精馏与精馏塔讲解

1.2 精馏原理
1-2-1 精馏基本原理
精馏是将液体混合物多次部分气化和部分冷凝,利
用其中各组份挥发度不同（相对挥发度，α）的特性，
实现分离目的的单元操作。
精馏中的两个重要概念：
轻组分：挥发性高的组分（沸点低的组分）
重组分：挥发性低的组分（沸点高的组分）
液体混合物经过多次部份汽化后可变为高纯度的
难挥发组分 。
气体混和物经过多次部分泠凝后可变为高纯度的
易挥发组分。
1-2-2 精馏原理
① 回流 塔顶液相回流和塔底汽相回流，为偏离平衡的气液相 在塔内各板上提供了接触条件，实现了气液相间的质 量传递。
L0
V2与L0是偏离平衡的气
液相，在塔板上接触，
进行质量传递，浓度变
化趋向于平衡组成。
V2
②传质推动力 ③ 传质方向
才能实现整个操作。
再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝
器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相
回流，因而精馏能稳定的进行。
1、进料板以上称为精馏段 —— 精制汽相中的易挥发组分。 2、进料板以下（包括进料板）称为 精馏段
提馏段
—— 提浓液相中难挥发组分。 塔顶产品称为馏出液 进料板
—— 富含易挥发组分。
塔体：一般取为圆筒形，可由金属、塑 料或陶瓷制成，金属筒体内壁常衬以防 腐材料。 填料：大致可分为散装填料和规整填料 两大类，是传热和传质的场所。 塔内件：包括填料支承与压紧装置、液 体与气体分布器、液体再分布器以及气 体除沫器等。 操作原理：液体经塔顶喷淋装置均匀分 布于填料上，依靠重力作用沿填料表面 自上而下流动，并与在压强差推动下穿 过填料空隙的气体相互接触，发生传热 和传质。
(2) 分离效率 对板式塔指每层塔板的分离程度；对填料塔指 单位高度填料层所达到的分离程度；
(3) 操作弹性 指在负荷波动时维持操作稳定且保持较高分离 效率的能力，通常以最大气速负荷与最小气速负荷之比 表示； (4) 压强降 指气相通过每层塔板或单位高度填料的压强降；
(5) 结构繁简及制造成本。
4.1填料塔（Packed Tower）
精馏塔分类：精馏塔的种类很多，按接触方式可 分为连续（微分）接触式（填料塔）和逐级接触 式（板式塔）两大类，在吸收和蒸馏操作中应用 极广 。
填料塔
在圆柱形壳体内装填一定高度的填料， 液体经塔顶喷淋装置均匀分布于填料层 顶部上，依靠重力作用沿填料表面自上 而下流经填料层后自塔底排出；气体则 在压强差推动下穿过填料层的空隙，由 塔的一端流向另一端。气液在填料表面 接触进行质、热交换，两相的组成沿塔 高连续变化。
y
x
易挥发组分：液相→汽相； 难挥发组分：汽相→液相。
易挥发组分沿塔高方向增加，而温度沿塔高方向降低。 ④ 热量传递过程
液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。
⑤ 过程控制
精馏过程速率由传质过程控制。
2.精馏操作流程
冷凝器
精 馏 塔
再沸器
根据精馏原理可知，单有精馏塔还不能完成精馏 操作，而必须同时有塔底再沸器和塔顶冷凝器，有 时还要配有原料液预热器、回流液泵等附属设备，
塔底产品称为釜液 —— 富含难挥发组分。
（1）连续精馏流程
操作时，原料液连续地加入精馏塔内。 连续地从Biblioteka Baidu沸器取出部分液体作为 塔底产品（称为釜残液）；部分液体 被汽化，产生上升蒸汽，依次通过各 层塔板。
馏出液 进料
塔顶蒸汽进入全（冷）凝器被全
部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借 重力作用）送回塔顶作为回流液体 ，其余部分作为塔顶产品（称为馏 出液）采出。
精馏与精馏塔
主要内容
精馏的基本介绍
精馏操作流程
精馏塔综述
两种精馏塔详细介绍与对比
1.精馏的基本介绍
1.1 精馏的定义 精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元 操作，其实质是多级蒸馏，即在一定压力下，利用 互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同， 使轻组分（沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分）汽 化，经多次部分液相汽化和部分气相冷凝，使气相 中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高，从而 实现分离。
气体
溶剂
填料塔
规整填料 塑料丝网波纹填料
散装填料 塑料鲍尔环填料
板式塔
在圆柱形壳体内按一定间距水平设置若 干层塔板，液体靠重力作用自上而下流 经各层板后从塔底排出，各层塔板上保 持有一定厚度的流动液层；气体则在压 强差的推动下，自塔底向上依次穿过各 塔板上的液层上升至塔顶排出。气、液 在塔内逐板接触进行质、热交换，故两 相的组成沿塔高呈阶跃式变化。
板式塔
釜液
（2）间歇精馏流程
间歇精馏与连续精馏大致相同。间歇
精馏时，料液成批投入精馏釜，逐步 加热气化，待釜液组成降至规定值后 将其一次排出。 间歇精馏为非定态过程。 在精馏过程中，釜液组成不断降低。 间歇精馏时全塔均为精馏段，没有提 馏段。
3.精馏塔综述
基本功能：形成气液两相充分 接触的相界面，使质、热的传 递快速有效地进行，接触混合 与传质后的气、液两相能及时 分开，互不夹带等。
气体 溶剂
板式塔
DJ 塔盘
新型塔板、填料
塔形选择
塔径在0.6~0.7米以上的塔，过去一般优先选用板式塔。 随着低压降高效率轻材质填料的开发，大塔也开始采用各种 新型填料作为传质构件，显示了明显的优越性。 塔型选择主要需考虑以下几个方面的基本性能指标：
(1) 生产能力 即为单位时间单位塔截面上的处理量；
8
7
液体
6 5
4 3
2
1
气体
填料（Tower packing） 填料塔的核心，是气液两相接触进行质、热传递的场所。
填料的流体力学和传质性能与填料的材质、大小和几何形状 紧密相关，材质一定时，表征填料特性的数据主要有：
比表面积 a ：单位体积填料层所具有的表面积 (m2/m3)。被 液体润湿的填料表面就是气液两相的接触面。大的 a 和良 好的润湿性能有利于传质速率的提高。对同种填料，填料尺 寸越小，a 越大，但气体流动的阻力也要增加。 空隙率 ：单位体积填料所具有的空隙体积 (m3/m3)。代表 的是气液两相流动的通道， 大，气、液通过的能力大， 气体流动的阻力小。 = 0.45~0.95。 填料因子 ：填料比表面积与空隙率三次方的比值 (1/m)， a/3，表示填料的流体力学性能，值越小，流动阻力越小。 有干填料因子与湿填料因子之分。