精馏原理与操作要点

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Biblioteka Baidu、馏出液、釡液中轻组分的摩尔
分率。 解得：
F DB
FZ F Dx D BxB
xD
F D
Z F
xB
xB
D F
ZF xD
xB xB
或
xB
xD
F B
4、抗堵性能强 5、具有消泡性能 6、操作弹性大 7、液体提升量大 8、板面液面梯度影响小
塔板效率高
由于塔板空间利用率提高到40-60%，气液接触 充分，液相返混小，提高了塔板的传质效率。与 浮 阀塔板相比，在低负荷时高出10%，在高负荷时，高 出40%。
在已改造的塔中，
大多将塔的处理量提高80-100%，
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。
二、精馏原理
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，露点温度与泡点一般是不相等的，前者比后者高 。以 苯与甲苯混合液为例，若以温度为纵坐标，液相或气相中苯的浓度为横坐标， 将苯一甲苯气液相平衡数据绘成曲线，可得如图1所示的温度一浓度曲线图。
连续精馏塔流程的典型图。
1－精馏塔 2－再沸器 3－冷凝器 4－观察罩 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。
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
我厂酚塔内部结构
图例显示
槽盘式液体分布器
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
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
全塔物料平衡
F LR Vs VR LS
F，ZF
Vs y k Ls x k-1
进料为液相，且为泡点，则：
↑
↓k
VS VR , LS LR F
进料为气相，且为露点，则：
VR Vs F , LR LS
Ls
物料平衡示意图
D，XD
B,xB
（2）精馏段的物料平衡
对于冷凝器：
D VR LR
任意塔板j：
节能与经济性
回收率：
Ri
组分i的产品流量 进料中组分 i的流量
100％
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。
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。
二异丙基醚——粗酚气 液平衡温度/浓度曲线
在图1中。曲线1表示在一定压力下，溶液的浓度与泡点的关 系，称为液相线，线上每一点均代表饱和液体；曲线2表示溶 液浓度与露点的关系，称为气相线，线上每一点均代表饱和 蒸汽。液相线以下的区域是液相区；气相线以上，溶液全部 汽化，称为过热蒸汽区；两线之间为汽、液两相共存区。
但都确保了分离效率或提高了10%
以上。
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
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
VR y j1 LR x j DxD
精馏段操 作线方程
y j1
LR VR
xj
D
VR
xD
R R 1 xj
立体传质塔板CTST的结构特点
分离板
喷射罩
Φ1200 端板
喷射板
底隙
CTST喷射工况： ①在塔板空间，液体以滴状
存在，液相为分散相，气 体为连续相；
②气液接触空间大，塔板空 间利用率可达40-60%。
立体传质塔板 CTST主要性能
★ 主要性能
1、通量大 2、效率高 3、板压降低
★ CTST的特殊性能
xD
ZF
B F
xD xD
ZF xB
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
D 0.5 0.05 0.50 F 0.95 0.05
ZF变到0.4 时
xD
F D
Z F
0
0.8
此时必须减小D才能够达到质量要
求
（1）进料板物料平衡 提馏段各板：
V
Vs , L LS
精馏段在回流液的温度为沸点的情况下VR
各板：
V VR , L LR
F↓ ↓LR ↑VR
从而进料板物料平衡：
↓LS ↑VS
↑ ↓j VR y j+1 LR xj