔精餾特點單塔精餾與雙塔精餾的本質(zhì)上的區(qū)別就是對于雙塔精餾第一塔出料的組分將對第二塔的進(jìn)料構(gòu)成影響，而對于一般的精餾塔而言，第二塔的塔頂出料可能會影響到第一塔的回流。而對于雙塔的二塔而言，最易發(fā)生的異常就是進(jìn)料組分及進(jìn)料量的波動，尤其是一塔塔底液位投自動的情況下，一旦一塔操作失去平衡，必然會造成二塔的進(jìn)料量及進(jìn)料組分的波動。特殊精餾---恒沸精餾對于具有恒沸點的非理想溶液，通過加入質(zhì)量分離劑即挾帶劑與原溶液其中一個或幾個組分形成更低沸點的恒沸物，從而使原溶液易于采用精餾進(jìn)行分離的方法，稱之為恒沸精餾。乙醇－水通常加入無水酒精,采用恒沸精餾操作。特殊精餾---萃取精餾組分的相對揮發(fā)度非常接近，但不形成共沸物的混合物，不宜采用常規(guī)蒸餾方法進(jìn)行分離。而通過加入質(zhì)量分離劑（或稱之萃取劑），其本身揮發(fā)性很小，不與混合物形成共沸物，卻能顯著地增大原混合物組分間的相對揮發(fā)度，以便采用精餾方法加以分離，稱此精餾為萃取精餾。環(huán)乙烷－苯精餾一般采用糠醛萃取劑,使苯由易揮發(fā)組分變?yōu)殡y揮發(fā)組分。

第三節(jié)精餾塔物料衡算

全塔物料衡算對穩(wěn)定操作連續(xù)精餾塔，無論塔頂?shù)幕亓饕毫颗c塔釜的再沸蒸汽量多大，料液加入量必等于塔頂和塔釜所得產(chǎn)品量之和。產(chǎn)品流量、組成和進(jìn)料流量、組成之間的關(guān)系可通過全塔物料衡算求得。總物料衡算易揮發(fā)組分物料衡算詳細(xì)解說全塔物料衡算當(dāng)進(jìn)料流率F和組成zF

以及釜液組成xW

一定時，要求塔頂餾出液中輕組分含量xD

值越大，餾出液的流率D值就越小。塔釜產(chǎn)品的流率和組成之間也存在類似關(guān)系。對進(jìn)料濃度一定的精餾過程，提高產(chǎn)品品質(zhì)是以降低產(chǎn)品產(chǎn)率為代價的。例題掌握簡單精餾塔的控制方法；?掌握精餾塔的靜態(tài)特性；?了解精餾塔對象中操作變量對主要被控變量的動態(tài)影響程度；?針對塔頂、塔底產(chǎn)品質(zhì)量不同的要求，對精餾塔進(jìn)行控制；第四節(jié)：精餾操作控制對于精餾塔操作的影響因素：除了被分離物料的性質(zhì)和組成外，還有操作條件（例如：溫度、壓強、流量等），結(jié)構(gòu)條件（例如：塔高、塔徑和塔板結(jié)構(gòu)等）而對于我們操作工人來講，需要掌握的則主要是操作條件對精餾操作的影響影響精餾操作的因素：塔的設(shè)計和操作都是基于一定的塔壓下進(jìn)行的，因此精餾塔首先要保持壓力的穩(wěn)定，塔壓的波動對塔的操作將產(chǎn)生如下影響：影響產(chǎn)品質(zhì)量和物料平衡。改變組分間的相對揮發(fā)度，壓力增加，組分間的相對揮發(fā)度降低，分離效果會下降。改變塔的生產(chǎn)能力，壓力增加，組分的重度增大，塔的處理能力增大。塔壓的影響

加料量的變化直接影響蒸汽速度的改變。后者的增大，會產(chǎn)生夾帶，甚至液泛。當(dāng)然，在允許負(fù)荷的范圍內(nèi)，提高加料量，對提高產(chǎn)量是有益的。加料量過低，塔的平衡操作不好維持，特別是浮閥塔。進(jìn)料量的影響加料組分的改變，直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量。加料中重組分增加，使精餾段負(fù)荷增加，在塔板數(shù)不變時，則分離效果不好，對于雙塔精餾，一塔產(chǎn)品組分的變化，尤其要影響到二塔的進(jìn)料，如果一塔出料中易揮發(fā)組分增加，使提餾段負(fù)荷增加，可能因分離不好而造成塔釜產(chǎn)品質(zhì)量的不合格。進(jìn)料成分的影響

在操作壓力不變的情況下，改變塔釜操作溫度，對蒸汽速度、氣液組成的變化都有一定影響。塔釜溫度的影響

進(jìn)料狀況有沸點進(jìn)料、冷液進(jìn)料、飽和蒸汽進(jìn)料、氣液混合進(jìn)料和過熱蒸汽進(jìn)料。如果是冷液進(jìn)料，且進(jìn)料溫度低于加料板上的溫度，那么，加入的物料全部進(jìn)入提餾段，使提餾負(fù)荷增加，塔釜消耗蒸汽量增加，塔頂難揮發(fā)組分含量降低。精餾塔較為理想的進(jìn)料情況是沸點進(jìn)料。進(jìn)料狀態(tài)的影響回流是維持全塔正常操作的必要條件?；亓髁康拇笮s效果、產(chǎn)品質(zhì)量、塔板數(shù)和水、電、氣的消耗都有直接影響。提高回流比，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量。一般，提高回流比，可以提高產(chǎn)品質(zhì)量?；亓鞯谖骞?jié)：精餾操作總結(jié)物料平衡體現(xiàn)了塔的生產(chǎn)能力，它主要是靠進(jìn)料量和塔頂、塔底采出量來調(diào)節(jié)。如果精餾塔的操作不符合某組分物料平衡式時，將有兩種表現(xiàn)：輕組分的采出量超過了物料平衡量。使塔內(nèi)的物料組成變重，全塔溫度逐步升高。塔項餾分中的重組分濃度增加，以致使質(zhì)量不合格。物料平衡另一種情況與第一種相反，重組分的采出量超過了物料平衡的量，全塔的物料組成將隨著操作的進(jìn)行而逐漸變輕，塔身溫度下降，特別是底溫明顯下降，底液中輕組分的濃度增加。物料平衡由此可見，物料平衡掌握不好，將使整個塔的操作處于混亂狀況，達(dá)不到預(yù)期目的。所以物料平衡是塔操作的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)。另外如果正常的物料平衡受到