精餾與精餾塔

1、精餾與精餾塔精餾與精餾塔精餾的基本介紹精餾塔綜述兩種精餾塔詳細介紹與對比主要內容主要內容精餾操作流程1 1. .精餾精餾的基本介紹的基本介紹1 1.1 .1 精餾的定義精餾的定義精餾是化工生產中分離互溶液體混合物的典型精餾是化工生產中分離互溶液體混合物的典型單元單元操作操作，其實質是多級蒸餾，即在一定壓力下，利用，其實質是多級蒸餾，即在一定壓力下，利用互溶液體混合物各組分的沸點或飽和蒸汽壓不同，互溶液體混合物各組分的沸點或飽和蒸汽壓不同，使輕組分（沸點較低或飽和蒸汽壓較高的組分）汽使輕組分（沸點較低或飽和蒸汽壓較高的組分）汽化，經多次部分液相汽化和部分氣相冷凝，使氣相化，經多次部分液相汽化和部

2、分氣相冷凝，使氣相中的輕組分和液相中的重組分濃度逐漸升高，從而中的輕組分和液相中的重組分濃度逐漸升高，從而實現分離。實現分離。1.2 精餾原理 1-2-1 精餾基本原理 精餾是將液體混合物多次部分氣化和部分冷凝精餾是將液體混合物多次部分氣化和部分冷凝, ,利利用其中各組份揮發度不同（相對揮發度，用其中各組份揮發度不同（相對揮發度，）的特性，）的特性，實現分離目的的單元操作實現分離目的的單元操作。精餾中的兩個重要概念：精餾中的兩個重要概念：輕組分：揮發性高的組分（沸點低的組分）輕組分：揮發性高的組分（沸點低的組分）重組分：揮發性低的組分（沸點高的組分）重組分：揮發性低的組分（沸點高的組分）液體混

3、合物經過多次部份汽化后可變為高純度的液體混合物經過多次部份汽化后可變為高純度的難揮發組分難揮發組分 。氣體混和物經過多次部分泠凝后可變為高純度的氣體混和物經過多次部分泠凝后可變為高純度的易揮發組分。易揮發組分。1-1-2-2-2 2 精餾原理精餾原理 回流回流塔頂液相回流和塔底汽相回流，為偏離平衡的氣液相塔頂液相回流和塔底汽相回流，為偏離平衡的氣液相在塔內各板上提供了接觸條件，實現了氣液相間的質在塔內各板上提供了接觸條件，實現了氣液相間的質量傳遞。量傳遞。L0V2V V2 2與與L L0 0是偏離平衡的氣是偏離平衡的氣液相，在塔板上接觸，液相，在塔板上接觸，進行質量傳遞，濃度變進行質量傳遞，濃

4、度變化趨向于平衡組成。化趨向于平衡組成。 傳質推動力傳質推動力 yx 熱量傳遞過程熱量傳遞過程 液體汽化所需熱量由蒸汽冷凝提供。液體汽化所需熱量由蒸汽冷凝提供。 過程控制過程控制 精餾過程速率由傳質過程控制。精餾過程速率由傳質過程控制。 傳質方向傳質方向易揮發組分：液相易揮發組分：液相汽相；汽相；難揮發組分：汽相難揮發組分：汽相液相。液相。易揮發組分沿塔高方向增加，而溫度沿塔高方向降低。易揮發組分沿塔高方向增加，而溫度沿塔高方向降低。2.2.精餾操作流程精餾操作流程 精精 餾餾 塔塔再沸器再沸器冷凝器冷凝器 根據精餾原理可知，單有精餾塔還不能完成精餾根據精餾原理可知，單有精餾塔還不能完成精餾操

5、作，而必須同時有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有操作，而必須同時有塔底再沸器和塔頂冷凝器，有時還要配有原料液預熱器、回流液泵等附屬設備，時還要配有原料液預熱器、回流液泵等附屬設備，才能實現整個操作。才能實現整個操作。 再沸器的作用是提供一定量的上升蒸汽流，冷凝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頂液相產品及保證有適宜的液相器的作用是提供塔頂液相產品及保證有適宜的液相回流，因而精餾能穩定的進行。回流，因而精餾能穩定的進行。1 1、進料板以上稱為精餾段、進料板以上稱為精餾段 精制汽相中的易揮發組分。精制汽相中的易揮發組分。2 2、進料板以下（包括進料板）稱為、進料板以下（包括進料板

6、）稱為提餾段提餾段 提濃液相中難揮發組分。提濃液相中難揮發組分。塔頂產品稱為餾出液塔頂產品稱為餾出液 富含易揮發組分。富含易揮發組分。塔底產品稱為釜液塔底產品稱為釜液 富含難揮發組分。富含難揮發組分。精餾段精餾段提餾段提餾段進料板進料板（1）連續精餾流程）連續精餾流程 操作時，操作時，原料液原料液連續地加入精餾塔內連續地加入精餾塔內。 連續地從連續地從再沸器再沸器取出取出部分部分液體作為液體作為塔底產品塔底產品（稱為釜殘液）；（稱為釜殘液）；部分液體部分液體被汽化被汽化，產生上升蒸汽，依次通過各，產生上升蒸汽，依次通過各層塔板。層塔板。 塔頂蒸汽進入塔頂蒸汽進入全（冷）凝器全（冷）凝器被全被全

7、部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借部冷凝，將部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔頂作為重力作用）送回塔頂作為回流回流液體液體，其余部分作為，其余部分作為塔頂產品塔頂產品（稱為餾（稱為餾出液）采出。出液）采出。 板式塔釜液餾出液進料（2 2）間歇精餾流程）間歇精餾流程間歇精餾間歇精餾與連續精餾大致與連續精餾大致相同相同。間歇。間歇精餾時，料液精餾時，料液成批成批投入精餾釜，逐步投入精餾釜，逐步加熱氣化，待釜液組成降至規定值后加熱氣化，待釜液組成降至規定值后將將其一次排出其一次排出。間歇精餾為間歇精餾為非定態過程非定態過程。在精餾過程中，釜液組成不斷降低。在精餾過程中，釜液組成不斷降低。間歇精餾時全塔

8、間歇精餾時全塔均為精餾段均為精餾段，沒有提，沒有提餾段餾段。l 基本功能：形成氣液兩相充分基本功能：形成氣液兩相充分接觸的相界面，使質、熱的傳接觸的相界面，使質、熱的傳遞快速有效地進行，接觸混合遞快速有效地進行，接觸混合與傳質后的氣、液兩相能及時與傳質后的氣、液兩相能及時分開，互不夾帶等。分開，互不夾帶等。l 精餾塔分類：精餾塔的種類很多，按接觸方式可精餾塔分類：精餾塔的種類很多，按接觸方式可分為連續（微分）接觸式（填料塔）和逐級接觸分為連續（微分）接觸式（填料塔）和逐級接觸式（板式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應用式（板式塔）兩大類，在吸收和蒸餾操作中應用極廣極廣 。3.3.精餾塔綜述精餾塔

9、綜述在圓柱形殼體內裝填一定高度的填料，在圓柱形殼體內裝填一定高度的填料，液體經塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層液體經塔頂噴淋裝置均勻分布于填料層頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上頂部上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流經填料層后自塔底排出；氣體則而下流經填料層后自塔底排出；氣體則在壓強差推動下穿過填料層的空隙，由在壓強差推動下穿過填料層的空隙，由塔的一端流向另一端。氣液在填料表面塔的一端流向另一端。氣液在填料表面接觸進行質、熱交換，兩相的組成沿塔接觸進行質、熱交換，兩相的組成沿塔高連續變化。高連續變化。 溶劑填料塔氣體散裝填料散裝填料塑料鮑爾環填料塑料鮑爾環填料規整填料規整填料 塑料絲塑料絲網波紋

10、填料網波紋填料 填料塔填料塔在圓柱形殼體內按一定間距水平設置若在圓柱形殼體內按一定間距水平設置若干層塔板，液體靠重力作用自上而下流干層塔板，液體靠重力作用自上而下流經各層板后從塔底排出，各層塔板上保經各層板后從塔底排出，各層塔板上保持有一定厚度的流動液層；氣體則在壓持有一定厚度的流動液層；氣體則在壓強差的推動下，自塔底向上依次穿過各強差的推動下，自塔底向上依次穿過各塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液塔板上的液層上升至塔頂排出。氣、液在塔內逐板接觸進行質、熱交換，故兩在塔內逐板接觸進行質、熱交換，故兩相的組成沿塔高呈階躍式變化。相的組成沿塔高呈階躍式變化。板式塔溶劑氣體DJ 塔盤塔盤 新型塔板、

11、填料新型塔板、填料板式塔板式塔塔徑在塔徑在0.60.7米以上的塔，過去一般優先選用板式塔。米以上的塔，過去一般優先選用板式塔。隨著低壓降高效率輕材質填料的開發，大塔也開始采用各種隨著低壓降高效率輕材質填料的開發，大塔也開始采用各種新型填料作為傳質構件，顯示了明顯的優越性。新型填料作為傳質構件，顯示了明顯的優越性。塔型選擇主要需考慮以下幾個方面的基本性能指標：塔型選擇主要需考慮以下幾個方面的基本性能指標：(1) 生產能力生產能力 即為單位時間單位塔截面上的處理量；即為單位時間單位塔截面上的處理量；(2) 分離效率分離效率 對板式塔指每層塔板的分離程度；對填料塔指對板式塔指每層塔板的分離程度；對填

12、料塔指單位高度填料層所達到的分離程度；單位高度填料層所達到的分離程度；(3) 操作彈性操作彈性 指在負荷波動時維持操作穩定且保持較高分離指在負荷波動時維持操作穩定且保持較高分離效率的能力，通常以最大氣速負荷與最小氣速負荷之比效率的能力，通常以最大氣速負荷與最小氣速負荷之比表示；表示；(4) 壓強降壓強降 指氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強降；指氣相通過每層塔板或單位高度填料的壓強降；(5) 結構繁簡及制造成本。結構繁簡及制造成本。塔形選擇塔形選擇塔體：塔體：一般取為圓筒形，可由金屬、塑一般取為圓筒形，可由金屬、塑料或陶瓷制成，金屬筒體內壁常襯以防料或陶瓷制成，金屬筒體內壁常襯以防腐材料。腐

13、材料。 填料：填料：大致可分為散裝填料和規整填料大致可分為散裝填料和規整填料兩大類，是傳熱和傳質的場所。兩大類，是傳熱和傳質的場所。塔內件：塔內件：包括填料支承與壓緊裝置、液包括填料支承與壓緊裝置、液體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體與氣體分布器、液體再分布器以及氣體除沫器等。體除沫器等。操作原理：操作原理：液體經塔頂噴淋裝置均勻分液體經塔頂噴淋裝置均勻分布于填料上，依靠重力作用沿填料表面布于填料上，依靠重力作用沿填料表面自上而下流動，并與在壓強差推動下穿自上而下流動，并與在壓強差推動下穿過填料空隙的氣體相互接觸，發生傳熱過填料空隙的氣體相互接觸，發生傳熱和傳質。和傳質。 7653421液體

14、氣體8填料（填料（Tower packing） 填料塔的核心，是氣液兩相接觸進行質、熱傳遞的場所。填料塔的核心，是氣液兩相接觸進行質、熱傳遞的場所。填料的流體力學和傳質性能與填料的材質、大小和幾何形狀填料的流體力學和傳質性能與填料的材質、大小和幾何形狀緊密相關，材質一定時，表征填料特性的數據主要有：緊密相關，材質一定時，表征填料特性的數據主要有：比表面積比表面積 a a：單位體積填料層所具有的表面積單位體積填料層所具有的表面積( (m m2 2/m/m3 3) )。被被液體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的液體潤濕的填料表面就是氣液兩相的接觸面。大的 a a 和良和良好的潤濕性能有利于傳

15、質速率的提高。對同種填料，填料尺好的潤濕性能有利于傳質速率的提高。對同種填料，填料尺寸越小，寸越小，a a 越大，但氣體流動的阻力也要增加。越大，但氣體流動的阻力也要增加。空隙率空隙率 ：單位體積填料所具有的空隙體積單位體積填料所具有的空隙體積( (m m3 3/m/m3 3) )。代表代表的是氣液兩相流動的通道，的是氣液兩相流動的通道， 大，氣、液通過的能力大，大，氣、液通過的能力大，氣體流動的阻力小。氣體流動的阻力小。 = = 0.450.950.450.95。填料因子填料因子 ：填料比表面積與空隙率三次方的比值填料比表面積與空隙率三次方的比值(1(1/m)/m)，a a/ / 3 3，表

16、示填料的流體力學性能，值越小，流動阻力越小。，表示填料的流體力學性能，值越小，流動阻力越小。有干填料因子與濕填料因子之分。有干填料因子與濕填料因子之分。填料（填料（Tower packing） 常用的填料可分為常用的填料可分為散裝填料散裝填料和和規整填料規整填料兩大類。散裝填兩大類。散裝填料在塔內可亂堆，也可以整砌。料在塔內可亂堆，也可以整砌。拉西環階梯環鮑爾環弧鞍規整填料一般由波紋狀的金屬網絲或多孔板重疊而成。規整填料一般由波紋狀的金屬網絲或多孔板重疊而成。使用時根據填料塔的結構尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔使用時根據填料塔的結構尺寸，疊成圓筒形整塊放入塔內或分塊拼成圓筒形在塔內砌裝。內或分塊拼

17、成圓筒形在塔內砌裝。板式塔溢流無溢流 穿流塔板、逆流塔板液相氣相液相降液管堰氣相 錯流式：泡罩、浮閥、篩板 噴射式：舌型、浮舌、浮動噴射式塔板是板式塔的基本構件，決定塔的性能。塔板是板式塔的基本構件，決定塔的性能。液液相相降液管降液管堰堰氣相氣相溢流塔板溢流塔板 ( (錯流式塔板錯流式塔板) )：塔板間有塔板間有專供液體溢流的降液管專供液體溢流的降液管 ( (溢流管溢流管) )，橫向流過塔板的流體與由下而上穿橫向流過塔板的流體與由下而上穿過塔板的氣體呈錯流或并流流動。過塔板的氣體呈錯流或并流流動。板上液體的流徑與液層的高度可通板上液體的流徑與液層的高度可通過適當安排降液管的位置及堰的高過適當安

18、排降液管的位置及堰的高度給予控制，從而可獲得較高的板度給予控制，從而可獲得較高的板效率，但降液管將占去塔板的傳質效率，但降液管將占去塔板的傳質有效面積，影響塔的生產能力。有效面積，影響塔的生產能力。 溢流式塔板應用很廣，按塔板的具體結構形式可分為：溢流式塔板應用很廣，按塔板的具體結構形式可分為：泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網孔塔板、舌形塔板等。泡罩塔板、篩孔塔板、浮閥塔板、網孔塔板、舌形塔板等。逆流塔板（穿流式塔板）：逆流塔板（穿流式塔板）：塔板間沒有降液管，氣、液兩相同時由塔板間沒有降液管，氣、液兩相同時由塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過，板塔板上的孔道或縫隙逆向穿流而過，板上液層高度靠氣體速度維持。上液層高度靠氣體速度維持。優點：優點：塔板結構簡單，板上無液面差，塔板結構簡單，板上無液面差，板面充分利用，生產能力較大；板面充分利用，生產能力較大；缺點：缺點：板效率及操作彈性不及溢流塔板。板效率及操作彈性不及溢流塔板。與溢流式塔板相比，逆流式塔板應用范圍小得多，常見的板與溢流式塔板相比，逆流式