空分精馏原理.doc

空分精馏原理由本分离工艺可确保得到高纯度的产品，同时还可得到较好的产量。空气精馏由氧气-氮气的气液相交换组成，液体与上升的O2-N2混合物逆流相遇。故而精馏塔板（例如，多孔塔盘）主要被用于该类交换。由于氮气的沸点较低，故而达到平衡时，直接位于液体混合物（液态空气）上方的蒸汽中的N2浓度比液体中的N2浓度较高。蒸汽和液体馏分分别经过精馏塔盘，力图在接触时通过交换氧气和氮气来维持平衡：该过程同时还包括热交换（氧气的冷凝，氮气的汽化）。于是上升中的气体混合物的氮气浓度越来越高，下降液体中的氧浓度越来越高。二相混合物中上升的气相馏分与下降的液体馏分相接触时所发生的分离效果可由下列所述得以理解：假设上升中的、饱和了液体组分（O2 和N2）的气态空气在顶部的终端处（例如，通过冷凝器）被完全液化，然后流回至筛盘且组成未发生变化。根据上图，A点处的少量蒸汽比具有相同组成的B点处的沸腾液体的温度高。后续的平衡将导致产生介于温度T1和 T2之间的温度T3，它们位于同一条垂直线上。但是在该温度T3处，仅是液体E中的氧气含量高于B处的氧气含量，D处蒸汽的氧气含量低于先前的氧气含量，达到平衡。于是，氧气在向下流的液体中富集，氮气在上升的蒸汽中富集。最终，液体以纯氧气的形式达到冷凝器，同时主要含有的是氮气的气体在塔顶部逃逸。沸腾的氧气氮气混合物的平衡图 1kg / cm = 0,0980665 Mpa 理论塔板气体的精馏分离需要一系列的精馏塔板，使得上升的蒸汽与下流的液体能在塔板上进行传热传质。- 从某块塔板上溢流下来的液体与塔板上的液体组份相同 ；- 上升的蒸汽V0 通过筛孔 进入塔板并与从上一块塔板溢流下来的液体L2 ；在传质传热过程中，上升的蒸汽V0有一部分冷凝，塔板上的液体有一部分蒸发，最终，上升的蒸汽V1与塔板上的液体L1达到平衡，蒸汽中的易挥发组分含量逐渐高于L1中的易挥发组分 ；- 当塔板上热质传递连续进行时，物料也同时不断得以平衡，这样就能获得一定流量，一定组份的液体L2。实际塔板 在同一块实际塔板上，蒸汽V1和液体L1之间并不平衡，其原因如下 ：- 沿整块塔板分布的液位高度不等，引起偏流 ；- 沿整块塔板分布的组份不同，塔板入口处的回流液中易挥发组份浓度较高 ；- 气液之间的接触时间不完全均等。 实际的塔板特性可以用效率表示 ，该效率定义如下 ：理论塔板数 / 实际塔板数（能达到与理论塔板数相同分离效果的实际塔板数量）塔板的操作限制塔板上的液面高度等于以下两个高度之和 : h1：由于塔板结构而形成液面高 度; h2：使液体足以漫过溢流堰的液位高度，该高度取决于塔内回流液流量，如果回流量太大，回流液体会上涨至上一块塔板而发生液悬。在正常工况下穿过筛孔的气流，其动力应与液面高度产生的静压力相平衡。且该平衡只 能在一定的条件下才能实现。- 如果气流速度过大，液体会被吹飞，塔板上气液接触的时间太短，还会引起雾沫夹带。- 如果气体流速太小，液体则从筛孔中渗透下来，引起漏液。 所以，气体流速只有保持在一定的范围内，才能有良好的分离效果。精馏塔的作用原理精馏塔系一个装有一系列塔板的塔形容器，气流依次通过这些塔板向上升，液体依次向 下回流。空气气流从精馏塔下部进入塔内，穿过塔板上升到塔顶，部分气体被抽出塔外，剩下部分冷凝下来，并以液态形式返回塔底 （这部分液体称为回流液）。回流的液体和上升的气流，使精馏工况得以进行，沿塔板上升的气流中所含的易挥发气体组分（氮）浓度越来越高，与此同时沿塔板下降的液体中不易挥发的气体组分 (氧) 浓度越来越高。V0V1L1L2产品纯度 利用一些接近于氧氮实际分离状况的简化模 式，可以得到下列关系 ：V0V1， L2L1故而有：- 穿过筛板的气体流量是恒定的，等于塔的空气流量 ；- 塔顶冷凝的液体量等于空气流量减去从顶部抽走的气量。 塔顶的氮纯度取决