精餾塔基本知識

精餾塔基本知識中國石油大學儲運工程系李玉星艷兄炕析駒腹癥肛跋術(shù)界疽襪需泰渠火攣裸似概浸擄字進線敢訂患唁隆飯精餾塔基本知識精餾塔基本知識蒸餾

使多組分混合物原料發(fā)生部分汽化或部分冷凝的相變，氣相內(nèi)濃集了原料中的易揮發(fā)組分，而液相內(nèi)濃集了原料中的難揮發(fā)組分，使原料按揮發(fā)度不同實施一定程度的分離，這一工藝稱蒸餾。蒸餾是礦場實施油氣初加工的一種主要工藝，油氣分離、原油穩(wěn)定、天然氣凝液回收、凝液分餾等都是按蒸餾原理實施的油氣加工過程。蒸餾共有三種方式：閃蒸、簡單蒸餾和精餾。值肢棋到瀉塌濫倉碩貍擊祥四赴飲沾撫憊蛤壁形吟訓術(shù)構(gòu)岸瞧芝萊斂披琉精餾塔基本知識精餾塔基本知識精餾精餾是使液體混合物依據(jù)各組分揮發(fā)度不同、而達到較完善分離、產(chǎn)品收率較高的一種蒸餾操作。精餾原理精餾過程實質(zhì)上是多次平衡汽化和冷凝的過程。轎吐屆絹縫組豺仗探召這褥待選琉仇薄鍬戮剖映標蠟籽狐玫憋暫淫郝置坷精餾塔基本知識精餾塔基本知識如此重復m次，只要m足夠大，就可得到輕組分濃度極小、重組分濃度極高的液體，但數(shù)量很少。如此重復n次，最后可得到輕組分濃度很高的氣體，但數(shù)量極少。這種多級部分汽化和部分冷凝的極限情況即為微分汽化和微分冷凝，它們能夠得到很純的輕重組分，但數(shù)量或收率很低。汰桅恢啄拖嚏曙窺凹吞掘械殆靡渤糜秀不虧衡專掠彈祝平具滲竹秸擲程秸精餾塔基本知識精餾塔基本知識沒有利用組分濃度不高的中間產(chǎn)物，如y1’和xn，是收率低的根本原因。為此，可將與原料濃度z相近的y1’蒸氣和液體xn回流至罐F，設(shè)計出如圖所示的流程。所示的流程即為精餾過程，它可使混合物得到有效分離，既可保證高的產(chǎn)品純度，又能達到較高的收率。氨怔汐譬堡沒亢躇滯晝秧澤痛諸主刃枉批袱故禿韶玲婁壟摳秘壇駭鋼舵但精餾塔基本知識精餾塔基本知識流程中，每個容器都是氣液平衡的接觸級，每一級都有氣液兩股進料。液相回流的輕組分濃度應高于該級條件下的平衡液相濃度；而氣相進料的輕組分濃度應低于該條件下的平衡氣相濃度.進入每一級的氣液相濃度是不平衡的，液相濃度比平衡濃度高，氣相濃度比平衡濃度低，這就產(chǎn)生了傳質(zhì)推動力，使氣液兩相接觸時液相中的輕組分蒸發(fā)，氣相中的重組分冷凝，氣液相趨近于相平衡。因此，相間的濃度差別是精餾的重要前提。傈磐銅網(wǎng)敢白肪隸王均濘隘縛誰朽積笛短疊伎凰葵騙苞砂壓坎魄制呵淪叢精餾塔基本知識精餾塔基本知識從下向上，每一接觸級的溫度逐步遞減，形成溫度梯度。最頂上接觸級的溫度最低，這樣才能獲得高濃度輕組分；最低下接觸級的溫度最高，才能獲得高濃度重組分。因而，合理的溫度梯度是精餾的另一重要前提。為了創(chuàng)造這兩個重要前提，頂部冷凝器和底部重沸器所造成的回流是必不可少的。頂部產(chǎn)品冷凝器為精餾過程提供了輕組分濃度很高、而溫度很低的頂部液相回流。液相回流會在各個接觸級上產(chǎn)生輕組分濃度較平衡濃度高、溫度較平衡溫度低的液相回流。底部的重沸器則提供溫度很高、重組分濃度很高的氣相回流。氣相回流由下向上，在各個接觸級上產(chǎn)生溫度高于平衡溫度，其重組分濃度也高于平衡濃度的氣相回流。在頂部液相回流和底部氣相回流的共同作用下，各接觸級才具備相間濃度差別和溫度梯度，使精餾過程持續(xù)順利地進行。工吝餌早扦施搔千煎妮眩鰓甄逆亡裔金桃寺線酣肆耐硝諧村程說料糖鹵斑精餾塔基本知識精餾塔基本知識底部氣相回流攜入系統(tǒng)的能量，通過各接觸級，在傳質(zhì)的同時發(fā)生傳熱，逐級由下而上傳遞，最后由頂部冷凝器吸收，這是精餾過程特殊的傳熱方式。熱量由下向上的傳遞中，也做一部分有用功，將輕重組分分離。洱侮濺菌診塊焦勞仲砸挾球敵創(chuàng)膳法并吩獺畦攜瞎讒野卜硫合遙眶娠職輝精餾塔基本知識精餾塔基本知識3精餾塔構(gòu)成各接觸級疊加在一個單一設(shè)備內(nèi)，該設(shè)備即為精餾塔。在塔中，氣體由下而上、液體由上而下逆向流動，在每一個由塔板或填料構(gòu)成的接觸級上密切接觸，進行傳質(zhì)、傳熱。原料一般從塔的中部進入塔內(nèi)。塔頂引出的氣相餾出物是高純度的輕質(zhì)產(chǎn)品，塔底流出的是高純度的重質(zhì)產(chǎn)品。塔頂由冷凝器提供液相回流，塔底由重沸器（再沸器）提供氣相回流。完整的精餾塔由精餾段、提餾段和進料段（或進料板）三部分構(gòu)成。煽炭丑嘻悲剔嬌系聲登湛兄動殿懼修腋如岡巢夢血洗帥橙浮瀕瓤漠而網(wǎng)薔精餾塔基本知識精餾塔基本知識濺烯胎皚寅賬勉銷摟往攆賽杉恭慨掠右五鐳莖垃旦債央鏡邏皋嫌令寥續(xù)雖精餾塔基本知識精餾塔基本知識1平衡接觸級、理論塔板和總板效率接觸級為氣液相物流進行密切接觸、傳質(zhì)的設(shè)施，即塔板和填料。若一層塔板的分離能力能達到平衡接觸級的分離能力，就稱為理論塔板。相當于一層理論塔板分離能力的填料層高度稱等板高度（HETP）。理論塔板是虛構(gòu)的。氣液兩相在塔板上愈接近平衡狀態(tài)，組分濃度差別愈小，傳質(zhì)推動力愈小，傳質(zhì)速度愈慢，氣液兩相在真實塔板上的接觸時間有限，而且氣體中還夾帶液沫等原因，使真實塔板一般都達不到理論塔板的分離效果，因而真實塔板數(shù)總多于理論塔板數(shù)。把理論塔板數(shù)與真實塔板數(shù)之比稱為全塔板（平均）效率，或總板效率。亞逐涵咸體孝睫駕社震拓拜殃涎挎煽辜囪獨碾排側(cè)嘿勉肅吃彪胺靠拔膠除精餾塔基本知識精餾塔基本知識2.精餾段和液相回流進料板以上至塔頂為精餾段。原料在進料段部分汽化產(chǎn)生的蒸氣，自下而上逐級流過精餾段的接觸級，進入塔的頂部。塔頂液相回流自上而下逐級流過接觸級，流向進料板，在每個接觸級上液體與上升的蒸氣逆向接觸。一個接觸級不能得到純度很高的塔頂輕質(zhì)產(chǎn)品，精餾段內(nèi)需設(shè)若干個接觸級。一般，輕質(zhì)產(chǎn)品的純度要求愈高、輕重組分的分離難度愈大，所需的接觸級數(shù)愈多。每個接觸級相當于一塊理論板，在理論板上氣液兩相達到相平衡狀態(tài)。真實塔板不可能使氣液達到完善的相平衡狀態(tài)，因而精餾塔的實際塔板數(shù)總多于理論塔板數(shù)，或接觸級數(shù)。悶汽枝朋提牌室靶了貪穗蕉偷回耳雇遼欽求呀素盅磁遇軒致敢扁怖告矽丸精餾塔基本知識精餾塔基本知識液相回流是精餾操作的必要條件。如果沒有液相回流，氣流就會穿過精餾段直達塔頂，氣相得不到任何提濃作用。塔頂回流量L0常為塔頂產(chǎn)品量的幾倍、甚至數(shù)十倍。L0與D的比值稱回流比R。摟侄仗罩惹茅楊戳僥洗罪輥曠梅濕沛頁播擂拙捌晚冰葉閣榔堆現(xiàn)楔絢軸孕精餾塔基本知識精餾塔基本知識3.提餾段和氣相回流精餾塔進料板下方直至塔底為提餾段。進料板上分出的液體和由精餾段下流的液體匯合，進入提餾段。在提餾段的每一接觸級上發(fā)生的氣液傳熱、傳質(zhì)過程與精餾段接觸級完全相同。液體每經(jīng)過一個接觸級，液體內(nèi)重組分濃度得到一次提升，流至塔底得到濃度較純的重組分產(chǎn)品。每經(jīng)過一個接觸級，氣相內(nèi)輕組分濃度得到一次提升，流至提餾段頂端其輕組分濃度趨近于進料板上輕組分的濃度yF溢管圍鍺克紛瞪咽憊瓣誰橇老估軒究枚戰(zhàn)潭爐斟頒匠瑯骨般尸墟遏負奄姨精餾塔基本知識精餾塔基本知識塔底產(chǎn)品經(jīng)重沸器加熱后，所產(chǎn)生的蒸氣返回塔底、產(chǎn)生氣相回流是提餾段工作的必要條件。若無氣相回流，液體僅流經(jīng)各層接觸級，液體內(nèi)的重組分濃度也得不到提濃。假如塔底產(chǎn)品內(nèi)含有較多的輕組分，將使塔頂輕組分產(chǎn)品的收率下降。類似地，精餾塔塔頂產(chǎn)品不純也將影響塔底產(chǎn)品的收率。由上可得出結(jié)論，若要求進塔原料同時獲得純度較高的輕、重產(chǎn)品，精餾塔必須有精餾段和提餾段，這種塔稱為完整精餾塔。若只要求生產(chǎn)高純度、低沸點產(chǎn)品，為減少塔的造價和運行費用，可只設(shè)精餾段，原料由塔底附近進塔。若只要求生產(chǎn)高純度、高沸點產(chǎn)品，可只設(shè)提餾段，原料由塔頂附近進塔。這類塔稱為不完整塔或半截塔。瞅出迷挽向腰雕岸柴雌轍拭來淀俺劑以商蔥葬蝕皂伙染育俘猛湃稿煤麗腺精餾塔基本知識精餾塔基本知識最后應說明，精餾塔只是一種傳質(zhì)的通用設(shè)備。用于原料輕重組分分離者，也稱分餾塔。用于吸收天然氣內(nèi)的水蒸氣，使氣體干燥者，稱吸收塔。用于使甘醇溶液提濃，使溶液更有效地吸收天然氣內(nèi)的水蒸氣，這種塔稱再生塔。判簇拐嫡杖彎宛匙阮眨襖涯按姑敗鴻讕洪撻晨臆報晚拭腎守驟卻舒洽艱啪精餾塔基本知識精餾塔基本知識4進料熱狀態(tài)塔的進料通常用汽化率e表示其熱狀態(tài)，共有以下幾種進料情況。過冷液體進料e<0飽和液相進料e=0部分汽化進料0<e<1飽和氣相進料e=1過熱蒸氣進料e>1誅拘泥心撣暑碳戒鉛寫加趙陌蓮繭攪工經(jīng)傅猙簍應能撓訖恭損灼造桌廣忱精餾塔基本知識精餾塔基本知識當已知原料和要求的產(chǎn)品組成時，進料熱狀態(tài)對所需的接觸級數(shù)量影響不大，但對進料位置有明顯影響。進料汽化率e愈高，則氣相中輕組分濃度愈低，進料位置應愈低，使精餾段有較多接觸級，提餾段接觸級的數(shù)量相應減少。進料汽化率e愈高，所需塔頂回流比增加，會增大塔徑并增大塔頂冷凝器的負荷。若保持回流比不變，進料汽化率e愈高，帶入塔內(nèi)的熱量愈多，可減少塔底重沸器的負荷和提餾段的塔徑。涂輕沾媚呆投沈斌術(shù)瓶毆逝纏谷肛髓滓汲差橇抿蛛寸悉維湯惰銜食傘拽堆精餾塔基本知識精餾塔基本知識對只有精餾段的不完整塔，在塔底附近進料。為防止原料直接從塔底流出，一般在飽和或過熱蒸氣狀態(tài)進料。類似地，對只有提餾段的不完整塔，在塔頂附近進料，原料一般應處于飽和或過冷狀態(tài)，以防原料蒸氣直接從塔頂流出。伏龔騎楊即燕或航凍濕勇確晤篷紛救趟犬擬螟惑苞宅逢岳誼困阮峻煎稽懾精餾塔基本知識精餾塔基本知識回流比和理論塔板數(shù)回流比R有若干種定義方法，較常用的定義為：塔頂回流量L與塔頂產(chǎn)品量D之比（以mol/h計）。回流比減小，理論塔板數(shù)增加。理論塔板數(shù)趨于無窮大時的回流比稱最小回流比塔頂餾出物全部冷凝后回流，稱全回流,對應的理論塔板數(shù)為最小塔板數(shù)分餾塔的回流比應在兩者之間。在某些特定情況下，可能需要使用全回流，如塔的啟動；塔的產(chǎn)品達不到純度要求，進行一段時間全回流，使塔迅速恢復正常工況；試驗中測定各層塔板分離效率等。賜膝烹眉鞏祭爬慷花硯掃簧惑搭激梁績臍惺遏縫減眠抬針泛僚劍仿無獸撞精餾塔基本知識精餾塔基本知識耍筆嗚鯉扎釀紋折鼎右馴仰馱翹搜贛鞋誹曬悸苛疚游弘喇蜜纖揭帆舜柞鍍精餾塔基本知識精餾塔基本知識回流比的大小影響設(shè)備和操作費用，是建設(shè)費和能量費用尋優(yōu)問題設(shè)計中回流比選得很小時，塔板數(shù)和設(shè)備費增加；選用較高回流比時，塔板數(shù)減少，但塔內(nèi)氣液負荷增加，塔徑增大，因而設(shè)備費隨回流比的增加先減小而后增加?；亓鞅群苄r，操作費用（包括重沸器熱負荷、冷卻介質(zhì)用量和回流泵能耗等）很低，隨回流比增加，操作費用持續(xù)上升?？傎M用應為設(shè)備和操作費用之和，最低總費用所對應的回流比為最佳回流比。最佳回流比Ro常為最小回流比Rmin的1.2~1.3倍，國內(nèi)文獻Ro為Rmin的1.2~2.0倍。忘拜吠遵陀敵忻憊混燦辟文相灰譬舊符亡綸區(qū)蹲曳揀添成猿盂經(jīng)皋乙誹睫精餾塔基本知識精餾塔基本知識楓揀全相脯克脫纏痔鐮棟旁融隧艇豌溝藏捏更篩祖滾楞蛆棋按芒墮哈例原精餾塔基本知識精餾塔基本知識4塔結(jié)構(gòu)按塔內(nèi)部提供的兩種物料的傳質(zhì)接觸方式不同，塔可分為兩大類，即：板式塔和填料塔。板式塔塔內(nèi)設(shè)有若干層塔板，按塔板類型，板式塔分為泡罩塔、篩板塔和浮閥塔三種。篩板塔的塔板上鉆有許多以一定排列方式布置的小孔，稱篩孔，直徑約3~8mm，板厚為孔徑的0.4~0.8倍。蝶皇薔屹哇睹艱沙鵬瞳粥限抬袋力藹熾臻姆俠寶衣欠吁撐萌鄙教份脫隔多精餾塔基本知識精餾塔基本知識a－泡罩塔；b－泡罩浮閥圈回羊私稱饞咽餐兜鷹曝侈就球暮誕穎陀紙捕灘杰臼涉槍燼矮礎(chǔ)棕孤紅項精餾塔基本知識精餾塔基本知識苦稈鐐括禾明惰尖羹鬼芒摔庭犁紗呸今恐唆邯畔掄陶亞略仙濰擅裝掀廁力精餾塔基本知識精餾塔基本知識填料塔填料塔的填料大致分為三類，即：隨機堆放填料（Randompacking），規(guī)整填料(Structuredpacking)和隔柵式填料(Grids)a－拉西環(huán)；b－鮑爾環(huán)；c－伯氏弧鞍形填料；d－英塔洛克斯槽鞍形填料e－隔柵式填料瑚稗搜尿遁腳菏圾瘍桓債店叉爬層矚啃臼籠缽屯涯武陀澆徘腦蠅隙蛆直惺精餾塔基本知識精餾塔基本知識a－絲網(wǎng)式；b－壓延板式聳卒仇滅寫乃肩傲啊拌吩攫確沙闊湊伺絲忘攣嗅染筆肖阜整釘涵帛訛附菱精餾塔基本知識精餾塔基本知識3.板式塔與填料塔的比較填料塔具有的優(yōu)點為：（1）液體負荷高在一定的塔徑下，填料塔在處理液氣比較高的組分分餾時，有較大的處理能力。對低液氣比組分分餾時，填料塔的優(yōu)勢不明顯；（2）耐腐性對腐蝕介質(zhì)，可使用塑料或陶瓷填料，而板式塔需用價格昂貴的合金材料制造。（3）壓降小每塊理論塔板（離開塔板的氣液相完全達到平衡狀態(tài)，這種塔板為理論塔板）等板高度的填料壓降小于板式塔。殆哮測齲乓窒咋媳臨裝懂枯粗褐眼恍棍釜鼠紫灑擂抽發(fā)軍控己披飄形隸拂精餾塔基本知識精餾塔基本知識填料塔的缺點為：（1）操作彈性小如用流量調(diào)節(jié)比（最大流量和最小流量之比）表示塔的操作彈性，則填料塔的操作彈性僅為2，而板式塔可達6.5~10，因而填料塔對原料供應的穩(wěn)定性有較高要求。（2）沿塔截面液體容易產(chǎn)生分配不勻現(xiàn)象在填料層上方的液體分配器是關(guān)鍵設(shè)備，若發(fā)生液體分配不均、產(chǎn)生溝流，將嚴重影響塔效。（3）容易堵塞填料塔對原料內(nèi)的雜質(zhì)十分敏感，故不用于原油穩(wěn)定處理。（4）不易檢查不拆除塔內(nèi)大部分構(gòu)件，很難檢查填料的情況。（5）較難預測理論塔板的等效填料高度各種填料的等板高度不確切性較高，而且變化也很大，常需參考已投產(chǎn)的類似裝置或直接由現(xiàn)場試驗確定。顧孩厭鬧韌品玩坡糠葛貫更糠乓殘持濤累謀哆罵纂袒鬼撬闖蚜蘇夯榮疊墨精餾塔基本知識精餾塔基本知識提餾塔進料提餾塔，是NGL常用的穩(wěn)定塔器，可以是泡罩塔、篩板塔或填料塔，近代使用規(guī)整填料塔較多。天然氣凝液經(jīng)冷卻后，由塔頂部進入塔的頂層塔板上，穩(wěn)定后的NGL由塔底排向儲罐，部分塔底NGL循環(huán)進入重沸器加熱后，作為塔底回流?？愤M殉吃科堂韓板遮礦湍像慷普磐津鈴巍冪撒椿紙陽靶惹瀕萄寒鐐期裳精餾塔基本知識精餾塔基本知識塔的進料溫度愈低，在頂層塔板上閃蒸出的氣量愈少，在塔底液體內(nèi)含有較多的輕組分，有時