精馏塔工作原理

• 精馏操作按不同方法进行分类。根据操作 方式，可分为连续精馏和间歇精馏；根据 混合物的组分数，可分为二元精馏和多元 精馏；根据是否在混合物中加入影响汽液 平衡的添加剂，可分为普通精馏和特殊精 馏（包括萃取精馏、恒沸精馏和加盐精 馏）。若精馏过程伴有化学反应，则称为 反应精馏。 双组分混合液的分离是最简单的精馏操作。 典型的精馏设备是连续精馏装置（图1）， 包括精馏塔、再沸器、冷凝器等。精馏塔 供汽液两相接触进行相际传质，位于塔顶 的冷凝器使蒸气得到部分冷凝,部分凝液 作为回流液返回塔顶,其余馏出液是塔顶 产品。位于塔底的再沸器使液体部分汽化， 蒸气沿塔上升，余下的液体作为
• 较完全地分离，生产出所需纯度的两种产 品。 • 十一、间歇精馏 • 间歇精馏过程的特点 • 当混合液的分离要求较高而料液品种或组 成经常变化时，采用间歇精馏的操作方式 比较灵活机动。从精馏装置看，间歇精馏 与连续精馏大致相同。作间歇精馏时，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。由此 不难理解，间歇精馏过程具有如下特点。 • ① 间歇精馏为非定态过程。在精馏过程中， 釜液组成不断降低。若在操作时保持回流 比不变，则馏出液组成将随之下降；反之，板又称塔盘，是板式塔中气液两相接触传质的 部位，决定塔的操作性能，通常主要由以下三部 分组成： • ① 气体通道 为保证气液两相充分接触，塔板 上均匀地开有一定数量的通道供气体自下而上穿 过板上的液层。气体通道的形式很多，它对塔板 性能有决定性影响，也是区别塔板类型的主要标 志。筛板塔塔板的气体通道最简单，只是在塔板 上均匀地开设许多小孔（通称筛孔）,气体穿过 筛孔上升并分散到液层中（图2）。泡罩塔塔板 的气体通道最复杂，它是在塔板上开有若干较大 的圆孔，孔上接有升气管，升气管上覆盖分散气 体的泡罩（图3）。浮阀塔塔板则直接在圆孔上 盖以可浮动的阀片,根据气体的流量,阀片自行调 节开度（图4）。
• 板式塔操作特性 • 各种塔板只有在一定的气液流量范围内操作，才 能保证气液两相有效接触，从而得到较好的传质 效果。可用塔板负荷性能图(图5)来表示塔板正 常操作时气液流量的范围，图中的几条边线所表 示的气液流量限度为：①漏液线。气体流量低于 此限时，液体经开孔大量泄漏。②过量雾沫夹带 线。气体流量高于此限时，雾沫夹带量超过允许 值，会使板效率显著下降。③液流下限线。若液 体流量过小，则溢流堰上的液层高度不足，会影 响液流的均匀分布，致使板效率降低。④液流上 限线。液体流量太大时，液体在降液管内停留时 间过短,液相夹带的气泡来不及分离,会造成气相 返混，板效率降低。⑤液泛线。气液流量超过此 线时，引起降液管液泛，使塔的正常操作受到破
• ② 溢流堰 为保证气液两相在塔板上形成足够 的相际传质表面,塔板上须保持一定深度的液层， 为此,在塔板的出口端设置溢流堰。塔板上液层 高度在很大程度上由堰高决定。对于大型塔板， 为保证液流均布，还在塔板的进口端设置进口堰。 • ③ 降液管 液体自上层塔板流至下层塔板的通 道，也是气（汽）体与液体分离的部位。为此， 降液管中必须有足够的空间，让液体有所需的停 留时间。此外，还有一类无溢流塔板，塔板上不 设降液管，仅是块均匀开设筛孔或缝隙的圆形筛 板。操作时，板上液体随机地经某些筛孔流下， 而气体则穿过另一些筛孔上升。无溢流塔板虽然 结构简单，造价低廉，板面利用率高，但操作弹 性太小，板效率较低，故应用不广。
• 七、级效率 • 级效率又称塔板效率。板式塔中气 液两相在塔板上的传质接近达到热力学 平衡的程度。板式塔为达到所需的气液 两相传质分离要求，可由多级计算来确 定。气液两相达到传质热力学平衡时的 塔板数，这种塔板数称为理论板数。实 际塔板上的气液两相传质与理论板的有 偏差，理论塔板数与实际塔板数之比， 即为塔板效率。它的值总是小于1。级效 率有全塔效率、板效率和点效率等几种 不同表示法。影响级效率的主要因素为 物料的组成和物性，气液两相的流速和 流动状态，以及塔板的结构等。
• 此时，各组分在汽、液相间从汽相向液相和从 液相向汽相的传质速度相等，传质的净速度为 零；表现在宏观上即为混合物（或单组分物质） 在液相或汽相中其各组分的浓度恒定不变，达 到汽液平衡。改变系统的温度、压力或组成条 件，系统就会达到新的汽液平衡。气液两相接 触，气体溶解在液体中，造成一定的溶解度； 溶于液体中的气体，作为溶质，必然产生一定 的分压。当溶质产生的分压和气相中该气体的 分压相等时，达到气液平衡。相平衡的建立， 标志着传质达到极限，吸收过程也就停止。它 是控制吸收系统操作的一个重要因素。对于大 多数气体的稀溶液，气液间的平衡关系可用亨 利定律表示。
• (1)用于精馏时，填料直径：d=25mm时， HETP为0.46m；d=38mm时，HETP为0.66m； d=50mm时，HETP为0.9m。 • (2)用于吸收时，HETP为1.5～1.8m。 • (3)用于小塔[塔径<0.6m]时，HETP等于塔 径。(4)用于真空操作时，HETP在上述数 据加0.1。 • 九、精馏 • 一种利用回流使液体混合物得到高纯度分 离的蒸馏方法，是工业上应用最广的液体 混合物分离操作，广泛用于石油、化工、 轻工、食品、冶金等部门。
• 馏过程中应不断加大回流比。为达到预定 的要求，实际操作可以灵活多样。例如， 在操作初期可逐步加大回流比以维持馏出 液组成大致恒定；但回流比过大，在经济 上并不合理。故在操作后期可保持回流比 不变，若所得的馏出液不符合要求，可将 此部分产物并入下一批原料再次精馏。 • 此外，由于过程的非定态性，塔身积存的 液体量（持液量）的多少将对精馏过程及 产品的数量有影响。为尽量减少持液量， 间歇精馏往往采用填料塔。 • ② 间歇精馏时全塔均为精馏段，没有提馏 段。因此，获得同样的塔顶、塔底组成的 产品，间歇精馏的能耗必大于连续精馏。 • 间歇精馏的设计计算方法，首先是选择基 准状态（一般以操作的始态或终态）作设
• 计计算，求出塔板数。然后按给定的塔 板数，用操作型计算的方法，求取精馏 中途其他状态下的回流比或产品组成。
第二章 精馏塔的分类 以及工作原理
• 一、板式塔 • 板式塔是一类用于气液或液液系统的分级接 触传质设备，由圆筒形塔体和按一定间距水平装 置在塔内的若干塔板组成。广泛应用于精馏和吸 收，有些类型（如筛板塔）也用于萃取，还可作 为反应器用于气液相反应过程。操作时（以气液 系统为例），液体在重力作用下，自上而下依次 流过各层塔板，至塔底排出；气体在压力差推动 下，自下而上依次穿过各层塔板，至塔顶排出。 每块塔板上保持着一定深度的液层，气体通过塔 板分散到液层中去，进行相际接触传质。
塔底产品。进料加在塔的中部,进料中的 液体和上塔段来的液体一起沿塔下降，进 料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上 升。在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触， 进行相际传质。液相中的易挥发组分进入 汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。对 不形成恒沸物的物系，只要设计和操作得 当，馏出液将是高纯度的易挥发组分，塔 底产物将是高纯度的难挥发组分。进料口 以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进 一步提浓，称为精馏段；进料口以下的塔 段，从下降液体中提取易挥发组分，称为 提馏段。两段操作的结合，使液体混合物 中的两个组分较完全地分离，生产出所需 纯度的两种产品。当使n组分混合液较完 全地分离而取得n个高纯度单组分产品时，
• 位于塔底的再沸器使液体部分汽化，蒸气 沿塔上升，余下的液体作为塔底产品。进 料加在塔的中部,进料中的液体和上塔段 来的液体一起沿塔下降,进料中的蒸气和 下塔段来的蒸气一起沿塔上升。在整个精 馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传 质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相 中的难挥发组分转入液相。对不形成恒沸 物的物系，只要设计和操作得当，馏出液 将是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是 高纯度的难挥发组分。进料口以上的塔段， 把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称 为精馏段；进料口以下的塔段，从下降液 体中提取易挥发组分,称为提馏段。两段 操作的结合,使液体混合物中的两个组分
须有n-1个塔。 精馏之所以能使液体混合物得到较完 全的分离，关键在于回流的应用。回流包 括塔顶高浓度易挥发组分液体和塔底高浓 度难挥发组分蒸气两者返回塔中。汽液回 流形成了逆流接触的汽液两相，从而在塔 的两端分别得到相当纯净的单组分产品。 塔顶回流入塔的液体量与塔顶产品量之比， 称为回流比，它是精馏操作的一个重要控 制参数，它的变化影响精馏操作的分离效 果和能耗。 • 十、连续精馏 • 连续精馏典型操作如：精馏塔供汽液 两相接触进行相际传质，位于塔顶的冷凝 器使蒸气得到部分冷凝,部分凝液作为回 流液返回塔顶,其余馏出液是塔顶产品。
• 二、挥发度 • 通常用来表示某种纯粹物质(液体或固体)在 一定温度下蒸气压的大小。具有较高蒸气压的物 质称做易挥发物；较低的称做难挥发物。 • 三、恒沸物 • 恒沸物，又称共沸物，是指两组分或多组分 的液体混合物。温度与恒沸组成的关系，在恒定 压力下沸腾时，其组分与沸点均保持不变。这实 际是表明，此时沸腾产生的蒸汽与液体本身有着 完全相同的组成。恒沸物是不可能通过常规的蒸 馏或分馏手段加以分离的。 • 以下为恒沸物与温度的关系图
• 八、等板高度 • 等板高度简称：HETP • HETP又称理论板当量高度。指填料层或喷 淋塔固体颗粒移动床的一段高度，其效果 与一层理论塔板或一理论级相等。等板高 度乘以分离所要求的理论板数即为所需的 填料总高，或喷淋塔、移动床的有效高。 等板高度的值愈小，则塔内这一段的传质 效果愈佳。 • 影响HETP的因素有：系统的物性、几何因 素及操作条件。在应用时宜采取最接近客 观情况的实测值。
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临界温度和临界压力下的状态称为临界状态。 常见各物质临界温度和临界压力表 气体名称 临界温度℃ 临界压力MPa 氢 －240 1.29 氧 －118.56 5.04 氮 －146.9 3.39 空气 －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
精馏塔工作原理 以及名词解释