《分馏系统》PPT课件

分馏系统,一、蒸馏基本概念,1.汽化:在一定条件下,液体转化为气体的过程。2.蒸发:如果液体的汽化是在其表面上进行的,则这种汽化称为蒸发。3.沸腾：如果液体的汽化在其表面和内部同时进行则这种汽化称为沸腾。4.沸点:液体出现沸腾时所具有的温度称为沸点。5.冷凝：通过降温使气体（蒸汽）变为液体的过程称为冷凝。,6.饱和蒸汽压：在一定温度下，液体与液体上方的蒸汽呈平衡状态时，该蒸汽所产生的压力称为饱和蒸汽压，通常简称为蒸汽压。7.泡点温度：在一定压力下，将液体油品加热至内部刚刚开始汽化，即：刚好出现第一个气泡时的液体温度称为该油品的泡点温度。8.露点温度：在一定压力下，将汽化的蒸汽冷却至刚好出现第一滴液滴时的汽相温度称为该蒸汽的露点温度。9.初馏点：将油品放入恩氏蒸馏设备内加热至馏出第一滴液滴时的气相温度称为该油品的初馏点。,10.干点：油品在恩氏蒸馏设备内，加热蒸馏至气相所能达到的最高温度称为该油品的干点或终馏点。11.蒸馏：利用混合物中各组分挥发性（沸点）的不同，将各组分分离开来的一种方法。12.分馏（精馏）：在提供回流的条件下，通过汽液两相密切（逆流）接触，进行多次部分汽化和多次部分冷凝，从而使各组分达到较高程度的分离。,精馏过程的实质是不平衡的气、液两相在塔内经过多次逆向接触进行热交换，液相中的轻组分多次部分汽化和气相中的重组分多次部分冷凝相结合的过程，从而使轻组分浓度和重组分浓度都不断提高，最终达到使混合物得到分离的目的。精馏过程的前提：一是气液两相的浓度差，它是传质的推动力；二是合理的温度梯度，是传热的推动力；塔盘是进行不断汽化和冷凝的场所。,实现精馏过程所要具备的条件：1）精馏塔内必须要有塔盘或填料，它是提供气、液两相充分接触的场所。气液两相在塔盘上达到分离的极限是两相达到平衡，要求的分离精确度越高，所需要的塔盘数也就越多。2）精馏塔内提供气、液相回流，是保证精馏过程传质、传热的另一个必要条件。气相回流携带热量，使液相中的轻组分气化上升到塔的上部进行分离。塔内的液相回流在塔内提供温度低的下降液体，冷凝气相中的重组分，并使塔内温度自下而上逐步降低。为此，必须提供温度较低、组成与回流入口产品性质接近的外部回流。,精馏过程中，气液两相是如何在塔板上进行热量传递的？,答：在精馏塔内，上升的蒸汽遇到板上的冷液体，受冷而部分冷凝，冷凝时放出冷凝潜热，板上的冷液体吸收了蒸汽在部分冷凝时放出的热量部分汽化，因此，汽、液两相在塔板上进行了热量交换。,塔设备的作用,塔设备是石化工业生产中最重要的设备之一提供气、液两相充分接触的场所，使传热、传质两种传递过程能够迅速有效地进行；使接触后的汽液两相及时分开，互不夹带单元操作过程有：精馏、吸收、解吸,什么叫精馏塔，精馏塔的主要功用？,精馏塔是工业上体现精馏操作过程的主要设备每层塔盘功能上升的蒸气与原料液和回流的液体得以充分接触，进行物质和热量的交换部分易挥发组分从液相转入气相，同时难挥发组分则从气相转入液相经充分多塔板数时最上层塔板分出为易挥发组分的气体最下层塔板得到难挥发的组分的残液将混合液分离为两个几乎纯粹的组分,精馏塔操作中要注意的三个平衡关系：物料平衡、热量平衡和汽液平衡。物料平衡：就是单位时间内进塔原料量应等于单位时间内该塔各产品量之和。全塔热平衡：指单位时间内进塔物料带入塔内的热量应等于单位时间内出塔物料带出的热量和损失的热量。汽液相平衡：把液体物质放在密闭容器中，由于挥发到空间的分子与分子之间以及挥发出的分子与器壁之间的相互碰撞，使一部分气体分子又返回到液体中，在一定的温度下，当从液面挥发到空间的分子数与进入液体的分子数相等时，容器中的液体与液面上的蒸汽就建立了一种动态平衡，这种动态平衡，称为汽液相平衡，或简称汽液平衡。,分馏系统构成,待分离的原料自中部进入，进料板以上为精馏段，以下为提馏段塔顶装有冷凝器，塔顶蒸汽在冷凝器中冷凝，一部分作为回流由塔顶送入塔中，一部分作为产品送出塔底装有再沸器，来自塔底的液体在此部分汽化，气相返回塔底，液相作为塔底产品沿塔高度温度是变化的，塔顶温度最低，塔底最高，由下往上温度逐板降低,分馏系统构成,分馏塔的几种进料状态：1）低于沸点的冷液体；2)正在沸点的饱和液体；3)气液混合物；4)饱和蒸汽；5)过热蒸汽。在精馏操作中如何调整进料口?答：进料口的选择都是依据进料的组成而决定.一般被分离混合物中,易挥发组分多时,就选择上边的进料口,增加提馏段的板数.反之,则用下边的进料口,增加精馏段的板数.但实际操作中进料口基本不变,这主要是由于进料的组成变化不大。,精馏和回流的作用精馏段所起的作用是将进入的汽相混合物中轻组分提浓，在塔顶得到合格的产品，液相回流则起着精馏介质的作用。提馏段和再沸器的作用提馏段的作用是将进入该段的液相中的重组分提浓，在塔底获得高纯度的重组分。再沸器为提馏段提供汽相则作为精馏介质汽相回流。,分馏系统构成,什么叫热虹吸？,答：在再沸器中,料液经加热沸腾,部分汽化,形成气液混合物,因此这部分物料的平均密度较小,造成料液在再沸器中向上流动.而塔釜中的料液经循环管不断向再沸器里流动,这种现象称为热虹吸。,分馏塔回流作用及回流方式（一）回流的作用塔内回流的作用一是提供塔盘上的液相回流，造成气液两相充分接触，达到传质传热的目的；二是取走塔内多余的热量，维持全塔的热平衡，以控制、调节产品的质量。（二）回流比回流比=（塔顶）回流量/塔顶产品流量回流比增加，塔盘的分离效率提高；当产品分离度一定时，加大回流比，可适当减少塔盘数。但是增大回流比是有限度的，塔内回流量的多少是由全塔热平衡决定的。如果回流比过大，必然使下降的液相回流中轻组分浓度增大，此时，如果不相应的增加进料的热量或塔底的热量，就会使轻组分来不及汽化，而被带入下一层塔盘或者塔底，一方面减少了轻组分的收率，另一方面也会造成侧线产品或塔底产品不合格。此外，增加回流比，塔顶冷凝冷却器的负荷也随之增加，提高了操作费用。,（三）回流的形式根据取走回流热的方式不同，分馏塔回流的形式主要有：冷回流、热回流、循环回流等。（1）冷回流：将部分塔顶产品以过冷液体状态打入塔顶，控制塔顶温度，提供塔内回流，保证产品质量。（2）热回流：在塔顶装有部分冷凝器，将塔顶蒸汽部分冷凝成液体作回流，回流温度与塔顶温度相同（为塔顶馏分的露点），它只吸收汽化热，所以回流量较大。（3）循环回流：上面两种回流都是从塔内取出全部回流热，由于塔顶馏出物的温度低，带出的热量很难回收利用（换热时温差小），同时需要庞大的冷却设备，并且造成塔内上下负荷不均匀。为了改变这种状况，生产中广泛采用中段循环回流。循环回流是将塔侧的部分液相馏分抽出，经换热冷却后，重新送回抽出板的上方一块或几块塔板处作为回流。回流与塔内上升气相相遇，换热后本身温度升高，取出部分回流热，并把部分上升的气相冷凝成热回流（内回流）。,最适宜回流比是怎样确定的?,答：回流比(分馏塔的回流量与塔顶产品出量之比)对操作有较大影响。理论上讲，当回流比变大时，塔顶产品纯度上升，其极限即为全回流操作(如脱乙烷塔顶部不排高压瓦斯的时候即为全回流操作)，但随着回流比的增大，分馏塔的能耗上升，塔内气相线速上升，超过一定值后还会产生严重的雾沫夹带，使塔板效率降低，过大的回流比还可能致使塔的处理量降低。在塔板数一定的情况下，回流比过小，则不能达到产品质量的要求，塔顶、塔底产品分离不好。一般操作中，回流比的选择介于全回流和最小回流比之间，适宜回流比是在考虑一系列技术经济因素后决定的，在满足产品质量要求的前提下，使操作费用和设备费用总和最小。,精馏塔在高负荷下应如何调整回流比？为什么？,答:在高负荷情况下，应按设计回流比控制回流量，此时回流量不易过大，如果加大回流量，虽然对精馏段有好处，可使塔顶产品更纯，但却加大了塔釜负荷，加大回流，同样也能使精馏段温度下降，造成塔板的浪费，由于回流量的增在，同样也能造成塔釜产品不合格，由于回流量增大，塔釜加热必须也就增大，在高负荷情况下，易发生冲塔或液泛现象，在高负荷情况下，回流比降低，也将导致由于回流比不够而使塔顶产品不合格，所以应适当控制回流量。,分馏塔的压力波动直接影响全系统温度、流量，液面等参数，所以压力是搞好平稳操作的关键，也是操作出现大的波动时应首先稳定的参数，只有在压力稳定的情况下，才有可能实现其它参数的稳定。在其它条件不变的情况下，压力升高则塔顶产品变轻。,精馏操作中引起塔压变化的因素有哪些？,答:主要因素有：进料量、进料组成、进料温度的变化，塔釜加剂加热量或压力的改变，回流量、回流温度、冷剂压力温度的改变及冻塔、液泛、塔板堵塞等都能引起压力的波动。,分析塔压偏高的一般原因有哪些？,答：(1)塔釜供热过大；(2)塔顶冷剂温度偏高，回流温度高；(3)塔顶轻组分过多；(4)回流量小.,按结构分塔设备可分为以下两大类：板式塔：塔内有一层层相隔一定距离的塔盘，液、气两相就在塔盘上互相接触，进行热和质的传递，然后分开，气相继续上升到上一层塔盘，液体流到下层塔盘上。根据塔盘形式的不同，板式塔又有：圆泡帽塔、槽型塔盘塔、S型塔盘塔、浮阀塔、喷射塔、筛板塔等。填料塔：塔内充填着各种形式的填料，液体自上往下流，气体自下往上流，在填料表面上进行接触，完成传质传热过程。填料的形式繁多，有：拉西环、鲍尔环、波纹填料、鞍型填料、丝网填料等。本装置的分馏塔为浮阀塔，共40层浮阀塔盘。,板式塔,塔板的工作原理塔板的结构及类型,塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。,逐级接触交叉流应用广泛,塔设备的分类-板式塔,板式塔工作原理,板式塔内的汽、液两相的流动方式,液相：塔顶塔底，自身重力气相：塔底塔顶，克服液相阻力压力：塔底塔顶,对塔板的要求,气液两相接触充分气液两相分离完全,塔板上溢流型式,单溢流（直径流）D2m,U型溢流（回转流）液相量非常小的塔,阶梯溢流塔径非常大，液相流量非常大的塔,双流型,多流型,塔高和塔径对质量和产量有什么影响?,答：塔高主要影响产品纯度,塔径主要影响产量.对于一个设计安装好的塔,考核是否达到最大生产能力就是观察在最佳条件下操作,若产品质量达不到要求,说明塔板数或板间距不够.若塔压差大,塔顶带液体,说明塔径不够,生产能力达不到。,塔板上的不正常操作状态,气泡夹带：,在一定结构的塔板上，液体流量过大，使降液管内的液体的溢流速度过大，降液管中液体所夹带的气体泡沫来不及从降液管中脱出而被带到下一层塔板上的现象称为气泡夹带。,雾沫夹带：,当气速增大，塔板处于泡沫解除状态或喷射解除状态时，由于气泡的破裂或气体动能大于液体的表面能，而把液体吹散成液滴，并抛到一定的高度，某些液滴被气体带到上一层塔板，这种现象称为雾沫夹带。,危害：以上两种不正常现象都会使气相或液相造成返混，使原已获得的分离效果丧失，影响全塔的分离效果。,雾沫夹带有哪些影响因素？,答：由于雾沫夹带，往往使塔板效率下降，它的影响因素有：处理量的大小。处理量大，气相负荷也增大，塔内气速变大，雾沫夹带也变得严重。塔盘间距。不能太小，否则雾沫夹带量也大。塔盘结构。好的塔盘结构，能控制雾沫夹带量。,当气体通过塔板的速率较小时，上升的气体通过塔板上开孔的阻力和克服液体表面张力所形成的压降较小，不足以抵消塔板上液层的重力，大量的液体会从塔板上的开孔处往下漏，这种现象叫作漏液。危害：严重的漏液会使塔板上建立不起液层，从而导致塔板效率降低，在设计和操作时应该特别注意防止。,过量漏液：,夹带液泛：塔板上的液体流量很大，上升的气体的速度很高，液体被上升的气体夹带到上一层塔板上的量猛增，使相邻的两块塔板间充满了汽、液混合物，最终使整个塔内空间全部被液体所占据，这种现象称为夹带液泛。溢流液泛：因降液管太小，液体的流动阻力过大，或因其他原因使降液管局部区域堵塞而变窄，液体不能正常地通过降液管向下流动，使得液体在塔板上积累而充满整个塔内空间，这种现象称为溢流液泛。危害：使整个塔内液体不能正常流下，液体的大量返混，严重地影响了塔的正常操作；会使塔内液体滞留量猛增，致使设备主体产生破坏性损坏，是操作中应该特别注意防止且应坚决杜绝的。,液泛（淹塔）：,答:原因有：（1）进料量太大，气液负荷超过了塔的生产能力；（2）回流量太大；（3）开车时升温速度过快；（4）加热蒸汽量太大；（5）调节釜温时升温过快、过猛；（6）加热介质温度突然升高；（7）塔釜液面过满。其主要的防止方法有：尽量加大降液管截面积，但会减少塔板开孔面积。改进塔盘结构，降低塔盘压力降。控制液体回流量不太大。,产生液泛的原因有哪些？如何防止？,塔板的分区,鼓泡区：气体通道，气液两相传热、传质降液区：液体通道小气泡聚合成大气泡再返回受液区：接受降液管的液体安定区：减少降液管气泡夹带量边缘区：支撑塔板及塔板上液体,2.塔板的结构及类型,气体通道鼓泡构件-形成气液两相传热传质的主要构件液体通道降液管-板上的液体通过降液管流至下一层塔板。溢流堰(出口堰）-用来保持塔板上能有一定厚度的液层。入口堰-对进入塔板的液体起分布和缓冲作用，有些塔不设入口堰，侧线抽出口设有。,塔板的主要部件,筛板气体通过板上钻的小孔来形成鼓泡层、泡沫层浮阀气体通过安装在塔板上的浮阀单元形成鼓泡层、泡沫层随气体(蒸汽）负荷的变化浮阀可以上下浮动圆形泡罩气体由升气管进入泡帽，后经泡帽和升气管间的回转信道，穿过泡帽上的齿缝与塔板上的液体接触形成鼓泡层。,主要构件-鼓泡构件,筛孔塔板,优点：处理能力大，压降小，结构简单，造价低。缺点：操作弹性小，稳定性较差。,浮阀塔板：,结构：塔板上按一定的排列开若干孔，孔的上方安置可上下浮动的阀片阀片可随上升气量的变化而自动调节开启度，气量变化时，通过阀片周边流道进入液体层的气速较稳定，强化了气液接触传质。气相鼓泡元件：浮阀,工作原理,主要优缺点：优点：生产能力较大；操作弹性大；分离效率高；塔板压降较小。缺点：阀片易脱落；阀片易卡死。,F1型浮阀：,主要构件-液体通道构件,作用：让液体在其中停留一段时间，使液体所夹带的汽泡有充分的时间得以从液体中溢出。上层液体通过降液管流到下层塔盘