精馏与精馏塔课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,精馏与精馏塔,精馏的基本介绍,精馏塔综述,两种精馏塔详细介绍与对比,主要内容,精馏操作流程,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。,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，,）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, 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。,L,0,V,2,V,2,与,L,0,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。,传质推动力, 热量传递过程,液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。, 过程控制,精馏过程速率由传质过程控制。, 传质方向,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。,2.,精馏操作流程,精 馏 塔,再沸器,冷凝器,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，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）称为提馏段,提浓液相中难挥发组分。,塔顶产品称为馏出液,富含易挥发组分。,塔底产品称为釜液,富含难挥发组分。,精馏段,提馏段,进料板,（,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,再沸器,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。,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。,板式塔,釜液,馏出,液,进料,（,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,。,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。,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 。,3.,精馏塔综述,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。,溶剂,填料塔,气体,散装填料,塑料鲍尔环填料,规整填料,塑料丝,网波纹填料,填料塔,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,溶剂,气体,DJ,塔盘,新型塔板、填料,板式塔,塔径在0.60.7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；,(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。,塔形选择,4.1,填料塔,（,Packed Tower）,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。,7,6,5,3,4,2,1,液体,气体,8,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(,m,2,/m,3,)。,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(,m,3,/m,3,)。,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。,=,0.450.95。,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。,填料（,Tower packing）,常用的填料可分为,散装填料,和,规整填料,两大类。散装填料在塔内可乱堆，也可以整砌。,拉西环,阶梯环,鲍尔环,弧鞍,规整填料一般由波纹状的金属网丝或多孔板重叠而成。,使用时根据填料塔的结构尺寸，叠成圆筒形整块放入塔内或分块拼成圆筒形在塔内砌装。,板式塔,溢流,无溢流,穿流塔板、逆流塔板,液相,气相,液,相,降液管,堰,气相,错流式：泡罩、浮阀、筛板,喷射式：舌型、浮舌、浮动喷射式,4.2,板式塔,Plate (tray) tower,塔板类型,塔板是板式塔的基本构件，决定塔的性能。,液,相,降液管,堰,气相,溢流塔板 (错流式塔板)：,塔板间有专供液体溢流的降液管 (溢流管)，横向流过塔板的流体与由下而上穿过塔板的气体呈错流或并流流动。板上液体的流径与液层的高度可通过适当安排降液管的位置及堰的高度给予控制，从而可获得较高的板效率，但降液管将占去塔板的传质有效面积，影响塔的生产能力。,溢流式塔板应用很广，按塔板的具体结构形式可分为：,泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、网孔塔板、舌形塔板等。,逆流塔板（穿流式塔板）：,塔板间没有降液管，气、液两相同时由塔板上的孔道或缝隙逆向穿流而过，板上液层高度靠气体速度维持。,优点：,塔板结构简单，板上无液面差，板面充分利用，生产能力较大；,缺点：,板效率及操作弹性不及溢流塔板。,与溢流式塔板相比，逆流式塔板应用范围小得多，常见的板型有筛孔式、栅板式、波纹板式等。,液相,气相,板式塔,填料塔,压降,较大,小尺寸填料较大；大尺寸填料及规整填料较小,空塔气速,较大,小尺寸填料较小；大尺寸填料及规整填料较大,塔效率,较稳定，效率较高,传统填料低；新型乱堆及规整填料高,持液量,较大,较小,液气比,适应范围较大,对液量有一定要求,安装检修,较易,较难,材质,常用金属材料,金属及非金属材料均可,造价,大直径时较低,新型填料投资较大,填料塔和板式塔都可用于精馏操作。,新型填料及规整填料塔竞争力较强。,4.3,填料塔与板式塔的主要对比,