精馏操作原理及技术.doc

精馏操作原理及技术知识目标: ●了解精馏操作分类、各种类型的塔板的特点、性能及板式塔设计原则●理解板式塔的流体力学性能对精馏操作的影响●掌握精馏原理及双组分连续精馏塔计算能力目标: ●能正确选择精馏操作的条件,对精馏过程进行正确的调节控制●能进行精馏塔的开、停车操作和事故分析化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是混合物,而且大部分是均相物系。为进一步加工和使用,常需要将这些混合物分离为较纯净或几乎纯态的物质。精馏是分离均相液体混合物的重要方法之一, 属于气液相间的相际传质过程。在化工生产中, 尤其在石油化工、有机化工、高分子化工、精细化工、医药、食品等领域更是广泛应用。第一节精馏塔的结构及应用一、精馏塔的分类及工业应用完成精馏的塔设备称为精馏塔。塔设备为气液两相提供充分的接触时间、面积和空间,以达到理想的分离效果。根据塔内气液接触部件的结构型式,可将塔设备分为两大类:板式塔和填料塔。板式塔:塔内沿塔高装有若干层塔板,相邻两板有一定的间隔距离。塔内气、液两相在塔板上互相接触,进行传热和传质,属于逐级接触式塔设备。本章重点介绍板式塔。填料塔: 塔内装有填料,气液两相在被润湿的填料表面进行传热和传质,属于连续接触式塔设备。二、板式塔的结构类型及性能评价(一)板式塔的结构板式塔结构如图 3-1 所示。它是由圆柱形壳体、塔板、气体和液体进、出口等部件组成的。操作时,塔内液体依靠重力作用,自上而下流经各层塔板,并在每层塔板上保持一定的液层,最后由塔图 3-1 板式塔结构 1-塔体; 2-塔板; 3-溢流堰; 4-受液盘; 5-降液管底排出。气体则在压力差的推动下,自下而上穿过各层塔板上的液层,在液层中气液两相密切而充分的接触,进行传质传热,最后由塔顶排出。在塔中,使两相呈逆流流动,以提供最大的传质推动力。塔板是板式塔的核心构件,其功能是提供气、液两相保持充分接触的场所,使之能在良好的条件下进行传质和传热过程。(二)塔板的类型塔板有错、逆流两种,见表 3-1 。表 3-1 塔板的分类分类结构特点应用错流塔板塔板间设有降液管。液体横向流过塔板,气体经过塔板上的孔道上升,在塔板上气、液两相呈错流接触,如图 3-2 (a)所示。适当安排降液管位置和溢流堰高度,可以控制板上液层厚度,从而获得较高的传质效率。但是降液管约占塔板面积的 20 %,影响了塔的生产能力,而且,液体横过塔板时要克服各种阻力,引起液面落差,液面落差大时,能引起板上气体分布不均匀,降低分离效率。应用广泛。逆流塔板塔板间无降液管,气、液同时由板上孔道逆向穿流而过,如图 3-2 (b) 所示结构简单、板面利用充分,无液面落差,气体分布均匀,但需要较高的气速才能维持板上液层, 操作弹性小,效率低, 应用不及错流塔板广泛。图 3-2 塔板分类本章只介绍错流塔板。按照塔板上气液接触元件不同,可分为多种型式,见表 3-2 。表 3-2 塔板的类型分类结构特点泡罩塔板每层塔板上开有圆形孔,孔上焊有若干短管作为升气管。升气管高出液面,故板上液体不会从中漏下。升气管上盖有泡罩, 泡罩分圆形和条形两种,多数选用圆形泡罩,其尺寸一般为Φ 80 mm , 100 mm , 150mm 三种直径, 其下部周边开有许多优点:低气速下操作不会发生严重漏液现象,有较好的操作弹性;塔板不易堵塞,对于各种物料的适应性强。缺点:塔板结构复杂,金属耗量大,造价高;板上液层厚,气体流径曲折,塔板压降大,生产能力及板效率低。齿缝,如图 3-3近年来已很少应用。筛板在塔板上开有许多均匀分布的筛孔,其结构如图 3-4 ,筛孔在塔板上作正三角形排列,孔径一般为 3~ 8 mm ,孔心距与孔径之比常在 ~ 范围内。板上设置溢流堰,以使板上维持一定深度的液层优点:结构简单,金属耗量小,造价低廉;气体压降小,板上液面落差也较小,其生产能力及板效率较高。缺点:操作弹性范围较窄,小孔筛板容易堵塞,不宜处理易结焦、粘度大的物料。近年来对大孔(直径 10mm 以上)筛板的研究和应用有所进展。浮阀塔板阀片可随气速变化而升降。阀片上装有限位的三条腿,插入阀孔后将阀腿底脚旋转 90° ,限制操作时阀片在板上升起的最大高度,使阀片不被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片。浮阀的类型很多,常用的有 F1 型、 V-4 型及T型等, 如图 3-5 所示优点:结构简单,制造方便,造价低。塔板的开孔面积大,生产能力大。操作弹性大。塔板效率高。缺点:不易处理易结焦、粘度大的物料;操作中有时会发生阀片脱落或卡死等现象,使塔板效率和操作弹性下降。应用广泛。喷射型结板舌形塔板在塔板上开出许多舌型孔,向塔板液流出口处张开, 张角 20° 左右。舌片与板面成一定的角度,按一定规律排布,塔板出口不设溢流堰,降液管面积也比一般塔板大些,如图