精馏原理与操作要点
精馏操作原理
精馏操作原理
精馏操作原理是利用物质间沸点或挥发度的不同，通过加热、蒸发、冷凝等物理手段实现混合物的分离。
具体来说，精馏过程包括汽化、冷凝、回流等步骤，通过控制加热温度、冷凝温度和操作压力等条件，使混合物中各组分得到分离和纯化。
精馏操作中，首先将原料加热汽化，使其中的轻组分和重组分分别向汽相和液相分布。
汽相通过多次冷凝和再沸，各组分逐次富集，最后得到高纯度的轻组分产品。
液相则通过多次蒸发和冷凝，各组分逐次贫化，最后得到高纯度的重组分产品。
精馏操作的关键在于控制加热温度、冷凝温度和操作压力等条件，使各组分得到充分的分离和纯化。
同时，还需考虑设备的效率、能耗、稳定性等方面的问题。
精馏操作在石油、化工、轻工等领域得到广泛应用，是工业上实现液体混合物分离的重要技术之一。
精馏的原理及过程
精馏的原理及过程
原理：空气的精馏是利用组成空气的各组分具有不同的挥发度，而在同一温度下各组分的蒸气压不同，将液态空气进行多次部分蒸发和部分冷凝，就能达到分离的目的。
过程：当处于冷凝温度的氧氮混合气接触并穿过比它温度低的液体时，气相与液相之间同时进行热质交换，于是气体要部分冷凝转变成液体并放出冷凝潜热，液体在吸收热量而部分蒸发。
在精馏塔中该过程是在筛板中完成的，由于氮氧的沸点不同，氮比氧易蒸发，氧比氮易冷凝。
当气体自下而上逐块通过塔板时，氮浓度不断增加，只要有足够的塔板数，在塔顶即可获得高纯度的氮气。
反之，当液体自上而下的在塔板内通过时，氧浓度不断增加，这样在塔底获得富氧液空。
空分制氮工艺流程
空气经过滤器吸入离心式压缩机，经三级压缩压力约为0.58Mpa后，进入预冷机组使空气温度降至4 –8℃，分离出大量的水分由汽水分离器排出，气体进入纯化器去除微水﹑二氧化碳﹑乙炔﹑碳氢化合物。
纯化后的洁净气体进入分馏塔经上下换热器与逆流的低温气体换热至约-170℃后进入精馏塔精馏，部分汽体上升至塔顶得到高纯度氮气，部分气体到塔底得到富氧。
塔顶氮气大部分经下上换热器换热至常温后经缓冲罐缓冲后送入生产线。
一小部分塔顶氮气经冷凝蒸发器冷凝成液态后回流至精馏塔与上升的气体精馏，还有少部分回流液经计量罐进入液氮储槽备用。
塔底的富氧液空经节流阀节流至冷凝蒸发器氮气，汽化后的富氧经下换热器参与换热后进入透平膨胀机制冷，为整个设备提供大部分冷量，膨胀后的富氧空气一小部分作为整个装置的密封气体充入冷箱，大部分经下上换热器换热后到纯化器做再生用气。
(化工原理)精馏原理
精馏的原理和过程
原理
基于物质的沸点不同，通过加热和冷凝的方法，将不同沸点的物 质分离出来。
过程
将液体混合物加热至沸腾，产生的蒸汽在冷凝器中冷凝，再通过 回流装置将冷凝液返回精馏塔中，重复进行加热和冷凝的过程， 直至达到分离目的。
操作温度应根据进料组成 和产品要求进行选择，以
实现最佳分离效果。
操作压力应根据进料组成 和产品要求进行选择，以
实现最佳分离效果。
操作条件的优化
实验法
通过实验方法测定不同操作条件下的分离效果，找 出最优的操作条件。
模拟法
利用计算机模拟软件对精馏过程进行模拟，通过优 化算法找出最优的操作条件。
经济分析法
石油化工原料的制备
通过精馏技术可以制备石油化 工原料，如乙烯、丙烯等，这 些原料是生产塑料、合成橡胶 等材料的重要基础。
精馏在其他领域的应用
01
02
03
食品工业
精馏技术可用于食品工业 中，如分离果汁中的果糖 和乙醇饮料中的酒精等。
制药工业
精馏技术可用于药品的生 产和提纯，如分离抗生素、 维生素等。
精馏的分类
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根据操作方式的不同，精馏可以分为连续精馏和间歇 精馏。
根据进料位置的不同，精馏可以分为侧线精馏、塔顶 精馏和塔底精馏。
根据操作压力的不同，精馏可以分为常压精馏、加压 精馏和减压精馏。
02
精馏塔的构造和工作原理
精馏塔的结构
塔体
进料板
塔板
溢流管
冷凝器
精馏塔的主要部分，用于 容纳待分离的液体混合物 和进行传热传质过程。
精馏操作
• 3、进料温度变化 进料温度降低 现象：塔底的轻组分会加多，而塔顶的产 品将更纯。 措施：要相应增加塔底的热负荷，减小塔 顶冷凝器的冷负荷。或者将进料位置上移。 进料温度升高， 现象：塔顶的重组分增加，塔底的产品较 纯。 措施：需要增大塔顶的冷凝负荷，降低塔 底的热负荷。或者将进料位置下移
• 4、进料组分变化 1、变重 现象：精馏段的负荷加重，重组分带到塔顶。 温度升高、塔压降低 措施：进料口往下改、加大回流比、加冷量 2、变轻 现象：提馏段的负荷加重，造成轻组分带到 塔底，温度降低、塔压升高 措施：进料口往上改、减小回流比、加热量
四氯乙烯 氟化氢 二氯三氟乙烷 1,2—二氯三氟乙烷 1—氯—1,2,2,2—四氟乙烷 1—氯—1,1,2,2四氟乙烷 五氟乙烷 三氟氯乙烷 1,1,1,2—四氟乙烷 1,1,2,2—四氟乙烷 五氟氯乙烷 六氟乙烷 三氟乙烷 氯化氢
1110 / 123 123a 124 124 a 125 133a 134a 134 115 116 143a /
136.48
-12.00 -10.22
120.03 118.58 102.00
-48.50 6.89 -26.50 -19.72
154.48 138.01 84.04 36.47
-38.7 -78.50 -47.61 -83.70
• 3、回流比
• 回流比是精馏段内液体回流与采出液量之 比。回流比大，分离效果好，产品质量高， 回流比过大，生产能力下降，能耗增加， 回流比对精馏操作影响很大，直接关系到 塔内物料浓度的改变和温度的分布，最终 反映在它的分离效率上。
• 4、压力降
• 塔压力降是衡量塔内气体负荷大小的主要 因素。在进料、出料保持平衡，回流比不 变的情况下，塔压差基本是不变的。当正 常的物料平衡遭到破坏，或塔内温度、压 力改变时，都会造成塔内上升蒸汽流速的 改变，塔液位的改变，引起塔压差的变化。 • PDI
精馏原理和流程
1－4精馏原理和流程1．掌握的内容：精馏分离过程原理及分析2．重点：精馏原理、精馏装置作用3．难点：精馏原理，部分气化和部分冷凝在实际精馏操作中有机结合的过程。
1.4.1 精馏原理精馏原理是根据图1-7所示的t-x-y图，在一定的压力下，通过多次部分气化和多次部分冷凝使混合液得以分离，以分别获得接近纯态的组分。
理论上多次部分气化在液相中可获得高纯度的难挥发组分，多次部分冷凝在气相中可获得高纯度的易挥发组分，但因产生大量中间组分而使产品量极少，且设备庞大。
工业生产中的精馏过程是在精馏塔中将部分气化过程和部分冷凝过程有机结合而实现操作的。
1.4.2 精馏装置流程一、精馏装置流程典型的精馏设备是连续精馏装置，包括精馏塔、冷凝器、再沸器等，如图1-8所示。
用于精馏的塔设备有两种，即板式塔和填料塔，但常采用的是板式塔。
连续精馏操作中，原料液连续送入精馏塔内，同时从塔顶和塔底连续得到产品（馏出液、釜残液），所以是一种定态操作过程。
二、精馏装置的作用精馏塔以加料板为界分为两段，精馏段和提馏段。
1．精馏段的作用加料板以上的塔段为精馏段，其作用是逐板增浓上升气相中易挥发组分的浓度。
2．提馏段的作用包括加料板在内的以下塔板为提馏段，其作用逐板提取下降的液相中易挥发组分。
3．塔板的作用塔板是供气液两相进行传质和传热的场所。
每一块塔板上气液两相进行双向传质，只要有足够的塔板数，就可以将混合液分离成两个较纯净的组分。
4．再沸器的作用其作用是提供一定流量的上升蒸气流。
5．冷凝器的作用其作用是提供塔顶液相产品并保证有适当的液相回流。
回流主要补充塔板上易挥发组分的浓度，是精馏连续定态进行的必要条件。
精馏是一种利用回流使混合液得到高纯度分离的蒸馏方法。
1－5两组分连续精馏的计算1．掌握的内容：(1)精馏塔物料衡算的应用。
(2)操作线方程和q线方程及其在x-y图上的作法和应用。
(3)理论板和实际板数的确定（逐板计算法和图解法）、塔高和塔径的计算。
精馏原理与精馏塔基本知识
精馏工艺操作基本知识1、何为相和相平衡？相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间往往有一个相界面，把不同的相分别开。
系统中相数的多少与物质的数量无关。
如水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相。
一般情况下，物料在精馏塔内是气、液两相。
在一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个或两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。
平衡时，物质还是在不停地运动，但是，各个相的量和各组分在各项的浓度不随时间变化，当条件改变时，将建立起新的相平衡，因此相平衡是运动的、相对的，而不是静止的、绝对的。
比如：在精馏系统中，精馏塔板上温度较高的气体和温度较低的液体相互接触时，要进行传热、传质，其结果是气体部分冷凝，形成的液相中高沸点组分的浓度不断增加。
塔板上的液体部分气化，形成的气相中低沸点组分的浓度不断增加。
但是这个传热、传质过程并不是无止境的，当气液两相达到平衡时，其各组分的两相的组成就不再随时间变化了。
2、何为饱和蒸汽压？在一定的温度下，与同种物质的液态（或固态）处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度的升高而增加。
众所周知，放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。
如果把纯水放在一个密闭容器里，并抽走上方的空气，当水不断蒸发时，水面上方气相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。
但是，当温度一定时，气相压力最中将稳定在一个固定的数值上，这时的压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压。
应当注意的是，当气相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值是，液相的水分子仍然不断地气化，气相中的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，气体和液体达到平衡状态。
所以，液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压时，气液两相即达到了相平衡。
3、何为精馏，精馏的原理是什么？把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。
普通精馏总结
普通精馏总结简介普通精馏是一种常用的分离纯化方法，通过利用不同物质的沸点差异，将混合物分离为不同组分。
本文将对普通精馏的原理、操作步骤、应用领域等进行总结。
原理普通精馏是基于液体蒸馏原理进行的一种分离纯化方法。
在普通精馏中，混合物被加热至沸点后蒸发，蒸汽进入冷凝器，通过冷凝器中的冷却剂冷凝成液体，从而分离出不同的组分。
普通精馏的基本原理是根据不同物质的沸点差异，使沸点较低的物质首先蒸发，并通过冷凝转化成液体，而沸点较高的物质则保持在容器中。
通过控制温度和压力，可以选择性地分离出所需的组分。
操作步骤1.准备实验设备：普通精馏设备通常由加热设备、冷凝器、接收容器等组成。
确保设备清洁，并检查各部件是否完好。
2.设置设备：将冷凝器连接到加热设备上，并将接收容器放置在冷凝器下方。
3.加入混合物：将待分离的混合物加入精馏设备中，确保液体高度不超过设备容器的三分之一。
4.开始加热：逐渐升高加热设备的温度，使混合物开始蒸发。
注意控制加热速度，避免溢出或过热。
5.冷凝蒸汽：蒸发的混合物通过冷凝器，冷凝成液体，并滴入接收容器中。
冷凝器中的冷却剂起到降低蒸汽温度的作用。
6.收集组分：根据需要，定期更换接收容器，并记录每次更换时的时间和温度。
7.分离目标组分：通过控制加热温度和冷却速度，可以选择性地分离出目标组分。
可以根据沸点差异调整温度和操作时间。
8.结束操作：当分离出目标组分后，关闭加热设备，等待设备冷却后进行清洁。
应用领域普通精馏是一种常用的化学分离方法，在众多领域都有广泛的应用。
以下是一些普通精馏应用的例子：1.石油精制：石油中含有多种不同的碳氢化合物，通过普通精馏可以将石油分离为汽油、柴油、润滑油等不同组分。
2.酒精提纯：酒精由水和乙醇等组分混合而成，通过普通精馏可以将酒精纯化为高纯度乙醇。
3.化学实验室中的有机合成：有机化合物制备中常常需要分离纯化产物，普通精馏可以实现对有机溶剂的分离。
4.饮用水净化：通过普通精馏可以去除饮用水中的杂质和有害物质，提供纯净水源。
精馏分离的方法及原理
精馏分离的方法及原理精馏是一种常用的分离、纯化液体混合物的方法，其基本原理是根据混合物中各组分的沸点差异，利用蒸馏和冷凝的过程将混合物分解成不同沸点的组分，实现组分的分离。
精馏分离可以广泛应用于化学、石油、食品等工业领域。
1.塔板精馏法：塔板精馏是将混合物加热蒸发后，通过塔板将蒸汽与液体分离，进而进行组分分离的方法。
它的原理是利用塔板在塔内建立多个汽液接触面，使得混合物中的易挥发组分沿塔板上升，并在顶部冷凝器中凝结，形成精馏产物；而不易挥发组分则沿塔板下降，直至收集器中。
2.填料塔精馏法：填料塔精馏是将填充物（如网状塔板、珠状填料、环状填料等）填满在塔内，通过填料的大表面积，增加液体与气体之间的接触面积，从而提高分离效果的方法。
原理是混合物进入填料塔后，气体组分在填料中上升，与液体相接触并吸收液体中挥发性组分，从而实现组分的分离。
3.连续精馏法：连续精馏是指在一个装置内实现连续分离液体混合物的方法。
其原理是将进料液体在蒸发器中加热蒸发，蒸气经过冷凝器冷凝为液体，部分液体回流至蒸发器，形成循环。
经过多次循环，逐渐将易挥发组分与不易挥发组分分离开。
4.批量精馏法：批量精馏是指将混合液体一次性加热至沸腾，通过一次的蒸发冷凝过程实现组分的分离的方法。
其原理是将混合物加热至其中一种组分的沸点，使其蒸发成为蒸气，然后将蒸汽冷凝成液体，达到分离不同组分的目的。
总结来说，精馏分离的方法都是基于混合物中各组分的沸点差异，通过加热蒸发和冷凝的过程，将易挥发组分从不易挥发组分中分离出来。
塔板精馏和填料塔精馏利用塔板和填料将混合物分解成不同沸点的组分，连续精馏利用循环提高分离效果，而批量精馏则一次性将混合物加热至沸点实现分离。
这些方法在实际应用中根据不同的混合物性质和要求选择使用，可以实现高效、纯度较高的组分分离。
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塔底产品热量＋塔顶冷凝器冷却热量＋热量损失 进料、冷剂、加热剂的控制
物料平衡影响因素：进料流量 进料组成 塔顶，塔底产品采出量及组
能量平衡影响因素：进料温度 再沸器加热量 冷凝器冷却量 环境温度
全塔物料平衡
F LR Vs VR LS
F，ZF
Vs y k Ls x k-1
进料为液相，且为泡点，则：
↑
↓k
VS VR , LS LR F
进料为气相，且为露点，则：
VR Vs F , LR LS
Ls
物料平衡示意图
D，XD
B,xB
（2）精馏段的物料平衡
对于冷凝器：
D VR LR
任意塔板j：
连续精馏塔流程的典型图。
1－精馏塔 2－再沸器 3－冷凝器 4－观察罩 5－馏出液贮罐 6－高位槽 7－预热器 8－残液贮罐
三组分精馏典型流程图。
三、精馏塔分类
板式塔 筛板塔、泡罩塔、浮阀塔 穿流塔、浮喷塔、浮舌塔
填料塔 增加气液两相的接触面积 乱堆填料，规整填料
我厂酚塔内部结构
图例显示
槽盘式液体分布器
塔顶－塔底形成下高上低的温度梯度分布 梯度越大，则传质传热的过程越充分，分离效果越好
泡点：一定系统压力和液相组成下，液体混合物出现第一个 气泡时的温度称为泡点.
露点：一定系统压力和液相组成下，液体混合物加热汽化全 部变成饱和气相的温度称为露点。
二异丙基醚——粗酚气 液平衡温度/浓度曲线
在图1中。曲线1表示在一定压力下，溶液的浓度与泡点的关 系，称为液相线，线上每一点均代表饱和液体；曲线2表示溶 液浓度与露点的关系，称为气相线，线上每一点均代表饱和 蒸汽。液相线以下的区域是液相区；气相线以上，溶液全部 汽化，称为过热蒸汽区；两线之间为汽、液两相共存区。
对于二元精馏Байду номын сангаас F为进料流量（kmol/h）; D为塔顶馏出液 采出量（kmol/h）;B为塔底釡液采出量（kmol/h）
ZF，xD，xB分别表示进料、馏出液、釡液中轻组分的摩尔
分率。 解得：
F DB
FZ F Dx D BxB
xD
F D
Z F
xB
xB
D F
ZF xD
xB xB
或
xB
xD
F B
但都确保了分离效率或提高了10%
以上。
四、精馏操作要点
在保证产品质量合格的前提下，回收率最高，能耗最低 或总收益最大，或总成本最低
1、质量指标－产品的纯度： 二元组分精馏：通常只能控制其中的关键组分的浓度
轻关键组分：挥发度较大而由塔顶镏出的关键组分 重关键组分：挥发度较小而由塔底镏出的关键组分
2、保证平稳操作 物料平衡：塔顶产品和塔底产品流量之和应等于进料量，塔
4、抗堵性能强 5、具有消泡性能 6、操作弹性大 7、液体提升量大 8、板面液面梯度影响小
塔板效率高
由于塔板空间利用率提高到40-60%，气液接触 充分，液相返混小，提高了塔板的传质效率。与 浮 阀塔板相比，在低负荷时高出10%，在高负荷时，高 出40%。
在已改造的塔中，
大多将塔的处理量提高80-100%，
VR y j1 LR x j DxD
精馏段操 作线方程
y j1
LR VR
xj
D
VR
xD
R R 1 xj
xD
ZF
B F
xD xD
ZF xB
表明：xD与xB之间的关系受F/D（或F/B）、ZF的影响。 进料在产品中的分配比一定，则顶、底两产品中轻组分
组成关系一定。xD↑则xB↓，反之， xB ↑， xD ↓。
例： ZF=0.5 要求xD＝0.95, xB=0.05
D 0.5 0.05 0.50 F 0.95 0.05
立体传质塔板CTST的结构特点
分离板
喷射罩
Φ1200 端板
喷射板
底隙
CTST喷射工况： ①在塔板空间，液体以滴状
存在，液相为分散相，气 体为连续相；
②气液接触空间大，塔板空 间利用率可达40-60%。
立体传质塔板 CTST主要性能
★ 主要性能
1、通量大 2、效率高 3、板压降低
★ CTST的特殊性能
节能与经济性
回收率：
Ri
组分i的产品流量 进料中组分 i的流量
100％
其中i为轻组分，及挥发度较高的组分。 能耗－产品纯度－回收率的关系
能耗不变时，产品纯度↑，回收率↓ 保证产品纯度时，能耗↑，回收率↑，但回收率增加到一定程 度时，提高的就不明显了。 保证产品纯度的前提下，权衡回收率与能耗，选择最佳的回 收率与能耗搭配，使得产量尽量多些，能耗尽量少些。
一、引言
精馏过程是一个复杂的传质传热过程，表现过 程变量多，被控变量多，可操纵的变量也多和 机理复杂” 作为化工生产中应用最广的分离 过程，精馏也是耗能较大的一种化工单元操作。
二、精馏原理
精馏操作迫使混合物的气、液两相在精馏塔体中作逆向流动，在互相接触过 程中，液相中的轻组分逐渐转入气相，而气相中的重组分则逐渐进入液相。 精馏过程本质上是一种传质过程，也伴随着传热。在恒定压力下，对单组分 液体在沸腾时继续加热，其温度保持不变。但对于多组分的理想溶液来说， 在恒定压力下，沸腾溶液的温度却是可变的。一般而言，在恒定压力下，溶 液气液相平衡与其组分有关。高沸点组分的浓度越高，溶液平衡温度越高。 与纯物质的气液平衡相比较，溶液气液平衡的一个特点是：在平衡态下，气 相浓度与液相浓度是不相同的。一般情况下，气相中的低沸点组分的浓度高 于它在液相中的数值.对于纯组分的气液相平衡，把恒定压力下的平衡温度 称为该压力下的沸点或冷凝点。但对于处在相平衡的溶液，则把平衡温度称 为在该压力下某气相浓度的露点温度或对应的液相浓度的泡点温度。对于同 一气相和液相来说，露点温度与泡点一般是不相等的，前者比后者高 。以 苯与甲苯混合液为例，若以温度为纵坐标，液相或气相中苯的浓度为横坐标， 将苯一甲苯气液相平衡数据绘成曲线，可得如图1所示的温度一浓度曲线图。
ZF变到0.4 时
xD
F D
Z F
0
0.8
此时必须减小D才能够达到质量要
求
（1）进料板物料平衡 提馏段各板：
V
Vs , L LS
精馏段在回流液的温度为沸点的情况下VR
各板：
V VR , L LR
F↓ ↓LR ↑VR
从而进料板物料平衡：
↓LS ↑VS
↑ ↓j VR y j+1 LR xj