精餾與精餾塔

關(guān)于精餾與精餾塔第1頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三精餾的基本介紹精餾塔綜述兩種精餾塔詳細介紹與對比主要內(nèi)容精餾操作流程第2頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三1.精餾的基本介紹1.1精餾的定義精餾是化工生產(chǎn)中分離互溶液體混合物的典型單元操作，其實質(zhì)是多級蒸餾，即在一定壓力下，利用互溶液體混合物各組分的沸點或飽和蒸汽壓不同，使輕組分（沸點較低或飽和蒸汽壓較高的組分）汽化，經(jīng)多次部分液相汽化和部分氣相冷凝，使氣相中的輕組分和液相中的重組分濃度逐漸升高，從而實現(xiàn)分離。第3頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三1.2精餾原理

1-2-1精餾基本原理

精餾是將液體混合物多次部分氣化和部分冷凝,利用其中各組份揮發(fā)度不同（相對揮發(fā)度，α）的特性，實現(xiàn)分離目的的單元操作。第4頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三精餾中的兩個重要概念：輕組分：揮發(fā)性高的組分（沸點低的組分）重組分：揮發(fā)性低的組分（沸點高的組分）液體混合物經(jīng)過多次部份汽化后可變?yōu)楦呒兌鹊碾y揮發(fā)組分。氣體混和物經(jīng)過多次部分泠凝后可變?yōu)楦呒兌鹊囊讚]發(fā)組分。第5頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三1-2-2精餾原理①回流塔頂液相回流和塔底汽相回流，為偏離平衡的氣液相在塔內(nèi)各板上提供了接觸條件，實現(xiàn)了氣液相間的質(zhì)量傳遞。L0V2V2與L0是偏離平衡的氣液相，在塔板上接觸，進行質(zhì)量傳遞，濃度變化趨向于平衡組成。第6頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三②傳質(zhì)推動力

④熱量傳遞過程液體汽化所需熱量由蒸汽冷凝提供。⑤過程控制精餾過程速率由傳質(zhì)過程控制。③傳質(zhì)方向易揮發(fā)組分：液相→汽相；難揮發(fā)組分：汽相→液相。易揮發(fā)組分沿塔高方向增加，而溫度沿塔高方向降低。第7頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三2.精餾操作流程

精餾塔再沸器冷凝器第8頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三根據(jù)精餾原理可知，單有精餾塔還不能完成精餾操作，而必須同時有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時還要配有原料液預熱器、回流液泵等附屬設(shè)備，才能實現(xiàn)整個操作。再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝器的作用是提供塔頂液相產(chǎn)品及保證有適宜的液相回流，因而精餾能穩(wěn)定的進行。第9頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三1、進料板以上稱為精餾段

——精制汽相中的易揮發(fā)組分。2、進料板以下（包括進料板）稱為提餾段

——提濃液相中難揮發(fā)組分。塔頂產(chǎn)品稱為餾出液

——富含易揮發(fā)組分。塔底產(chǎn)品稱為釜液

——富含難揮發(fā)組分。精餾段提餾段進料板第10頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三（1）連續(xù)精餾流程

操作時，原料液連續(xù)地加入精餾塔內(nèi)。

連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（稱為釜殘液）；部分液體被汽化，產(chǎn)生上升蒸汽，依次通過各層塔板。

塔頂蒸汽進入全（冷）凝器被全部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔頂作為回流液體，其余部分作為塔頂產(chǎn)品（稱為餾出液）采出。板式塔釜液餾出液進料第11頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三（2）間歇精餾流程間歇精餾與連續(xù)精餾大致相同。間歇精餾時，料液成批投入精餾釜，逐步加熱氣化，待釜液組成降至規(guī)定值后將其一次排出。間歇精餾為非定態(tài)過程。在精餾過程中，釜液組成不斷降低。間歇精餾時全塔均為精餾段，沒有提餾段。第12頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三基本功能：形成氣液兩相充分接觸的相界面，使質(zhì)、熱的傳遞快速有效地進行，接觸混合與傳質(zhì)后的氣、液兩相能及時分開，互不夾帶等。精餾塔分類：精餾塔的種類很多，按接觸方式可分為連續(xù)（微分）接觸式（填料塔）和逐級接觸式（板式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應(yīng)用極廣。3.精餾塔綜述第13頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三在圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料，液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流經(jīng)填料層后自塔底排出；氣體則在壓強差推動下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進行質(zhì)、熱交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。溶劑填料塔氣體散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料塑料絲網(wǎng)波紋填料

填料塔第14頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距水平設(shè)置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流經(jīng)各層板后從塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動液層；氣體則在壓強差的推動下，自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液在塔內(nèi)逐板接觸進行質(zhì)、熱交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。板式塔溶劑氣體DJ塔盤新型塔板、填料板式塔第15頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三塔徑在0.6~0.7米以上的塔，過去一般優(yōu)先選用板式塔。隨著低壓降高效率輕材質(zhì)填料的開發(fā)，大塔也開始采用各種新型填料作為傳質(zhì)構(gòu)件，顯示了明顯的優(yōu)越性。塔型選擇主要需考慮以下幾個方面的基本性能指標：(1)生產(chǎn)能力即為單位時間單位塔截面上的處理量；(2)分離效率對板式塔指每層塔板的分離程度；對填料塔指單位高度填料層所達到的分離程度；(3)操作彈性指在負荷波動時維持操作穩(wěn)定且保持較高分離效率的能力，通常以最大氣速負荷與最小氣速負荷之比表示；(4)壓強降指氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強降；(5)結(jié)構(gòu)繁簡及制造成本。塔形選擇第16頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三4.1填料塔（PackedTower）

塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑料或陶瓷制成，金屬筒體內(nèi)壁常襯以防腐材料。填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類，是傳熱和傳質(zhì)的場所。塔內(nèi)件：包括填料支承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。操作原理：液體經(jīng)塔頂噴淋裝置均勻分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動，并與在壓強差推動下穿過填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。7653421液體氣體8第17頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三填料（Towerpacking）填料塔的核心，是氣液兩相接觸進行質(zhì)、熱傳遞的場所。填料的流體力學和傳質(zhì)性能與填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀緊密相關(guān)，材質(zhì)一定時，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有：比表面積a：單位體積填料層所具有的表面積(m2/m3)。被液體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的a和良好的潤濕性能有利于傳質(zhì)速率的提高。對同種填料，填料尺寸越小，a越大，但氣體流動的阻力也要增加?？障堵剩簡挝惑w積填料所具有的空隙體積(m3/m3)。代表的是氣液兩相流動的通道，大，氣、液通過的能力大，氣體流動的阻力小。=

0.45~0.95。填料因子：填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/m)，a/3，表示填料的流體力學性能，值越小，流動阻力越小。有干填料因子與濕填料因子之分。第18頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三填料（Towerpacking）常用的填料可分為散裝填料和規(guī)整填料兩大類。散裝填料在塔內(nèi)可亂堆，也可以整砌。拉西環(huán)階梯環(huán)鮑爾環(huán)弧鞍第19頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊而成。使用時根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內(nèi)或分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。第20頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三板式塔溢流無溢流

穿流塔板、逆流塔板液相氣相液相降液管堰氣相

錯流式：泡罩、浮閥、篩板噴射式：舌型、浮舌、浮動噴射式4.2板式塔

Plate(tray)tower

塔板類型塔板是板式塔的基本構(gòu)件，決定塔的性能。第21頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三液相降液管堰氣相溢流塔板(錯流式塔板)：塔板間有專供液體溢流的降液管(溢流管)，橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯流或并流流動。板上液體的流徑與液層的高度可通過適當安排降液管的位置及堰的高度給予控制，從而可獲得較高的板效率，但降液管將占去塔板的傳質(zhì)有效面積，影響塔的生產(chǎn)能力。溢流式塔板應(yīng)用很廣，按塔板的具體結(jié)構(gòu)形式可分為：泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網(wǎng)孔塔板、舌形塔板等。第22頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三逆流塔板（穿流式塔板）：塔板間沒有降液管，氣、液兩相同時由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過，板上液層高度靠氣體速度維持。優(yōu)點：塔板結(jié)構(gòu)簡單，板上無液面差，板面充分利用，生產(chǎn)能力較大；缺點：板效率及操作彈性不及溢流塔板。與溢流式塔板相比，逆流式塔板應(yīng)用范圍小得多，常見的板型有篩孔式、柵板式、波紋板式等。液相氣相第23頁，講稿共25頁，2023年5月2日，星期三板式塔填料塔壓降較大小尺寸填料較大；大尺寸填料及規(guī)整填料較小空塔氣速較大小尺寸填料較小；大尺寸填料及規(guī)整填料較大塔效率較穩(wěn)定，效率較