1、第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术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。一、一、精馏塔的分类精馏塔的分类填料塔：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。本章重点介绍板式塔。精馏塔的结构及应用精馏塔的结构及应用 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术（二）塔
2、板的类型（二）塔板的类型 塔板的分类有错流、逆流两种 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元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。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。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术二、二、板式塔的结构类型板式塔的结构类型 及性能评价及性能评价 （一）板式塔的结构（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
3、等部件组成的。塔板是板式塔的核心构件。1-塔体；2-塔板；3-溢流堰；4-受液盘；5-降液管 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术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 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术泡罩塔板泡罩塔板第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术泡罩塔板流程泡罩塔板流程第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术筛板塔筛板塔 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技
4、术 化工单元操作技术化工单元操作技术浮浮 阀阀第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术浮浮 阀阀第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术常见塔板的性能比较常见塔板的性能比较 塔 板类 型相 对 生 产能 力相 对 塔 板效 率操 作弹 性压力降结构成 本泡罩塔板筛板浮阀塔板舌形塔板斜孔塔板1.01.21.41.21.31.31.51.51.81.01.11.11.21.11.1中低大小中高低中低低复杂简单一般简单简单1.00.40.50.70.80.50.60.50.6第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单
5、元操作技术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。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。精馏基础知识精馏基础知识 一、蒸馏及精馏一、蒸馏及精馏 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元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 两组分精馏、多组分精馏按操作流程分类 间歇精馏、连续精馏平衡蒸馏和简单蒸馏，只能
6、使混合液部分分离，不能满足高纯度的分离要求。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术二、双组分理想溶液的气液相平衡二、双组分理想溶液的气液相平衡 溶液理想溶液非理想溶液理想溶液的汽液相平衡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。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。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术1沸点组成图（一）双组分气液相平衡图（一）双组分气液相平衡图 常压下苯甲苯物系的常压下苯甲苯物系的t x y 图图（1）
7、结构）结构坐标纵坐标 t横坐标xA、yA两条线液相线 汽相线 三个区 液相区 过热蒸汽区 汽液共存区 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术（2）应用）应用 a.泡点、露点及确定b.易挥发和难挥发组分的沸点c.混合溶液气液平衡组成的确定溶液开始沸腾，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。如图F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。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。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术2气
8、液相平衡图 苯甲苯物系的y x图（1）结构）结构坐标纵坐标 y横坐标 x两条线气液相平衡线辅助线 yx 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术（2）应用）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。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术四、精馏操作流程四、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
9、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。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术 精馏计算精馏计算 一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算 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
10、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。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术（三）进料状况的影响（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 tt泡。（2）饱和液体进料 tt泡（3）气液混合物进料 t泡tt露（4）饱和蒸汽进料 tt露（5）过热蒸汽进料 tt露第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术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
11、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。对于已有的精馏装置，在适宜进料位置进料，可获得最佳分离效果。在实际操作中，如果进料位置不当，将会使馏出液和釜残液不能同时达到预期的组成。进料位置过高，使馏出液的组成偏低（难挥发组分含量偏高）；反之，进料位置偏低，使釜残液中易挥发组分含量增高，从而降低馏出液中易挥发组分的收率。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操
12、作技术化工单元操作技术五、回流比的影响与选择五、回流比的影响与选择 回流比是一个非常重要的参数，对精馏操作影响很大，影响精馏的投资费用和操作费用。对一定的料液和分离要求，R增大,精、提馏段操作线向对角线靠近，离相平衡线越远，NT减少，塔设备费用减少；但回流比增大使塔内气、液相量，操作费用提高。对于一个固定的精馏塔，增加回流比，每一块板的分离程度增大，提高了产品质量。R 上限：全回流时R 下限：Rmin 对于一定的分离任务，应选定适宜的回流比。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术(一一)全回流和最少理论塔板数全回流和最少理论塔板数 1.定义塔顶上升的蒸汽经冷凝
13、后，全部回流至塔内，称为全回流。2.特点（1）全回流时的回流比R=，（2）物料关系：D=0 W=0 F=0 全塔无精、提馏段之分。（3）操作关系：操作线方程y=x，操作线离平衡线的距离最远。（4）Nmin：所需的理论塔板数最少，此时操作线离平衡线的距离最远，理论板分离能力最大。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术2应用 全回流操作无产品，对实际生产无意义。一般在精馏塔开车或精馏实验及操作异常时调节控制采用。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术1.定义回流比减小，所需的理论塔板数增加；当回流比减到使操作线与平衡线相交时，所需的理论塔板数为无穷多，相应回流比即为最小回流比，用Rmin表示。（二）最小回流比（二）最小回流比 2.特点（1）操作线 两操作线的交点落在相平衡线上，此处气液两相达平衡。
