精馏塔的结构及应用

第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
（一）双组分气液相平衡图
1．沸点－组成图
（1）结构
坐标 纵坐标 t
横坐标xA、yA
液相线 两条线
汽相线 液相区 三个区 汽液共存区 过热蒸汽区
第三章 精馏操作技术
常压下苯－甲苯物系的t－ x－ y 图
化工单元操作技术
（2）应用
a.泡点、露点及确定
溶液开始沸腾，产生第一个汽泡，相应的温度称 为泡点；混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相 应的温度称为露点。确定方法如图。
易挥发组分：液体混合物中挥发能力高的组分， 又称轻组分；
难挥发组分：液体混合物中挥发能力低的组分， 又称重组分。
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
2.蒸馏操作的分类
按蒸馏方式分类
平衡蒸馏、简单蒸馏 精馏、特殊精馏
按操作压力分类
加压精馏、常压精馏、真空精馏
按被分离混合物中 组分的数目分类
按操作流程分类
化工单元操作技术
3．确定最优进料位置
最优的进料位置一般应在塔内液相或汽相组成与进料组成 相近或相同的塔板上。当采用图解法计算理论板层数时， 适宜的进料位置应为跨越两操作线交点所对应的阶梯。对 于一定的分离任务，如此作图所需理论板数为最少，跨过 两操作线交点后继续在精馏段操作线与平衡线之间作阶梯， 或没有跨过交点过早更换操作线，都会使所需理论板层数 增加。
逆流塔板：塔板间无降液管，气、液同时 由板上孔道逆向穿流而过。
本章只介绍错流塔板。
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
二、板式塔的结构类型 及性能评价
（一）板式塔的结构
板式塔是由圆柱形壳体、 塔板、气体和液体进、 出口等部件组成的。塔 板是板式塔的核心构件 。
第三章 精馏操作技术
1-塔体；2-塔板；3-溢流堰；
筛板塔 化工单元操作技术
第三章 精馏操作技术
浮阀 化工单元操作技术
浮
第三章 精馏操作技术
阀 化工单元操作技术
常见塔板的性能比较
塔板 类型
相对生产 相对塔板 操 作
能
力效
率 弹性
压力降 结构 成 本
泡罩塔板
1.0
1.0
中
筛板
1.2～1.4
Байду номын сангаас
1.1
低
浮阀塔板 1.2～1.3
1.1～1.2
大
舌形塔板 1.3～1.5
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化工单元操作技术
一、全塔物料衡算
精馏计算
稳定连续操作的精馏塔，以单位时间 为基准，则全塔物料衡算式为： 总物料衡算： F=D+W 易挥发组分衡算： F xF=D xD +W xW 式中： F、D、W——分别为原料、塔顶产 品和塔底产品 的流量，Kmol/h； xF、xD、xW——分别为原料、塔顶产 品和塔底产品中易挥发组分的摩尔分 数。 全塔物料衡算式应用：确定产品流量 及组成。
1.1
小
斜孔塔板 1.5～1.8
1.1
中
高 复杂
1.0
低 简单 0.4～0.5
中 一般 0.7～0.8
低 简单 0.5～0.6
低 简单 0.5～0.6
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
精馏基础知识
一、蒸馏及精馏
1.蒸馏及分离依据
蒸馏是分离液体均相混合物的单元操作，通过加 热造成汽液两相体系，利用液体混合物中各组分 挥发性不同而达到分离的目的。
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化工单元操作技术
四、精馏操作流程
精馏过程可连续操作，也可间歇操作。 精馏装置系统一般都应由精馏塔、塔 顶冷凝器、塔底再沸器等相关设备组 成，有时还要配原料预热器、产品冷 却器、回流用泵等辅助设备。
原料加入的那层塔板称为加料板。加 料板以上部分，起精制原料中易挥发 组分的作用，称为精馏段，塔顶产品 称为馏出液。加料板以下部分(含加 料板)，起提浓原料中难挥发组分的 作用，称为提馏段，从塔釜排出的液 体称为塔底产品或釜残液。
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化工单元操作技术
（三）进料状况的影响
1．精馏塔的进料热状况 在生产中，加入精馏塔中的原料可能有以下五 种热状态： （1）冷液体进料 t＞t泡。 （2）饱和液体进料 t＝t泡 （3）气液混合物进料 t泡＜t＜t露 （4）饱和蒸汽进料 t＝t露 （5）过热蒸汽进料 t＞t露
第三章 精馏操作技术
本章重点介绍板式塔。
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
（二）塔板的类型 塔板的分类有错流、逆流两种
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
错流塔板：塔板间设有降液管。液体横向 流过塔板，气体经过塔板上的孔道上升， 在塔板上气、液两相呈错流接触。
化工单4元-受操液盘作；技5术-降液管
按照塔板上气液接触元件不同，塔板可分为多种型式
泡罩塔板 筛板 浮阀塔板 喷射型结板 ：舌形塔板、浮舌塔板
斜孔塔板、网孔塔板等
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
第三章 精馏操作技术
泡罩塔板 化工单元操作技术
泡罩塔板流程
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
第三章 精馏操作技术
两组分精馏、多组分精馏 间歇精馏、连续精馏
平衡蒸馏和简单蒸馏，只能使混合液部分分离，不能满足 高纯度的分离要求。
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
3.精馏
同时并多次进行部分汽化和多次部分冷凝，使混 合液得到较完善分离的单元操作。
二、双组分理想溶液的气液相平衡
理想溶液 溶液
非理想溶液
理想溶液的汽液相平衡是指溶液与其上方蒸汽达 到平衡时汽液两相间各组分组成之间的关系。是 精馏操作分析和过程计算的重要依据。
第三章 精馏操作技术
苯－甲苯物系的y－ x图
化工单元操作技术
（2）应用
a.图中任意点D表示组成为x1的液相与组成 为y1的气相互相平衡
b.两相达到平衡时，气相中易挥发组分的浓 度大于液相中易挥发组分的浓度，即y ＞ x， 故平衡线位于对角线的上方。
c.平衡线离对角线越远，说明互成平衡的气液 两相浓度差别越大，溶液就越容易分离。
精馏塔的结构及应用
一、精馏塔的分类
根据塔内气液接触部件的结构型式，可将塔设备 分为两大类：板式塔和填料塔。
板式塔：塔内沿塔高装有若干层塔板，相邻两板 有一定的间隔距离。塔内气、液两相在塔板上互 相接触，进行传热和传质，属于逐级接触式塔设 备。
填料塔：塔内装有填料，气液两相在被润湿的填 料表面进行传热和传质，属于连续接触式塔设备。
b.易挥发和难挥发组分的沸点
如图F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。
c.混合溶液气液平衡组成的确定
当混合液的状态点为点K时，物系被分成互成平
衡的汽液两相，其汽、液相组成y、x可用G、L两
点横坐标表示。
第三章 精馏操作技术
化工单元操作技术
2．气液相平衡图 （1）结构
坐标 纵坐标 y 横坐标 x
两条线 气液相平衡线 辅助线 y＝x