精馏过程及设备
化工分离技术是化学工程的一个重要分支，任何化工生产过程都离不开这种技术。精馏是分离液体混合物（含可液化的气体混合物）最常用的一种单元操作，在化工、炼油、石油化工等工业中得到广泛应用。 1 精馏原理
图1-1为双组分气液平衡相图，其中A、B两端点分别表示组分A、B的沸点，xn
线是饱和液体线，xn线以下为液相区，温度未达到沸点；yn是饱和蒸汽线，yn线以上为气相区；xn、yn线之间为气液共存区。由图1-1可知，在温度升高时，在液相中x组分的浓度随温度的升高而降低，液相中x组分向气相传递；气相中y组分的浓度随温度的降低而升高，气相中y组分向液相传递。 图1-1 双组分气液t-x-y图 图阻火带1-2 双组分体系的y-x图
图1-2中横坐标和纵坐标分别表示组分的气相、液相组成，其中，平衡线D表示等压下两相平衡时气液两相组成的关系。
1.2 相对挥发度
挥发度
挥发度可表示物质挥发的难易程度。纯物质的挥发度可用该物质在一定温度下的饱和蒸气压来表示。同一温度下，蒸气压愈大，表示挥发性愈大。对于混合液，因组分间的相互影响，使其中各组分的蒸气压要比纯组分的蒸气压低，故混合液中组分的挥发度可用该组分在气相中平衡分压与其在液相中组成（摩尔分率）之比表示，
相对挥发度。相对挥发度，即为混合液中组分挥发度之比，用α表示。
1.3 精馏流程
料液自塔的中部某适当位置连续地加入塔内（如图1-3），塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回入塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品(馏出液钢板桩引孔)连续地排出。在塔内上半部(加料位置以上)上升蒸汽和回流液之间进行着逆流接触和物质与能量传递。其中越到塔顶，温度逐渐降低，此时气相中的重组分就向液相传递[1]。塔底部装有再沸器(蒸馏釜)以加热液体产生蒸汽。蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质能量传递，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。上升的蒸汽多次部分冷凝，温度逐渐下降，其中易挥发组分的浓度逐渐增加，下降的液体多次部分气化，温度逐渐升高，难挥发组分的浓度逐渐增加，而易挥发组分的浓度逐渐下降，塔内温度分布由底部到顶部逐渐降
低，而易挥发组分的浓度由底部到顶部逐渐增高，塔的上半部分完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的重组分，因而称为精馏段，塔的下半部分完成了下降液体中重组分的提浓，即提出了轻组分，因而称为提馏段，在这样的塔内可将一个双组分混合物连续地分离出高纯度轻、重两组分。
2 精馏装备
实现精馏过程的必备条件是产生蒸汽，气液多次接触，有回流。因此，精馏设备主要应包括蒸馏釜(或再沸器)使液体气化产生蒸汽，精馏塔使气液相多次接触及冷凝器或冷却器提供回流液。
塔设备可分为板式塔和填料塔两大类[2]。板式塔内气体以鼓泡方式通过特殊结构塔板上的液层, 使气液组成在塔内呈阶梯式变化。板式塔种类繁多, 根据塔板上气液接触元件结构不同, 分为筛板塔、泡罩塔、浮阀塔、穿流塔等等。填料塔内液体沿填料表面形成薄膜, 分散在气流中, 其气液组成呈连续变化。 2.1 蒸馏釜
蒸馏釜有夹套式、蛇管式和列管式等，夹套式与蛇管式因加热面积较小，多用于小型生产，列管式蒸馏釜多用于大型生产。小型塔蒸馏釜可直接设在塔身底部，釜中装料量可占蒸馏釜容积的65％～80％．为避免产生的蒸汽夹带过多的液体，釜内液面与最下一块塔板
saw 3d的距离至少在0．5—0．7 m以上。大型塔的蒸馏釜多设在塔外，用管线与塔底相连。
2.2 填料塔
2.2.1 填料塔结构
填料塔是常用的气液传质设备之一。填料塔具有结构简单、压降小、装置灵活、便于用耐腐蚀材料制造等特点。空塔速度小, 用于大直径塔时, 传质效率低、重量大、造价高以及清理检修麻烦且填料损耗大。
典型的填料塔结构如图2-1所示，它由塔体、喷淋装置、填料、再分配器、支承板等部件组成。
图2-1 填料塔结构
填料塔操作时，流体自塔上部进入，通过液体分布器均匀喷洒于塔截面上，在填料层内，液体沿填料表面呈膜状流下。各层填料之间设有液体再分布器，将液体重新均布于塔截面上，进入下层填料，气体自塔下部进入，通过填料缝隙中的自由空间从塔上部排出。
气液两相在填料塔内进行逆流接触，填料上的液膜表面即为气液两相主要传质表面。应当注意到，在板式塔内形成气流界面所需要的能量是由气体提供的，而在填料塔内，液体是自动分散成膜状的。
2.2.2 填料塔主要参数
填料是填料塔的主要构件, 填料种类繁多, 可分为实体填料和网体填料两大类。实体填料中有拉西环、鲍尔环、矩鞍填料、波纹填料等如图2-2；网体填料中由丝网体制成的各种填料, 如鞍型网、θ网环等如图2-3。
图2-2 实体填料的形状 图2-3 网体填料的形状
填料支承板有多孔板和栅板两种，如图2-4所示
图2-4 填料支承板
2.3 筛板塔
板式塔的空塔速度比填料塔高, 因而生产能力大, 但是压降较大。直径较大的塔, 采用板式塔重量则轻、造价低、检修清理容易。板式塔直径放大时采访麦克风, 塔板效率较为稳定。板式塔正常工作时，液体在重力作用下白上而下通过各层塔板后由塔底排出，气体在压差推动下，经由塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出。在每块塔板上皆贮有一定高度的液
体，气体穿过板上液层时进行两相接触传质传热。防漏杯盖筛板塔是板式塔中应用广泛的一种塔设备。
筛板塔的塔板可分为有降液管式和无降液管式（穿流式塔板）两大类。有降液管式塔板,各塔板之间有专供液相通过的降液管, 每层塔板上的液层高度可由溢流堰堰高调节, 有一定的操作弹性范围, 较高的效率。
2.3.1 筛板的结构
筛板塔由塔体和筛板组成, 如图2-5所示。筛板的结构由筛孔、溢流堰、降液管等组成。
图2-5 筛板塔示意图
2.4 泡罩塔
泡罩塔是最早使用的气液传质设备, 泡罩塔的优点是：塔板效率高, 能在较宽负荷范围内保持高效率, 生产能力大, 操作弹性大；塔板能避免脏污和阻塞等。但是, 泡罩塔板结构复杂, 造价高和压降大, 因而目前泡罩塔在塔设备中所占的比重在缩小, 但仍占一定地位。
三相电机保护器泡罩塔由塔体和泡罩塔板组成, 如图2-6所示。泡罩塔板结构, 由泡罩、溢流堰和降
液管等组成。
图2-6 泡罩塔示意图
2.5 浮阀塔
浮阀塔是50年代初发展起来的一种有效的气液传质设备, 是泡罩塔的变型。问世以来,
发展推广很快, 目前在欧美, 浮阀塔占塔设备总数的20%~30%, 而在日本则占到50%。浮阀
塔板上浮阀型式很多, 国内应用有五种, 其中以F1型应用最广,如图2-7所示。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议