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(guò)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(guò)程的實(shí)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(jì)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(wèn)題，如有機(jī)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(shí)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(qiáng)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(guò)程是在精餾塔中將部分氣化過(guò)程和部分冷凝過(guò)程有機(jī)結(jié)合而實(shí)現(xiàn)操作的。精餾定義精餾：多次而且同時(shí)運(yùn)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(dòng)，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(guò)程中，易揮發(fā)組分不斷地從液相中向氣相中擴(kuò)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(dòng)力，產(chǎn)生質(zhì)的傳遞，直至平衡。

概述（Introduction）

精餾分類(lèi)：按操作壓力可分為以下三類(lèi)。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(diǎn)較高，使用高溫加熱介質(zhì)不經(jīng)濟(jì)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(duì)常壓沸點(diǎn)很低的物系，蒸汽相的冷凝不能采用常溫水和空氣等廉價(jià)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(diǎn)。精餾分類(lèi)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(duì)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(jí)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(shí)從塔頂和塔底連續(xù)得到產(chǎn)品（餾出液、釜?dú)堃海允且环N定態(tài)操作過(guò)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)囊合嗷亓鳌；亓髦饕a(bǔ)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(chǎng)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(gè)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(dòng)時(shí)，為了保證最佳進(jìn)料，一般設(shè)置多個(gè)進(jìn)料位置，一般在進(jìn)料組成變化時(shí)，改變進(jìn)料位置。適宜的進(jìn)料位置選擇實(shí)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(jì)核算來(lái)確定，即應(yīng)在操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用之間作出權(quán)衡。適宜回流比的選擇操作費(fèi)用：精餾的操作費(fèi)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)。總費(fèi)用設(shè)備費(fèi)操作費(fèi)費(fèi)用回流比RRopt最適宜的回流比：精餾過(guò)程總費(fèi)用（操作費(fèi)用與設(shè)備費(fèi)用之和）最低時(shí)的回流比?；亓髁窟^(guò)小，塔徑、塔板面積、再沸器及冷凝器換熱面積增大，設(shè)備費(fèi)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(qiáng)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(guò)監(jiān)測(cè)塔頂和塔底溫度來(lái)反映餾出液組成和釜?dú)堃航M成。塔頂塔板序號(hào)塔釜溫度t精餾塔的靈敏板例：高純度分離時(shí)，塔頂（或塔底）若干塊塔板間的溫度差都很小，若通過(guò)塔頂和塔釜溫度來(lái)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(hào)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(duì)精餾塔進(jìn)行預(yù)見(jiàn)性調(diào)節(jié)。靈敏板通?？拷M(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(dòng)違背了主體逆流板上均勻錯(cuò)流，導(dǎo)致平均傳質(zhì)推動(dòng)力下降，但仍能保持塔的正常操作。氣沫夾帶氣體流速過(guò)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(guò)能力下降，嚴(yán)重時(shí)將影響塔的正常操作。通過(guò)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(shí)間的方法可以解決。過(guò)量液沫夾帶（夾帶液泛）過(guò)量液沫夾帶使塔根本無(wú)法正常工作。通過(guò)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(guò)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(chēng)為液泛，亦稱(chēng)淹塔。液泛時(shí)氣速為塔操作的上限速度。嚴(yán)重漏液對(duì)板面上開(kāi)有通氣孔的塔，當(dāng)上升氣體流速減小，氣體通過(guò)升氣孔道的壓力不足以阻止板上液體經(jīng)孔道流下時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)漏液現(xiàn)象。因此常在塔板入口處留出一條不開(kāi)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(diǎn)單塔精餾與雙塔精餾的本質(zhì)上的區(qū)別就是對(duì)于雙塔精餾第一塔出料的組分將對(duì)第二塔的進(jìn)料構(gòu)成影響，而對(duì)于一般的精餾塔而言，第二塔的塔頂出料可能會(huì)影響到第一塔的回流。而對(duì)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(dòng)，尤其是一塔塔底液位投自動(dòng)的情況下，一旦一塔操作失去平衡，必然會(huì)造成二塔的進(jìn)料量及進(jìn)料組分的波動(dòng)。特殊精餾---恒沸精餾對(duì)于具有恒沸點(diǎn)的非理想溶液，通過(guò)加入質(zhì)量分離劑即挾帶劑與原溶液其中一個(gè)或幾個(gè)組分形成更低沸點(diǎn)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(chēng)之為恒沸精餾。乙醇－水通常加入無(wú)水酒精,采用恒沸精餾操作。特殊精餾---萃取精餾組分的相對(duì)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(guò)加入質(zhì)量分離劑（或稱(chēng)之萃取劑），其本身?yè)]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(duì)揮發(fā)度，以便采用精餾方法加以分離，稱(chēng)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(duì)穩(wěn)定操作連續(xù)精餾塔，無(wú)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(guò)全塔物料衡算求得?？偽锪虾馑阋讚]發(fā)組分物料衡算詳細(xì)解說(shuō)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(shí)，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(lèi)似關(guān)系。對(duì)進(jìn)料濃度一定的精餾過(guò)程，提高產(chǎn)品品質(zhì)是以降低產(chǎn)品產(chǎn)率為代價(jià)的。例題掌握簡(jiǎn)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(duì)象中操作變量對(duì)主要被控變量的動(dòng)態(tài)影響程度；?針對(duì)塔頂、塔底產(chǎn)品質(zhì)量不同的要求，對(duì)精餾塔進(jìn)行控制；第四節(jié)：精餾操作控制對(duì)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(qiáng)、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(duì)于我們操作工人來(lái)講，需要掌握的則主要是操作條件對(duì)精餾操作的影響影響精餾操作的因素：塔的設(shè)計(jì)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(dòng)對(duì)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(duì)揮發(fā)度，壓力增加，組分間的相對(duì)揮發(fā)度降低，分離效果會(huì)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(huì)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(duì)提高產(chǎn)量是有益的。加料量過(guò)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(shí)，則分離效果不好，對(duì)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(duì)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(diǎn)進(jìn)料、冷液進(jìn)料、飽和蒸汽進(jìn)料、氣液混合進(jìn)料和過(guò)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(diǎn)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?duì)精餾效果、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(lái)調(diào)節(jié)。如果精餾塔的操作不符合某組分物料平衡式時(shí)，將有兩種表現(xiàn)：輕組分的采出量超過(guò)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(xiàng)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(guò)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(jiàn)，物料平衡掌握不好，將使整個(gè)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(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。另外如果正常的物料平衡受到