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精馏理论知识1、何为相和相平衡? 答: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？ 答：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？ 答：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。 为什么把液体混合物进行多次部分汽化同时又多次部分冷凝，就能分离为纯或比较纯的组分呢？对于一次汽化，冷凝来说，由于液体混合物中所含的组分的沸点不同，当其在一定温度下部分汽化时，因低沸点物易于气化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的浓度较气相高。这就改变了气液两相的组成。当对部分汽化所得蒸汽进行部分冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而为冷凝气中低沸点物的浓度比冷凝液中要高。这样经过一次部分汽化和部分冷凝，使混合液通过各组分浓度的改变得到了初步分离。如果多次的这样进行下去，将最终在液相中留下的基本上是高沸点的组分，在气相中留下的基本上是低沸点的组分。由此可见，多次部分汽化和多次部分冷凝同时进行，就可以将混合物分离为纯或比较纯的组分。 液体气化要吸收热量，气体冷凝要放出热量。为了合理的利用热量，我们可以把气体冷凝时放出的热量供给液体气化时使用，也就是使气液两相直接接触，在传热同时进行传质。为了满足这一要求，在实践中，这种多次部分汽化伴随多次部分冷凝的过程是逆流作用的板式设备中进行的。所谓逆流，就是因液体受热而产生的温度较高的气体，自下而上地同塔顶因冷凝而产生的温度较低的回流液体（富含低沸点组分）作逆向流动。塔内所发生的传热传质过程如下1）气液两相进行热的交换，利用部分汽化所得气体混合物中的热来加热部分冷凝所得的液体混合物；2）气液两相在热交换的同时进行质的交换。温度较低的液体混合物被温度较高的气体混合物加热二部分汽化。此时，因挥发能力的差异（低沸点物挥发能力强，高沸点物挥发能力差），低沸点物比高沸点物挥发多，结果表现为低沸点组分从液相转为气相，气相中易挥发组分增浓；同理，温度较高的气相混合物，因加热了温度较低的液体混合物，而使自己部分冷凝，同样因为挥发能力的差异，使高沸点组分从气相转为液相，液相中难挥发组分增浓。 精馏塔是由若干塔板组成的，塔的最上部称为塔顶，塔的最下部称为塔釜。塔内的一块塔盘只进行一次部分汽化和部分冷凝，塔盘数愈多，部分汽化和部分冷凝的次数愈多，分离效果愈好。 通过整个精馏过程，最终由塔顶得到高纯度的易挥发组分，塔釜得到的基本上是难挥发的组分。4、什么是露点？答：把气体混合物在压力不变的条件下降温冷却，当冷却到某一温度时，产生的第一个微小的液滴，此温度叫做该混合物在指定压力下的露点温度，简称露点。处于露点温度下的气体称为饱和气体。从精馏塔顶蒸出的气体温度，就是处在露点温度下。值得注意的是：第一个野地不是纯组分，塔时露点温度下与气相平衡的液相，其组成有相平衡关系决定。由此可见，不同组成的气体混合物，塔的露点是不同的。5、什么是泡点？答：液体混合物在一定压力下加热到某一温度时，液体中出现的第一个很小的气泡，即刚开始沸腾时的温度叫该液体在指定压力下的泡点温度，简称泡点。处于泡点温度下的液体称为饱和液体，即精馏塔的釜温温度。应该说明，这第一个很小的气泡，也不是纯组分，它的组成也是有相平衡关系决定的。6、什么是沸点？答：当纯液体物质的饱和蒸汽压等于外压时，液体就会沸腾，此时的温度叫做该液体在指定压力下的沸点。纯物质的沸点是随外界压力的变化而改变的。当外界压力增大时，沸点升高，外界压力降低时，沸点降低。对于纯物质来说，在一定压力下，泡点、露点、沸点均为一个数值。7什么是潜热？答：单位重量的纯物质在相变（在没有化学反应的条件下，物质发生了相态的改变，称相变。如水结成冰或水汽化成水蒸气等成为相变过程。）过程吸收或放出的热叫潜热。如1公斤水由液态受热变成水蒸气的过程中所吸收的热叫水的汽化潜热，常用单位为千卡/公斤。值得注意的是，在相变时温度和压力都是不变的，否则不能称之为潜热。因此，在说潜热数值时，要说明在什么温度什么压力下，进行何种相变过程。如1公斤水在760毫米汞柱压力，100摄氏度下汽化，汽化潜热为539.6千卡。相反，在此条件下，水蒸汽冷凝释放出来的热，称为冷凝潜热，数值与上相等。混合物的潜热可以实测或计算，其数值的大小除了和组分的性质有关外，还和组分的含量有关，不是一个固定的数值。8、什么是回流比答：在精馏过程中，混合液加热后所产生的蒸汽由塔顶蒸出，进入塔顶冷凝器。蒸汽在此冷凝（或部分冷凝）成液体，将其一部分冷凝液返回塔顶沿塔板下流，这部分液体叫做回流液；将另一部分冷凝液（或未凝蒸汽）从塔顶采出，作为产品。回流比就是回流液量与采出量的重量比，通常以通常以R来表示，即R=L/D式中R-回流比L-单位时间内塔顶回流液体量，公斤/小时。D-单位时间内塔顶采储量，公斤/小时。9、什么是最小回流比？答：在规定的分离精度要求下，即塔顶、塔釜采出的组成一定时，逐渐减少回流比，此时所谓的理论板数逐渐增加。当回流比减少到某一数值时，所需的理论板数增加至无数多，这个回流比的数值，成为完成该项预定分离任务的最小回流比。通常操作时的实际回流比取为最小回流比的1.32倍10、精馏就是把液体混合物进行多次部分气化，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。影响精馏操作的因素有以下几种：、回流比的影响；、进料状态的影响；、进料量大小的影响；、进料组成变化的影响；、进料温度变化的影响；、塔顶冷剂量大小的影响；、塔顶采出量大小的影响；、塔底采出量大小的影响。11、进料状态有哪几种，对精馏操作的影响进料状态有五种：(1)冷进料。(2)饱和液。(3)气液混和物。(4)饱和气。(5)过热气。对于固定进料的某个塔来说，进料状态的改变，将会影响产品质量和损失。例如：某塔为饱和液进料，当改为冷进料时，料液入塔后在加料板上与提馏段上升的蒸气相遇，即被加热至饱和温度，与此同时，上升蒸汽有一部分被冷凝下来，精馏段塔板数过多，提馏段板数不足，结果会造成釜液中损失增加。这时在操作上，应适当调整再沸器蒸汽，使塔的回流量达到原来量。12、进料量的大小对精馏操作的影响有两种情况：(l)进料量波动范围不超过塔顶冷凝器和加热釜的负荷范围时，只要调节得当，对顶温和釜温不会有显著变化，而只影响塔内上升蒸汽速度的变化。(2)进料量变动的范围超过了塔顶冷凝器和加热的负荷范围时，不仅影响塔内上升蒸汽速度的变化，而且会改变塔顶、塔釜温度，致使塔板上的气液平衡组成改变，直接影响塔顶产品的质量和塔釜损失。总之，进料过大的波动，将会破坏塔内正常的物料平衡和工艺条件，造成了系列的波动。因此，应平衡进料，细心调节。13、进料组成的变化对精馏操作的影响进料组成的变化直接影响精馏操作，当进料中重组分增加时，精馏段负荷增加，容易造成重组分带到塔顶，使塔顶产品不合格，若进料中轻组分增加，提馏段负菏就会加重，容易造成釜液中轻组份损失加大。进料组成的变化，还会引起物料平衡和工艺条件的变化。14、进料温度的变化对精馏操作的影响进料温度的变化对精馏操作影响是很大的。进料温度低，会增加加热釜的热负荷，减少塔顶冷凝器的冷负荷。反之亦反。进料温度变化过大时，通常会影响整个塔的温度，从而改变汽液平衡。另外，进料温度的改变，会引起进料状态的变化，会影响精馏段、提馏段负荷的改变，使产品质量、物料平衡都会发生改变。因此，进料温度是影响精馏操作的重要因素之一。15、塔顶冷剂量的大小对精馏操作的影响塔顶冷剂量的大小会引起回流量和回流温度的变化。冷剂量加大，回流量也加大，塔顶温度下降；冷剂量减小，回流量也减小，会引起顶温上升，因此，塔顶冷剂量要适当。16、塔顶取出量的大小对精馏操作的影响塔顶取出量的大小与进料量有着密切关系：进料量增大或减小，取出量也相应增大或减小，这样才能保持搭内固定的回流比，维持塔的正常操作。如果进料不变，增加塔顶取出量，会引起回流比减小，操作压力下降，使重组分带到塔顶，引起产品不合格。减小取出量，会引起回流比增大，塔内的物料增多，上升蒸汽速度增大，塔顶与塔釜压差增大，时间长了会引起液泛，从而导致塔釜产品不合格。17、塔底采出量的大小对精馏操作的影响精馏操作中塔釜液面必须保持稳定，而塔底采出量的大小将会引起液面变化。当塔釜液排出过大时，会造成釜液面下降或排空，使通过再沸器的釜液循环量减少，从而导致传热不好，轻组分蒸不出去，使塔顶、塔釜产品均不合格。如果塔底采出量过小，会造成塔釜液面过高，严重时会超过挥发管，增加了釜液循环的阻力，造成传热不好，使釜温下降，影响操作。釜液面太低，一旦排空，会导致泵不上量，磨坏设备，造成事故。18、加压精馏塔顶压力高于大气压力下操作的精馏过程叫加压精馏。加压精馏常用于被分离混合物的沸点较低的情况。如在常温常压下，混合物为气态的物料，采用加压精馏。因为就精馏过程说，获得高压比低压在设备和能耗方面更为经济一些。19、灵敏板，用灵敏板控制釜温在精馏塔逐板计算中，往往可以发现某一板和相邻板的组成变化较大，因而温度变化也较大，在操作发生变化时，该板的温度变化最灵敏，所以称此板为灵敏板。采用灵敏板控制的好处是：(l)变化灵敏，调节准确。(2)可以提前看出塔釜物料的变化趋势，提前调节，避免轻组分带人釜液中。 20、精馏段、提馏段，精馏操作中改变进料口的依据以进料口为基准，进料口以上称精馏段，进料口以下称提馏段。在精馏操作中改变进料口应根据进料组成的变化和塔顶产品纯度及塔釜损失综合考虑。当组分变重时，进料口往下改；组分变轻时，进料口往上改。组成正常时用中间进料口。另外，当塔顶产品质量下降时，进料口往下改；塔釜损失增加时，进料口往上改。21、强制回流，自然回流的优缺点用泵打入塔内进行回流，回流冷凝器不需要安装在塔顶的回流方式称强制回流。回流冷凝器安装在塔顶的回流液借重力回流到塔内的回流方式称自然回流。强制回流的量稳定，容易调节，生产不正常时扭转起来快，厂房不要高的框架结构，塔很高采用强制回流，安装方便。但强制回流需回流泵，动力消耗大，特别是低沸点的物料容易造成泵不上量。自然回流操作简单，不要回流泵，节省能源。但回流量随塔压的变化而变化，回流比不严格，生产不正常时扭转起来慢，厂房需框架结构。22、精馏操作中塔的压力的调节，影响塔压的因素塔压是精馏操作的主要控制指标之一，塔压波动太大，会破坏全塔的物料平衡和气液平衡使产品质量不合格，因此，精馏的操作要稳定。调节塔压的方法有：(l)塔顶冷凝器为分凝器时，塔压一般靠塔顶汽相产品取出量调节。取出加大，塔压下降；取出减小，塔压上升。(2)再沸器蒸汽用量过大，回流量较大，塔压升高，这时，应适当降低蒸汽量，以调压塔釜压力。影响塔压变化的因素有：塔顶温度塔釜温度进料组成进料量回流量冷剂量及冷剂压力。另外，仪表故障、设备和管道的冻堵，也可引起塔压的变化。23、精馏操作中釜温的调节，釜温波动的因素通常是改变加热釜的蒸汽量来调节釜温。加大蒸汽量，釜温上升；减少蒸汽量，釜温下降。也有用改变加热釜内冷凝液的液位来调节釜温的，加大排出量，降低液位，釜温上升；减少排出量，升高液位，釜温下降。引起釜温波动因素有：塔压突然升高与降低，塔釜液的波动，加热蒸汽压力波动，调节阀失灵，疏水器失灵，使加热釜内冷凝液过多，加热釜聚合，塔釜和加热釜连通管堵等，都可引起釜温波动。24、在精馏塔的操作中塔压差的调节塔压差是衡量塔内气体负荷大小的主要因素，也是判断精馏操作的进料、出料是否平衡的重要标志之一。在进出料保持平衡，回流比不变的情况下，塔压差基本上是不变的。当塔压差变化时，要针对塔压差变化的原因进行相应的调节。常用的方法有三种：(1)在进料不变时，改变塔顶取出量可改变压差。取出多压差小；取出少，塔压差会愈来愈大。(2)在取出不变时，用进料来调节压差；进料量大，塔压差上升，反之下降。(3)工艺指标允许范围内，通过釜温的变化来调节压差；提高釜温，压差上升；降低釜温，压差下降。25、再沸器预热目的及方法再沸器预热的目的：（1）排掉再沸器内的不凝气，以免影响传热面积；（2）金属突然受到高沸加热，很容易破坏内部晶体排列，影响金属的机械性能而发生蠕变，严重时会使金属断裂，所以再沸器要预热，以防变形或裂变而影响正常生产。再沸器预热方法：打开再沸器和液位罐的放空阀，用蒸汽旁路缓慢预热，直到放空阀有液体喷出为止。26、塔釜液位控制手段通过调整塔釜采出量来控制塔釜液位27、甲醇精馏塔压差大的原因 每套预精馏塔的设计与很多因素有关:工艺流程、塔负荷、介质温度和压力，甚至和当地的大气压力都有关系。塔压差是衡量塔内气体负荷大小的主要因素，也是判断精馏操作进料、出料是否均衡的重要标志之一。在进料、出料保持平衡，回流比不变的情况下，塔压差基本上是不变的。一般地预精馏塔顶釜压差保持在12kPa左右，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，踏板液封高度的改变，引起塔压差的变化。精馏操作中，要针对引起塔压差变化的原因相应地进行调节。影响塔压变化的因素是多方面的，例如:塔顶温度、塔釜温度、进料组成、进料流量、回流量、冷剂量、冷剂压力等的变化以及仪表故障、设备和管道的冻堵等，都可以引起塔压的变化。比方说，釜温突然升高、冷剂量突然中断、进料中轻组分增加过多或进料量加大、采出管线冻堵等都会引起塔压的升高。另外，塔顶采出调节阀的失灵，也会引起塔压波动。在生产中，当以上因素变化引起塔压变化时，控制塔压的调节机构就会自动动作，使塔压恢复正常。当塔压发生变化时，首先要判断引起变化的原因，而不要简单地只从调节上是塔压恢复正常，要从根本上消除变化的原因，才能不破坏塔的正常操作。再比如，当冷剂用量不足引起塔压升高时，若不加大冷剂的用量，而采用加大塔顶采出量来恢复正常塔压，就可能使重组分带到精馏段，造成塔顶产品质量不合格。又如，釜温过低引起塔压降低，若不提高釜温，而单靠减少塔顶采出来恢复正常塔压，将造成釜液中轻组分大量增加。当釜温突然升高，引起塔压上升时，重要的是恢复塔釜的正常温度，而不是靠增加冷剂量和加大塔顶采出量来降低塔压;否则将容易液泛，破坏塔的正常操作。由于设备原因而影响了塔压的正常调节时，应考虑改变其它操作因素以维持生产，严重时则要停车检修。 28、什么是填料塔？有何优缺点？ 填料塔在塔内装有一定高度的填料，属于汽液连续接触的设备。塔内上升蒸汽沿着填料的空隙由下而上的流动；塔顶流下的液体沿着填料的表面自上而下的流动。汽液两相的物质与热的传递，是借助于在填料表面上形成较薄的液膜表面进行的。 填料塔的突出优点是：流体流动的阻力小，结构简单，钢材用量少，造价低，安装方便，填料便于用耐腐蚀的材料制造。 它的缺点是：填料塔中填料容易污染和堵塞，不适于用作有固体悬浮物和易产生聚合的混合液的蒸馏分离。 随着近代化学工业的发展和日趋大型化，填料塔的应用越来越广，装置的规模也越来越大。50年代初期曾认为填料塔不宜大型化，单到了60年代初期，直径超过3m的填料塔已十分普遍。近年来对填料形状及流体分布器的改革，取得了大直径填料塔的生产稳定性。29、对填料的选择有哪些要求？常用填料有哪些种类？ 填料塔中，蒸汽与液体相接触进行热量和物质的交换主要是在填料表面进行的，因此填料的性能直接影响着填料塔的性能。 为了使填料塔能有效的操作，所用的填料应具备以下条件：填料的比表面应大，以保证气液接触良好。填料的自由体积要大，以保证气流上升时阻力较小。具有足够的化学稳定性，不被蒸汽及液体所腐蚀。密度要小，以减轻填料的自重，并应有足够的机械强度。价格便宜，容易得到。目前应用较广的填料为陶瓷、金属或塑料制的环行填料，以及鲍尔环、矩鞍环、阶梯环等填料和规整网状波纹填料。30、丝网波纹填料塔的特点简介 丝网波纹填料是网状填料中新发展起来的一种高效填料，它具有效率高，生产能力大，阻力小、滞留量小、放大效应不明显和加工易机械化等优点，广泛用于精馏操作，尤其适宜于难分离物质及热敏性物系的真空蒸馏。 丝网波动填料是由波纹平行，垂直排列的丝网片组成的盘状规则填料盘高通常为40-200mm波纹方向与塔轴倾斜角为30度或45度，上下相邻两盘彼此交错90度排列，其直径比塔斯社径小几毫米，便于紧密地装满塔截面。一般对于小直径塔斯社，可制作成整盘的，大直径的塔可采取多块组装，丝网的丝径一般由介质腐蚀程度和填料成型号强度来决定，一般为0.1-0.2mm40-100网目,以