1、精餾塔工作原理 以及名詞解釋,第一章 關(guān)于精餾中常見的概念解釋 梵工作室： *制造,一、汽液平衡,汽液平衡又稱為氣液平衡，是由n個(gè)組分的混合物構(gòu)成一個(gè)封閉的系統(tǒng)，并有氣-液兩相共存，在一定的溫度和壓力下，兩相達(dá)到平衡時(shí)，各組分在汽液兩相中的化學(xué)位趨于相等。或運(yùn)用逸度更為方便：在混合物中i組分在氣相和液相中的逸度相等，稱氣液平衡。在不同的溫度、壓力和組成條件下，揮發(fā)性的液體混合物（或單組分物質(zhì)）與它的蒸汽所構(gòu)成的汽液系統(tǒng)達(dá)到極限狀態(tài)。,此時(shí)，各組分在汽、液相間從汽相向液相和從液相向汽相的傳質(zhì)速度相等，傳質(zhì)的凈速度為零；表現(xiàn)在宏觀上即為混合物（或單組分物質(zhì)）在液相或汽相中其各組分的濃度恒定不變，達(dá)

2、到汽液平衡。改變系統(tǒng)的溫度、壓力或組成條件，系統(tǒng)就會(huì)達(dá)到新的汽液平衡。氣液兩相接觸，氣體溶解在液體中，造成一定的溶解度；溶于液體中的氣體，作為溶質(zhì)，必然產(chǎn)生一定的分壓。當(dāng)溶質(zhì)產(chǎn)生的分壓和氣相中該氣體的分壓相等時(shí)，達(dá)到氣液平衡。相平衡的建立，標(biāo)志著傳質(zhì)達(dá)到極限，吸收過程也就停止。它是控制吸收系統(tǒng)操作的一個(gè)重要因素。對于大多數(shù)氣體的稀溶液，氣液間的平衡關(guān)系可用亨利定律表示。,二、揮發(fā)度 通常用來表示某種純粹物質(zhì)(液體或固體)在一定溫度下蒸氣壓的大小。具有較高蒸氣壓的物質(zhì)稱做易揮發(fā)物；較低的稱做難揮發(fā)物。 三、恒沸物 恒沸物，又稱共沸物，是指兩組分或多組分的液體混合物。溫度與恒沸組成的關(guān)系，在恒定壓

3、力下沸騰時(shí)，其組分與沸點(diǎn)均保持不變。這實(shí)際是表明，此時(shí)沸騰產(chǎn)生的蒸汽與液體本身有著完全相同的組成。恒沸物是不可能通過常規(guī)的蒸餾或分餾手段加以分離的。 以下為恒沸物與溫度的關(guān)系圖,四、臨界溫度,臨界溫度，使物質(zhì)由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的最高溫度叫臨界溫度。每種物質(zhì)都有一個(gè)特定的溫度，在這個(gè)溫度以上，無論怎樣增大壓強(qiáng)，氣態(tài)物質(zhì)都不會(huì)液化，這個(gè)溫度就是臨界溫度。 五、臨界壓力 臨界壓力為物質(zhì)處于臨界狀態(tài)時(shí)的壓力（壓強(qiáng)）。就是在臨界溫度時(shí)使氣體液化所需要的最小壓力。也就是液體在臨界溫度時(shí)的飽和蒸氣壓。在臨界溫度和臨界壓力下，物質(zhì)的摩爾體積稱為臨界摩爾體積。,臨界溫度和臨界壓力下的狀態(tài)稱為臨界狀態(tài)。 常見各物質(zhì)臨

4、界溫度和臨界壓力表 氣體名稱 臨界溫度 臨界壓力MPa 氫 240 1.29 氧 118.56 5.04 氮 146.9 3.39 空氣 140.5 3.766 一氧化碳 140.2 3.50 二氧化碳 31.1 7.38 二氧化硫157.8 7.88 水 374.3 22.12,六、相際傳質(zhì),兩個(gè)物相(例如氣-液相、液-固相)相互接觸時(shí)，在一相中的某組分可能越過兩相的界面?zhèn)鬟f到另一相中去的過程。 傳遞歷程：兩相接觸時(shí)，由于某物質(zhì)在兩相中的化學(xué)位不同，引起該物質(zhì)由一相向另一相的質(zhì)量傳遞，這是化工生產(chǎn)中最,相際傳質(zhì) 常見的對流傳質(zhì)方式。如在精餾和吸收過程中，物質(zhì)在汽（氣）相與液相之間傳遞；在萃取

5、過程中，物質(zhì)在兩液相之間傳遞。 吸收過程中,組分由氣(y)相主體傳遞到與之接觸的液(x)相主體的歷程分為三步(見圖)： 組分由氣相主體傳遞到氣相邊界； 組分穿過界面從氣相進(jìn)入液相； 組分由液相邊界傳遞到液相主體。相際傳質(zhì)機(jī)理至今未能完全闡明。已提出的幾種理論，主要有雙膜理論、溶質(zhì)滲透理論和表面更新理論。,七、級(jí)效率 級(jí)效率又稱塔板效率。板式塔中氣液兩相在塔板上的傳質(zhì)接近達(dá)到熱力學(xué)平衡的程度。板式塔為達(dá)到所需的氣液兩相傳質(zhì)分離要求，可由多級(jí)計(jì)算來確定。氣液兩相達(dá)到傳質(zhì)熱力學(xué)平衡時(shí)的塔板數(shù)，這種塔板數(shù)稱為理論板數(shù)。實(shí)際塔板上的氣液兩相傳質(zhì)與理論板的有偏差，理論塔板數(shù)與實(shí)際塔板數(shù)之比，即為塔板效率。

6、它的值總是小于1。級(jí)效率有全塔效率、板效率和點(diǎn)效率等幾種不同表示法。影響級(jí)效率的主要因素為物料的組成和物性，氣液兩相的流速和流動(dòng)狀態(tài)，以及塔板的結(jié)構(gòu)等。,八、等板高度 等板高度簡稱：HETP HETP又稱理論板當(dāng)量高度。指填料層或噴淋塔固體顆粒移動(dòng)床的一段高度，其效果與一層理論塔板或一理論級(jí)相等。等板高度乘以分離所要求的理論板數(shù)即為所需的填料總高，或噴淋塔、移動(dòng)床的有效高。等板高度的值愈小，則塔內(nèi)這一段的傳質(zhì)效果愈佳。 影響HETP的因素有：系統(tǒng)的物性、幾何因素及操作條件。在應(yīng)用時(shí)宜采取最接近客觀情況的實(shí)測值。,(1)用于精餾時(shí)，填料直徑：d=25mm時(shí)，HETP為0.46m；d=38mm時(shí)，

7、HETP為0.66m；d=50mm時(shí)，HETP為0.9m。 (2)用于吸收時(shí)，HETP為1.51.8m。 (3)用于小塔塔徑0.6m時(shí)，HETP等于塔徑。(4)用于真空操作時(shí)，HETP在上述數(shù)據(jù)加0.1。 九、精餾 一種利用回流使液體混合物得到高純度分離的蒸餾方法，是工業(yè)上應(yīng)用最廣的液體混合物分離操作，廣泛用于石油、化工、輕工、食品、冶金等部門。,精餾操作按不同方法進(jìn)行分類。根據(jù)操作方式，可分為連續(xù)精餾和間歇精餾；根據(jù)混合物的組分?jǐn)?shù)，可分為二元精餾和多元精餾；根據(jù)是否在混合物中加入影響汽液平衡的添加劑，可分為普通精餾和特殊精餾（包括萃取精餾、恒沸精餾和加鹽精餾）。若精餾過程伴有化學(xué)反應(yīng)，則稱為

8、反應(yīng)精餾。 雙組分混合液的分離是最簡單的精餾操作。典型的精餾設(shè)備是連續(xù)精餾裝置（圖1），包括精餾塔、再沸器、冷凝器等。精餾塔供汽液兩相接觸進(jìn)行相際傳質(zhì)，位于塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠?部分凝液作為回流液返回塔頂,其余餾出液是塔頂產(chǎn)品。位于塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為,塔底產(chǎn)品。進(jìn)料加在塔的中部,進(jìn)料中的液體和上塔段來的液體一起沿塔下降，進(jìn)料中的蒸氣和下塔段來的蒸氣一起沿塔上升。在整個(gè)精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進(jìn)行相際傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相。對不形成恒沸物的物系，只要設(shè)計(jì)和操作得當(dāng)，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是

9、高純度的難揮發(fā)組分。進(jìn)料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進(jìn)一步提濃，稱為精餾段；進(jìn)料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段。兩段操作的結(jié)合，使液體混合物中的兩個(gè)組分較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩種產(chǎn)品。當(dāng)使n組分混合液較完全地分離而取得n個(gè)高純度單組分產(chǎn)品時(shí)，,須有n-1個(gè)塔。 精餾之所以能使液體混合物得到較完全的分離，關(guān)鍵在于回流的應(yīng)用?；亓靼ㄋ敻邼舛纫讚]發(fā)組分液體和塔底高濃度難揮發(fā)組分蒸氣兩者返回塔中。汽液回流形成了逆流接觸的汽液兩相，從而在塔的兩端分別得到相當(dāng)純凈的單組分產(chǎn)品。塔頂回流入塔的液體量與塔頂產(chǎn)品量之比，稱為回流比，它是精餾操作的一個(gè)重要控制參數(shù)，它的變

10、化影響精餾操作的分離效果和能耗。 十、連續(xù)精餾 連續(xù)精餾典型操作如：精餾塔供汽液兩相接觸進(jìn)行相際傳質(zhì)，位于塔頂?shù)睦淠魇拐魵獾玫讲糠掷淠?部分凝液作為回流液返回塔頂,其余餾出液是塔頂產(chǎn)品。,位于塔底的再沸器使液體部分汽化，蒸氣沿塔上升，余下的液體作為塔底產(chǎn)品。進(jìn)料加在塔的中部,進(jìn)料中的液體和上塔段來的液體一起沿塔下降,進(jìn)料中的蒸氣和下塔段來的蒸氣一起沿塔上升。在整個(gè)精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進(jìn)行相際傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相。對不形成恒沸物的物系，只要設(shè)計(jì)和操作得當(dāng)，餾出液將是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。進(jìn)料口以上的塔段，把上升蒸氣中

11、易揮發(fā)組分進(jìn)一步提濃，稱為精餾段；進(jìn)料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分,稱為提餾段。兩段操作的結(jié)合,使液體混合物中的兩個(gè)組分,較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩種產(chǎn)品。 十一、間歇精餾 間歇精餾過程的特點(diǎn) 當(dāng)混合液的分離要求較高而料液品種或組成經(jīng)常變化時(shí)，采用間歇精餾的操作方式比較靈活機(jī)動(dòng)。從精餾裝置看，間歇精餾與連續(xù)精餾大致相同。作間歇精餾時(shí)，料液成批投入精餾釜，逐步加熱氣化，待釜液組成降至規(guī)定值后將其一次排出。由此不難理解，間歇精餾過程具有如下特點(diǎn)。 間歇精餾為非定態(tài)過程。在精餾過程中，釜液組成不斷降低。若在操作時(shí)保持回流比不變，則餾出液組成將隨之下降；反之，為使餾出液組成保持不變，

12、則在精,餾過程中應(yīng)不斷加大回流比。為達(dá)到預(yù)定的要求，實(shí)際操作可以靈活多樣。例如，在操作初期可逐步加大回流比以維持餾出液組成大致恒定；但回流比過大，在經(jīng)濟(jì)上并不合理。故在操作后期可保持回流比不變，若所得的餾出液不符合要求，可將此部分產(chǎn)物并入下一批原料再次精餾。 此外，由于過程的非定態(tài)性，塔身積存的液體量（持液量）的多少將對精餾過程及產(chǎn)品的數(shù)量有影響。為盡量減少持液量，間歇精餾往往采用填料塔。 間歇精餾時(shí)全塔均為精餾段，沒有提餾段。因此，獲得同樣的塔頂、塔底組成的產(chǎn)品，間歇精餾的能耗必大于連續(xù)精餾。 間歇精餾的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，首先是選擇基準(zhǔn)狀態(tài)（一般以操作的始態(tài)或終態(tài)）作設(shè),計(jì)計(jì)算，求出塔板數(shù)。然后

13、按給定的塔板數(shù)，用操作型計(jì)算的方法，求取精餾中途其他狀態(tài)下的回流比或產(chǎn)品組成。,第二章 精餾塔的分類 以及工作原理,一、板式塔 板式塔是一類用于氣液或液液系統(tǒng)的分級(jí)接觸傳質(zhì)設(shè)備，由圓筒形塔體和按一定間距水平裝置在塔內(nèi)的若干塔板組成。廣泛應(yīng)用于精餾和吸收，有些類型（如篩板塔）也用于萃取，還可作為反應(yīng)器用于氣液相反應(yīng)過程。操作時(shí)（以氣液系統(tǒng)為例），液體在重力作用下，自上而下依次流過各層塔板，至塔底排出；氣體在壓力差推動(dòng)下，自下而上依次穿過各層塔板，至塔頂排出。每塊塔板上保持著一定深度的液層，氣體通過塔板分散到液層中去，進(jìn)行相際接觸傳質(zhì)。,塔板又稱塔盤，是板式塔中氣液兩相接觸傳質(zhì)的部位，決定塔的操作

14、性能，通常主要由以下三部分組成： 氣體通道為保證氣液兩相充分接觸，塔板上均勻地開有一定數(shù)量的通道供氣體自下而上穿過板上的液層。氣體通道的形式很多，它對塔板性能有決定性影響，也是區(qū)別塔板類型的主要標(biāo)志。篩板塔塔板的氣體通道最簡單，只是在塔板上均勻地開設(shè)許多小孔（通稱篩孔）,氣體穿過篩孔上升并分散到液層中（圖2）。泡罩塔塔板的氣體通道最復(fù)雜，它是在塔板上開有若干較大的圓孔，孔上接有升氣管，升氣管上覆蓋分散氣體的泡罩（圖3）。浮閥塔塔板則直接在圓孔上蓋以可浮動(dòng)的閥片,根據(jù)氣體的流量,閥片自行調(diào)節(jié)開度（圖4）。,溢流堰為保證氣液兩相在塔板上形成足夠的相際傳質(zhì)表面,塔板上須保持一定深度的液層，為此,在塔

15、板的出口端設(shè)置溢流堰。塔板上液層高度在很大程度上由堰高決定。對于大型塔板，為保證液流均布，還在塔板的進(jìn)口端設(shè)置進(jìn)口堰。 降液管液體自上層塔板流至下層塔板的通道，也是氣（汽）體與液體分離的部位。為此，降液管中必須有足夠的空間，讓液體有所需的停留時(shí)間。此外，還有一類無溢流塔板，塔板上不設(shè)降液管，僅是塊均勻開設(shè)篩孔或縫隙的圓形篩板。操作時(shí)，板上液體隨機(jī)地經(jīng)某些篩孔流下，而氣體則穿過另一些篩孔上升。無溢流塔板雖然結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)低廉，板面利用率高，但操作彈性太小，板效率較低，故應(yīng)用不廣。,板式塔操作特性 各種塔板只有在一定的氣液流量范圍內(nèi)操作，才能保證氣液兩相有效接觸，從而得到較好的傳質(zhì)效果?？捎盟遑?fù)

16、荷性能圖(圖5)來表示塔板正常操作時(shí)氣液流量的范圍，圖中的幾條邊線所表示的氣液流量限度為：漏液線。氣體流量低于此限時(shí)，液體經(jīng)開孔大量泄漏。過量霧沫夾帶線。氣體流量高于此限時(shí)，霧沫夾帶量超過允許值，會(huì)使板效率顯著下降。液流下限線。若液體流量過小，則溢流堰上的液層高度不足，會(huì)影響液流的均勻分布，致使板效率降低。液流上限線。液體流量太大時(shí)，液體在降液管內(nèi)停留時(shí)間過短,液相夾帶的氣泡來不及分離,會(huì)造成氣相返混，板效率降低。液泛線。氣液流量超過此線時(shí)，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破,壞。如果塔板的正常操作范圍大，對氣液負(fù)荷變化的適應(yīng)性好，就稱這些塔板的操作彈性大。浮閥塔和泡罩塔的操作彈性較大，篩板

17、塔稍差。這三種塔型在正常范圍內(nèi)操作的板效率大致相同。,二、填料塔 填料塔是塔設(shè)備的一種。塔內(nèi)填充適當(dāng)高度的填料，以增加兩種流體間的接觸表面。例如應(yīng)用于氣體吸收時(shí)，液體由塔的上部通過分布器進(jìn)入，沿填料表面下降。氣體則由塔的下部通過填料孔隙逆流而上，與液體密切接觸而相互作用。結(jié)構(gòu)較簡單，檢修較方便。廣泛應(yīng)用于氣體吸收、蒸餾、萃取等操作。,結(jié)構(gòu)原理 填料塔是以塔內(nèi)的填料作為氣液兩相間接觸構(gòu)件的傳質(zhì)設(shè)備。填料塔的塔身是一直立式圓筒，底部裝有填料支承板，填料以亂堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安裝填料壓板，以防被上升氣流吹動(dòng)。液體從塔頂經(jīng)液體分布器噴淋到填料上，并沿填料表面流下。氣體從塔底送入，經(jīng)氣體分布裝置（小直徑塔一般不設(shè)氣體分布裝置）分布后，與液體呈逆流連續(xù)通過填料層的空隙，在填料表面上，氣液兩相密切接觸進(jìn)行傳質(zhì)。填料塔屬于連續(xù)接觸式氣液傳質(zhì)設(shè)備，兩相組成沿塔高連續(xù)變化，在正常操作狀態(tài)下，氣相為連續(xù)相，液相為分散相。 當(dāng)液體沿填料層向下流動(dòng)時(shí)，有逐漸向塔壁集中的趨勢