精馏塔原理与操作PPT精选文档

1－精馏塔 2－再沸器 3－冷凝器 4－观察罩
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5－馏出液贮罐 6－高位槽 7－预热器 8－残液贮罐
三组分精馏典型流程图。
B+C+(A)
P-2
P-6
甲醇+PO.+丙烯
A+B+C
1P-1
P-11
P-10
E-3
A
E-1
P-14
E-5
P-4 P-5
2
P-13
P-12
E-4
Байду номын сангаас
P-12
E-2
P-15
P-7
C+(B) E-6 P-8 P-7
精馏原理与操作要点
一、引言 二、精馏原理 三、精馏塔分类 四、精馏塔操作要点
高飞 2013年11月1日
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一、引言
精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现 过程变量多，被控变量多，可操纵的变量也 多和机理复杂” 作为化工生产中应用最广的 分离过程，精馏也是耗能较大的一种化工单 元操作。
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二、精馏原理
解得： FDB
FZF DxD BxB
xDD FZFxBxB D FZ xD F x xB B
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或
xBxDF BxDZF F BxxD D Z xB F
表明：xD与xB之间的关系受F/D（或F/B）、ZF的影响。 进料在产品中的分配比一定，则顶、底两产品中轻组分 组成关系一定。xD↑则xB↓，反之， xB ↑， xD ↓。
例： ZF=0.5 要求xD＝0.95, xB=0.05
D0.50.050.50 F 0.950.05
ZF变到0.4 时
xDD FZF00.8
此时必须减小D才能够达到质量要
求
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（1）进料板物料平衡 提馏段各板：
V
Vs,LLS
精馏段在回流液的温度为沸点的情况下VR 各板：
从而进V料板V物R,料L 平L衡R：
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物料平衡影响因素：进料流量 进料组成 塔顶，塔底产品采出量及组
能量平衡影响因素：进料温度 再沸器加热量 冷凝器冷却量 环境温度
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全塔物料平衡
对于二元精馏： F为进料流量（kmol/h）; D为塔顶馏出液 采出量（kmol/h）;B为塔底釡液采出量（kmol/h）
ZF，xD，xB分别表示进料、馏出液、釡液中轻组分的摩尔 分率。
F↓ ↓LR ↑VR ↓LS ↑VS
FLRV sV RLS
F，ZF
进料为液相，且为泡点，则：
↑ ↓j VR y j+1 LR xj
Vs y k Ls x k-1
↑
↓k
VSVR,LSLRF
进料为气相，且为露点，则：
V RV sF,LRLS
Ls
物料平衡示意图
D，XD
B,xB
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（2）精馏段的物料平衡
对于冷凝器：
DVRLR
任意塔板j：
VRyj1LRxj DD x
精馏段操 作线方程
yj1V LR R
xj
DR
VR
xDR1xj
xD R1
定义回流比：R L R，则： D
LR LR R
可通过回流比R和再沸器蒸汽量V→内VR部物L料R 平D衡→Ryj+11
回流比R↑，y-x斜率↑
全回流（R=∞，D=0）时， yj+1 =xj为对角线
精馏操作迫使混合物的气、液两相在精馏塔体中作逆向流 动，在互相接触过程中，液相中的轻组分逐渐转入气相，而气 相中的重组分则逐渐进入液相。精馏过程本质上是一种传质过 程，也伴随着传热。在恒定压力下，对单组分液体在沸腾时继 续加热，其温度保持不变。但对于多组分的理想溶液来说，在 恒定压力下，沸腾溶液的温度却是可变的。一般而言，在恒定 压力下，溶液气液相平衡与其组分有关。高沸点组分的浓度越 高，溶液平衡温度越高。与纯物质的气液平衡相比较，溶液气 液平衡的一个特点是：在平衡态下，气相浓度与液相浓度是不 相同的。一般情况下，气相中的低沸点组分的浓度高于它在液 相中的数值.对于纯组分的气液相平衡，把恒定压力下的平衡温 度称为该压力下的沸点或冷凝点。但对于处在相平衡的溶液， 则把平衡温度称为在该压力下某气相浓度的露点温度或对应的 液相浓度的泡点温度。对于同一气相和液相来说，露点温度与3 泡点一般是不相等的，前者比后者高 。
其中i为轻组分，及挥发度较高的组分。 能耗－产品纯度－回收率的关系
能耗不变时，产品纯度↑，回收率↓ 保证产品纯度时，能耗↑，回收率↑，但回收率增加到一定程 度时，提高的就不明显了。 保证产品纯度的前提下，权衡回收率与能耗，选择最佳的回 收率与能耗搭配，使得产量尽量多些，能耗尽量少些。
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连续精馏塔流程的典型图。
塔顶－塔底形成下高上低的温度梯度分布 梯度越大，则传质传热的过程越充分，分离效果越好
泡点：一定系统压力和液相组成下，液体混合物出现第一个 气泡时的温度称为泡点.
露点：一定系统压力和液相组成下，液体混合物加热汽化全 部变成饱和气相的温度称为露点。
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节能与经济性
回收率：
Ri 进 组料 分 i的中产 i的 组品 流 分流 量 10量 ％ 0
B
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三、精馏塔分类
板式塔 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔 穿流塔、浮喷塔、浮舌塔
填料塔 增加气液两相的接触面积 乱堆填料，规整填料
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槽盘式液体分布器
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四、精馏操作要点
在保证产品质量合格的前提下，回收率最高，能耗最低 或总收益最大，或总成本最低
1、质量指标－产品的纯度： 二元组分精馏：通常只能控制其中的关键组分的浓度
轻关键组分：挥发度较大而由塔顶镏出的关键组分 重关键组分：挥发度较小而由塔底镏出的关键组分
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2、保证平稳操作 物料平衡：塔顶产品和塔底产品流量之和应等于进料量，塔
底液位、回流罐液位、各塔板持液量均保持不变。 能量平衡：进料热量＋塔底再沸器加热量＝塔顶产品热量＋
塔底产品热量＋塔顶冷凝器冷却热量＋热量损失 进料、冷剂、加热剂的控制
全回流时，由各塔板气液平衡关系可以推导出塔顶、塔底产 品组成服从Fenske方程
XD(1 XB) n XB(1 XD)
n — 理论塔板数 α— 平均相对挥发度，与温度、压力有关 挥发度：气相中分压和与其平衡的液相中的摩尔分率之比。
VA
PA xA
VB
PB xB
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道尔顿定律：理想气体混合物的总压等于各组分气体分压之 和，各组分的分压等于总压乘以该组分在混合气体中所占的 摩尔分率
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（3）提镏段物料平衡 再沸器物料平衡：BLSVS
提馏段操作 线方程
提馏段任一塔板：VSyKLSxK1BBxyKV LSSxK1V BSxB
通过改变再沸器上升蒸汽量、回流量来改变内部物料平衡，
最终改变yj+1
经过点 ( xB , xB ) 和点
B
(0, Vs
xB )
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全塔能量平衡关系
1、芬斯克(Fenske)方程