精餾與精餾塔學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1精餾精餾(jn li)與精餾與精餾(jn li)塔塔第一頁，共26頁。精餾的基本(jbn)介紹精餾塔綜述(zngsh)兩種精餾塔詳細(xì)(xingx)介紹與對比精餾操作流程第1頁/共25頁第二頁，共26頁。1.1.精餾的基本介紹精餾的基本介紹1.1 1.1 精餾的定義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(shí)質(zhì)是多級(jí)蒸餾，即在一定元操作，其實(shí)質(zhì)是多級(jí)蒸餾，即在一定(ydng)(ydng)壓力下，利用互溶液體混合物各組分的沸點(diǎn)或飽壓力下，利用互溶液體混合物各組分的沸點(diǎn)或飽和蒸汽壓不同，使輕組分（沸點(diǎn)較低或飽和蒸汽和蒸汽壓不同，使

2、輕組分（沸點(diǎn)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(shí)現(xiàn)分離。分濃度逐漸升高，從而實(shí)現(xiàn)分離。第2頁/共25頁第三頁，共26頁。1.2 精餾(jn li)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，）的特性，實(shí)現(xiàn)分離目的(md)的單元操作。第3頁/共25頁第四頁，共26頁。精餾中的兩個(gè)重要精餾中的兩個(gè)重要(zhngyo)(zhngyo)概念：概念：輕組分：揮發(fā)性高的組分

3、（沸點(diǎn)低的組分）輕組分：揮發(fā)性高的組分（沸點(diǎn)低的組分）重組分：揮發(fā)性低的組分（沸點(diǎn)高的組分）重組分：揮發(fā)性低的組分（沸點(diǎn)高的組分）液體混合物經(jīng)過液體混合物經(jīng)過(jnggu)(jnggu)多次部份汽化后可變?yōu)楦呒兌啻尾糠萜罂勺優(yōu)楦呒兌鹊碾y揮發(fā)組分度的難揮發(fā)組分 。氣體混和物經(jīng)過氣體混和物經(jīng)過(jnggu)(jnggu)多次部分泠凝后可變?yōu)楦呒兌啻尾糠帚瞿罂勺優(yōu)楦呒兌鹊囊讚]發(fā)組分。度的易揮發(fā)組分。第4頁/共25頁第五頁，共26頁。1-2-2 1-2-2 精餾原理精餾原理 回流回流塔頂液相回流和塔底汽相回流，為偏離平衡的氣液相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

4、條件，實(shí)現(xiàn)在塔內(nèi)各板上提供了接觸條件，實(shí)現(xiàn)(shxin)(shxin)了氣了氣液相間的質(zhì)量傳遞。液相間的質(zhì)量傳遞。L0V2V2V2與與L0L0是偏離平衡的氣液相是偏離平衡的氣液相，在塔板上接觸，進(jìn)行質(zhì)量，在塔板上接觸，進(jìn)行質(zhì)量傳遞傳遞(chund)(chund)，濃度變，濃度變化趨向于平衡組成。化趨向于平衡組成。第5頁/共25頁第六頁，共26頁。 傳質(zhì)傳質(zhì)(chun zh)(chun zh)推動(dòng)力推動(dòng)力 yx 熱量傳遞熱量傳遞(chund)(chund)過程過程 液體汽化所需熱量由蒸汽冷凝提供。液體汽化所需熱量由蒸汽冷凝提供。 過程控制過程控制 精餾過程速率由傳質(zhì)過程控制。精餾過程速率由傳質(zhì)過

5、程控制。 傳質(zhì)方向傳質(zhì)方向易揮發(fā)組分易揮發(fā)組分(zfn)(zfn)：液相：液相汽相；汽相；難揮發(fā)組分難揮發(fā)組分(zfn)(zfn)：汽相：汽相液相。液相。易揮發(fā)組分易揮發(fā)組分(zfn)(zfn)沿塔高方向增加，而溫度沿塔高方向降低。沿塔高方向增加，而溫度沿塔高方向降低。第6頁/共25頁第七頁，共26頁。 精精 餾餾 塔塔再沸器再沸器冷凝器冷凝器第7頁/共25頁第八頁，共26頁。能能完完成成精精餾餾操操作，作，而而必必須須同同時(shí)時(shí)有有塔塔底底再再沸沸器器和和塔塔頂頂冷冷凝凝器，器，有有時(shí)時(shí)還還要要配配有有原原料料液液預(yù)預(yù)熱熱器、器、回回流流液液泵泵等等附附屬屬( (f fs sh h)設(shè)設(shè)備，備

6、，才才能能實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)整整個(gè)個(gè)操操作。作。再再沸沸器器的的作作用用是是提提供供一一定定量量的的上上升升蒸蒸汽汽流，流，冷冷凝凝器器的的作作用用是是提提供供塔塔頂頂液液相相產(chǎn)產(chǎn)品品及及保保證證有有適適宜宜的的液液相相回回流，流，因因而而精精餾餾能能穩(wěn)穩(wěn)定定的的進(jìn)進(jìn)行。行。第8頁/共25頁第九頁，共26頁。1 1、進(jìn)料板以上稱為精餾段、進(jìn)料板以上稱為精餾段 精制汽相中的易揮發(fā)組分精制汽相中的易揮發(fā)組分。2 2、進(jìn)料板以下（包括、進(jìn)料板以下（包括(boku)(boku)進(jìn)進(jìn)料板）稱為提餾段料板）稱為提餾段 提濃液相中難揮發(fā)組分。提濃液相中難揮發(fā)組分。塔頂產(chǎn)品稱為餾出液塔頂產(chǎn)品稱為餾出液 富含易揮發(fā)組分。

7、富含易揮發(fā)組分。塔底產(chǎn)品稱為釜液塔底產(chǎn)品稱為釜液 富含難揮發(fā)組分。富含難揮發(fā)組分。精餾段精餾段提餾段提餾段進(jìn)料板進(jìn)料板第9頁/共25頁第十頁，共26頁。（1）連續(xù)精餾）連續(xù)精餾(jn li)流程流程 操作時(shí)，原料操作時(shí)，原料(yunlio)液連續(xù)地加入精餾塔內(nèi)。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連續(xù)地從再沸器取出部分液體作為塔底產(chǎn)品（稱為釜?dú)堃海?；部分液體被汽化，產(chǎn)品（稱為釜?dú)堃海?；部分液體被汽化，產(chǎn)生上升產(chǎn)生上升(shngshng)蒸汽，依次通過各蒸汽，依次通過各層塔板。層塔板。 塔頂蒸汽進(jìn)入塔頂蒸汽進(jìn)入全（冷）凝器全（冷）凝器被全部被全部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借

8、重力作用冷凝，將部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔頂作為）送回塔頂作為回流回流液體，其余部分作液體，其余部分作為為塔頂產(chǎn)品塔頂產(chǎn)品（稱為餾出液）采出。（稱為餾出液）采出。 板式塔釜液餾出液進(jìn)料第10頁/共25頁第十一頁，共26頁。（2 2）間歇精餾）間歇精餾(jn(jn li) li)流程流程間歇精餾與連續(xù)精餾大致相同。間歇間歇精餾與連續(xù)精餾大致相同。間歇精餾時(shí)，料液成批投入精餾釜，逐步精餾時(shí)，料液成批投入精餾釜，逐步(zhb)(zhb)加熱氣化，待釜液組成降至規(guī)加熱氣化，待釜液組成降至規(guī)定值后將其一次排出。定值后將其一次排出。間歇精餾為非定態(tài)過程。間歇精餾為非定態(tài)過程。在精餾過程中，釜液組

9、成不斷降低。在精餾過程中，釜液組成不斷降低。間歇精餾時(shí)全塔均為精餾段，沒有提間歇精餾時(shí)全塔均為精餾段，沒有提餾段。餾段。第11頁/共25頁第十二頁，共26頁。l基本功能：形成氣液兩相充分接基本功能：形成氣液兩相充分接觸的相界面，使質(zhì)、熱的傳遞快觸的相界面，使質(zhì)、熱的傳遞快速有效地進(jìn)行，接觸混合與傳質(zhì)速有效地進(jìn)行，接觸混合與傳質(zhì)后的氣、液兩相能及時(shí)分開后的氣、液兩相能及時(shí)分開(fn ki)，互不夾帶等。，互不夾帶等。l 精 餾 塔 分 類 ： 精 餾 塔 的 種 類 很 多 ， 按 接 觸精 餾 塔 分 類 ： 精 餾 塔 的 種 類 很 多 ， 按 接 觸(jich)方式可分為連續(xù)（微分）接觸

10、方式可分為連續(xù)（微分）接觸(jich)式式（填料塔）和逐級(jí)接觸（填料塔）和逐級(jí)接觸(jich)式（板式塔）兩式（板式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應(yīng)用極廣大類，在吸收和蒸餾操作中應(yīng)用極廣 。第12頁/共25頁第十三頁，共26頁。在圓柱形殼體內(nèi)裝填一定高度的填料，液體在圓柱形殼體內(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，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(qiáng)差推動(dòng)下穿層后自塔底排出；氣體則在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。過填料層的空隙，由塔的一端流向

11、另一端。氣液在填料表面接觸進(jìn)行氣液在填料表面接觸進(jìn)行(jnxng)(jnxng)質(zhì)、質(zhì)、熱交換，兩相的組成沿塔高連續(xù)變化。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散裝填料塑料鮑爾環(huán)填料塑料鮑爾環(huán)填料規(guī)整填料規(guī)整填料 塑料絲塑料絲網(wǎng)波紋填料網(wǎng)波紋填料 第13頁/共25頁第十四頁，共26頁。在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距在圓柱形殼體內(nèi)按一定間距(jin j)(jin j)水平設(shè)水平設(shè)置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流經(jīng)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各層板后從塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動(dòng)液層；氣體則在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下，厚度的

12、流動(dòng)液層；氣體則在壓強(qiáng)差的推動(dòng)下，自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔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(jìn)行質(zhì)、熱交頂排出。氣、液在塔內(nèi)逐板接觸進(jìn)行質(zhì)、熱交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。板式塔溶劑氣體DJ 塔盤塔盤 新型新型(xnxng)塔板、填料塔板、填料第14頁/共25頁第十五頁，共26頁。塔徑在塔徑在0.60.7米以上的塔，過去一般優(yōu)先選用板式塔。米以上的塔，過去一般優(yōu)先選用板式塔。隨著隨著(su zhe)低壓降高效率輕材質(zhì)填料的開發(fā)，大塔也開始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)

13、構(gòu)件，顯示了明顯的優(yōu)越性。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(gè)方面的基本性能指標(biāo)：塔型選擇主要需考慮以下幾個(gè)方面的基本性能指標(biāo)：(1) 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力 即為單位時(shí)間單位塔截面即為單位時(shí)間單位塔截面(jimin)上的處理量；上的處理量；(2) 分離效率分離效率 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(dá)到的分離程度；度填料層所達(dá)到的分離程度；(3) 操作彈性操作彈性 指在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)維持操作穩(wěn)定且保持較高分離效率的指在負(fù)荷波動(dòng)時(shí)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(fù)荷與最小氣速負(fù)

14、荷之比表示；能力，通常以最大氣速負(fù)荷與最小氣速負(fù)荷之比表示；(4) 壓強(qiáng)降壓強(qiáng)降 指氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強(qiáng)降；指氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強(qiáng)降；(5) 結(jié)構(gòu)繁簡及制造成本。結(jié)構(gòu)繁簡及制造成本。第15頁/共25頁第十六頁，共26頁。塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、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)壁常襯塑料或陶瓷制成，金屬筒體內(nèi)壁常襯以防腐材料。以防腐材料。 填料：大致可分為散裝填料和規(guī)整填填料：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。料兩大類，是傳熱和傳質(zhì)的場所。塔內(nèi)件：包括塔內(nèi)件：包括(boku)填料支承與壓緊填料支承與壓緊裝置、

15、液體與氣體分布器、液體再分裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。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分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推表面自上而下流動(dòng)，并與在壓強(qiáng)差推動(dòng)下穿過填料空隙的氣體相互接觸，動(dòng)下穿過填料空隙的氣體相互接觸，發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。發(fā)生傳熱和傳質(zhì)。 7653421液體氣體8第16頁/共25頁第十七頁，共26頁。填料塔的核心填料塔的核心(hxn)(hxn)，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場所。，是氣液兩相接觸進(jìn)行質(zhì)、熱傳遞的場所。填料的流體力學(xué)和傳質(zhì)性能與

16、填料的材質(zhì)、大小和幾何形狀緊密相關(guān)，填料的流體力學(xué)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(shí)，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有：材質(zhì)一定時(shí)，表征填料特性的數(shù)據(jù)主要有：比表面積比表面積 a a：單位體積填料層所具有的表面積：單位體積填料層所具有的表面積(m2/m3)(m2/m3)。被液體潤濕的。被液體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的 a a 和良好的潤濕性能有利于傳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，質(zhì)速率的提高。對同種填料，填料尺寸越小，a a 越大，但氣體流動(dòng)的阻越大，但氣體流動(dòng)的阻力也要增加。力也要增加?？障堵士?/p>

17、隙率 ：單位體積填料所具有的空隙體積：單位體積填料所具有的空隙體積(m3/m3)(m3/m3)。代表的是氣液兩。代表的是氣液兩相流動(dòng)的通道，相流動(dòng)的通道， 大，氣、液通過的能力大，氣體流動(dòng)的阻力小。大，氣、液通過的能力大，氣體流動(dòng)的阻力小。 = 0.450.95 = 0.450.95。填料因子填料因子 ：填料比表面積與空隙率三次方的比值：填料比表面積與空隙率三次方的比值(1/m)(1/m)，a/a/3 3，表，表示填料的流體力學(xué)性能，值越小，流動(dòng)阻力越小。有干填料因子與濕填示填料的流體力學(xué)性能，值越小，流動(dòng)阻力越小。有干填料因子與濕填料因子之分。料因子之分。第17頁/共25頁第十八頁，共26頁

18、。常用常用(chn yn)的填料可分為散裝填料和規(guī)整填料兩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。大類。散裝填料在塔內(nèi)可亂堆，也可以整砌。拉西環(huán)階梯(jit)環(huán)鮑爾環(huán)弧鞍第18頁/共25頁第十九頁，共26頁。規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊規(guī)整填料一般由波紋狀的金屬網(wǎng)絲或多孔板重疊(chngdi)而成。而成。使用時(shí)根據(jù)填料塔的結(jié)構(gòu)尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔使用時(shí)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。內(nèi)或分塊拼成圓筒形在塔內(nèi)砌裝。第19頁/共25頁第二十頁，共26頁。板式(bnsh)塔溢流(y li)無溢流(y li)

19、穿流塔板、逆流塔板液相氣相液相降液管堰氣相 錯(cuò)流式：泡罩、浮閥、篩板 噴射式：舌型、浮舌、浮動(dòng)噴射式塔板是板式塔的基本構(gòu)件，決定塔的性能。塔板是板式塔的基本構(gòu)件，決定塔的性能。第20頁/共25頁第二十一頁，共26頁。液液相相降液管降液管堰堰氣相氣相溢流塔板溢流塔板 ( (錯(cuò)流式塔板錯(cuò)流式塔板) )：塔板間有：塔板間有專供液體溢流的降液管專供液體溢流的降液管 ( (溢流管溢流管) )，橫向流過塔板的流體與由下而上穿過橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體塔板的氣體(qt)(qt)呈錯(cuò)流或并流流呈錯(cuò)流或并流流動(dòng)。板上液體的流徑與液層的高度可動(dòng)。板上液體的流徑與液層的高度可通過適當(dāng)安排降液管的位

20、置及堰的高通過適當(dāng)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。面積，影響塔的生產(chǎn)能力。 溢流式塔板應(yīng)用溢流式塔板應(yīng)用(yngyng)(yngyng)很廣，按塔板的具體結(jié)構(gòu)形式可分為很廣，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。泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網(wǎng)孔塔板、舌形塔板等。第21頁/共25頁第二十二頁，共26頁。逆流塔板（穿流式塔板）：逆流塔板（穿流式塔板）：塔板間沒有降液管，氣、液兩相同時(shí)由塔塔板間沒有降液管，氣、液兩相同時(shí)由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過，板上液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。層高度靠氣體速度維持。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)(yudin)(yudin)：塔板結(jié)構(gòu)簡