精馏塔工作原理

精馏塔的工作原理和名词说明，第一章是蒸馏中的一般概念说明，第一章是蒸汽-液体平衡，也称为气-液体平衡，由n-成分的混合物形成封闭系统，气-液体两相共存，在一定温度和压力下两相平衡时，各组的汽液两相化学位置趋于相同。或者更方便的使用：混合物中的I成分在称为气液平衡的气相和液相中是相同的。在不同的温度、压力和成分条件下，挥发性液体混合物(或一组分物质)及其蒸汽组成的汽液系统达到极限状态。此时，各组在蒸汽、液体之间的汽相和液体中汽相之间的传质速率相同，传质的净速率为0；液体或蒸汽相内混合物(或单组分物质)各成分的浓度达到一定的汽液平衡。更改系统的温度、压力或配置条件后，系统将达到新的汽液平衡。气液两相接触，气体溶于液体，引起一定的溶解度；溶于液体的气体作为溶质必须产生一定的分压。溶质的分压和想象中这种气体的分压相等时，达到气液平衡。相平衡的确立意味着物质传递达到极限时，吸收过程停止。是控制吸收系统运行的重要因素。对于大多数气体的稀溶液，气液之间的平衡关系可以用亨利定律来表示。其次，挥发性通常用于表示特定物质(液体或固体)在特定温度下的蒸气压大小。蒸汽压高的物质称为挥发性物质。低的东西叫挥发性物质。第三，共比混合物，也称为共比物质，是指双组分或多组分液体混合物。温度和空腔之间的关系在一定的压力下沸腾时，其成分和沸点都保持不变。这表明，实际上此时沸腾的蒸汽与液体本身具有完全相同的构成。共沸物质不能用现有的蒸馏或分馏手段分离。以下是公费物质和温度的关系图，4，临界温度，临界温度，气体转化为液体的物质的最高温度称为临界温度。每种物质都有特定的温度，在这个温度以上，无论增加多少压力，气体物质都不会液化，这是临界温度。第五，临界压力临界压力是物质处于临界状态时的压力(压力)。临界温度下液化气体所需的最小压力。临界温度下液体的饱和蒸汽压。在临界温度和临界压力下，物质的摩尔体积称为临界摩尔体积。临界温度和临界压力状态的状态称为临界状态。一般临界温度和临界压力表气体名称临界温度c临界压力MPa氢-2401.29氧-118.565.04氮-146.93.39空气-140.53.766一氧化碳-140.23.50二氧化碳31.17.38二氧化硫157.87.88水374.322传递过程：两相接触时，某物质在两相内化学上处于不同的位置，因此该物质由与其他相的质量传递，这是化学生产中最常见的相间质量传递方式。在蒸馏和吸收过程中，物质在蒸汽(气体)相和液相之间传递。在提取过程中，物质在两种液体之间传递。在吸收过程中，成分分为三个阶段：由气体(y)相主体接触的液体(x)相主体传递的过程(见图):成分由气象主体传递到气象边界；成分通过界面从气相进入液体。成分从液相边界传递到液相本体。相间传质机制迄今尚未完全阐明。已经提出的几个理论主要是双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。7，也称为托盘效率。板塔中气液两相塔板的传质接近热力学平衡。板式塔可以通过多级计算来确定，以达到所需的气液二传递质量分离要求。气液两相达到传质热力学平衡时的塔板数称为理论板数。实际塔中气液正电荷与理论板的偏差是理论塔板数与实际塔板数的比率是塔板效率。值始终小于1。水平效率有几种不同的表现法，例如整体塔式效率、板效率和点效率。影响分级效率的主要因素包括材料的组成和性能、气液两相流速和流动状态、托盘的结构等。8，等板高度等板高度简称：HETPHETP也称为理论板等效高度。表示包装或喷淋塔固体颗粒移动床的高度，具有理论托盘或理论水平等效果。等板高度乘以分离所需的理论板数是所需填料的总高度或喷淋塔、移动床的有效高度等。等板高度值越小，塔内这部分的传质效果越好。影响HETP的因素包括系统的物理特性、几何因素和运行条件。应用时采取最接近客观情况的实测值。(1)用于蒸馏时，填料直径：d=25mm时，HETP为0.46m；D=38mm时，HETP为0.66m是。如果D=50mm，则HETP为0.9m。(2)用于吸收时，HETP为1.51.8m。(3)用于塔式，塔式直径0.6米 HETP等于塔式直径。(4)对于真空操作，HETP将上述数据加0.1。9、蒸馏是利用回流将液体混合物分为高纯度的蒸馏方法，是业界应用最广泛的液体混合物分离操作，广泛用于石油化学、轻工业、食品、冶金等领域。蒸馏操作按不同方法分类。根据工作方法，可分为连续蒸馏和分批蒸馏。根据混合物的组分分数，可分为二元蒸馏和多元蒸馏。根据是否在混合物中添加影响汽液平衡的添加剂，可以分为普通蒸馏和特殊蒸馏(包括萃取蒸馏、共沸蒸馏和盐蒸馏)。如果蒸馏过程有化学反应，则称为反应蒸馏。双组分混合物的分离是最简单的蒸馏操作。典型的蒸馏装置是连续蒸馏装置(图1)，包括蒸馏塔、再锅炉、冷凝器等。精馏塔汽液两相接触进行相间物质传递，位于塔顶的冷凝器部分冷凝蒸汽，部分冷凝液作为回流返回塔顶，其余蒸馏液为塔顶产品。位于塔底的再沸器的出现使液体部分汽化，蒸汽上升到塔顶，剩下的液体被用作塔底产品。饲料被添加到塔的中间，饲料的液体和沿塔段的液体一起沿着塔下降，饲料的蒸汽和从塔下的蒸汽一起沿着塔上升。在整个精馏塔内蒸汽-液体两相逆流接触，相间传质。液体的挥发性成分在蒸汽上，蒸汽上的挥发性成分进入液体。在不形成共沸物质的物质体系中，如果设计和操作得当，蒸馏液将成为纯度高的挥发性成分，塔底产品将成为纯度高的挥发性成分。供给口上方的塔段进一步浓缩了上升蒸汽的挥发性成分，称为蒸馏段。从俯冲液体中提取挥发性成分，供应端口下的塔段，称为蒸馏段。结合两种工作，从液体混合物中更完整地分离出两种成分，生产出所需纯度的两种产品。为了更完美地分离n成分混合物，获得n个高纯度的1成分产品，必须有n-1塔。蒸馏更完全地分离液体混合物的原因在于回流的应用。回流中，塔顶高浓度挥发性成分液体和塔底高浓度挥发性成分蒸汽均返回塔。蒸汽-液体回流形成了逆流接触的蒸汽-液体两相，塔的两端各供应相当纯的一组分产品。塔顶流入塔顶的液体量与塔顶产品量相比称为回流比，这是蒸馏工作的重要控制参数，其变化影响蒸馏工作的分离效果和能耗。10、连续蒸馏连续蒸馏的典型操作：精馏塔蒸汽供给流体两相接触相间物质转移，位于塔顶的冷凝器部分冷凝蒸汽，部分冷凝液以回流液返回塔顶，其余馏分液为塔顶产品。由于位于塔底的再沸器的出现，液体部分蒸发，蒸汽沿着塔上升，剩下的液体被用作塔底产品。饲料被添加到塔的中间，饲料的液体和沿塔段的液体一起沿着塔下降，饲料的蒸汽和从塔下的蒸汽一起沿着塔上升。在整个精馏塔内蒸汽-液体两相逆流接触，相间传质。液体的挥发性成分在蒸汽上，蒸汽上的挥发性成分进入液体。在不形成共沸物质的物质体系中，如果设计和操作得当，蒸馏液将成为纯度高的挥发性成分，塔底产品将成为纯度高的挥发性成分。供给口上方的塔段进一步浓缩了上升蒸汽的挥发性成分，称为蒸馏段。从俯冲液体中提取挥发性成分，供应端口下的塔段，称为蒸馏段。结合两种工作，使液体混合物中的两种成分更完全地分离，产生所需纯度的两种产品。11、批蒸馏批蒸馏过程的特性混合液分离要求高，材料品种或成分经常变化时，批蒸馏的使用方法比较灵活。从蒸馏装置来看，分批蒸馏几乎等于连续蒸馏。分批蒸馏时，将液体分批投入，分阶段加热，气化，将水壶的组成减少到规定的值，然后一次性排出。不难理解间歇精馏过程具有以下特性：分批蒸馏是一种不正常的工艺。蒸馏过程中，水壶的组成一直在减少。操作过程中保持回流比的话，馏出物成分就会减少。相反，为了保持馏分油的组成不变，必须在定型过程中继续增加回流比。实际工作可以灵活多样，以满足预期要求。例如，在操作初期，为了使馏出物成分几乎保持不变，可以逐步增加回流比。但是回流太大，经济上不合理。因此，操作后期可以保持回流比不变，如果结果产生的馏出物不符合要求，可以将这种产物集成到下一种原材料中，再蒸馏。此外，由于该过程的不规则性，塔中积累的液体量(液体储备量)会影响蒸馏过程和产品的数量。为了最小化液体储备，分批蒸馏经常使用填料塔。间歇精馏时，整个塔是精馏段，没有萃取精馏段。因此，如果得到由塔顶和塔底组成的相同产品，批次蒸馏的能量消耗必须大于连续蒸馏。间歇精馏的设计计算方法是首先选择基准状态(通常是工作的开始或结束状态)，然后进行计算，求出塔板数。然后根据给定的托盘数进行工作式计算，在蒸馏中间的不同状态下获得回流比或产品组成。第二章精馏塔分类和工作原理，第一，板式塔板塔是气液或液体系统中使用的一种等级接触传质设备，由圆柱塔和均匀间隔的水平装置构成，塔内的多个塔板。广泛用于蒸馏和吸收，某些类型(如筛板塔)也用于萃取，在气液反应过程中也可用作反应器。工作时(以气体-液体系统为例)，液体通过各托盘向上排出到塔底；气体由压力差推下，自上而下通过各层托盘，排出到塔顶。每个塔板保持一定深度的液层，气体通过托盘分散成液层，进行相间接触物质传递。托盘也称为托盘，是板塔中气液两相接触物质传递的一部分，决定塔的工作性能，一般由以下三部分组成：气体通道在塔中均匀打开一定数量的通道，以确保气液两相完全接触，使气体自上而下通过板中的液体层。气体通道的形式多，对托盘性能有决定性影响，也是区分托盘类型的主要标志。筛板塔塔板的气体通道最简单，在托盘上均匀地展开许多小孔(通常称为筛板)，气体通过筛板上升，分散到液体层(图2)。暴风雪塔板上的气体通道最复杂，托盘上有多个大圆孔，孔连接有riser卡，riser卡复盖了分布气体的biller(图3)。浮阀塔塔塔板被直接漂浮在圆孔上的阀门复盖，根据气体流量自行调整开口(图4)。，溢流堰为了使气液两相在托盘上形成足够的相间传质表面，塔板必须保持一定深度的液体层，为此在托盘的出口侧设置溢流堰。塔板的液层高度很大程度上由堰高度决定。大型托盘的情况下，为了确保流动均匀性，还会在托盘的进口侧设置进口堰。下液管液体从上层托盘流向下层托盘的通道也是气体(蒸汽)体与液体分离的部分。为此，液体管内必须有足够的空间，才能有液体所需的停留时间。此外，还有没有柱塞管的溢出托盘的种类，只有均匀打开屏幕或缝隙的圆形屏幕。在操作过程中，液体在某些屏幕上随机流动，气体在其他屏幕上上升。溢流盘的结构简单、成本低、板利用率高，但由于操作灵活性太小、板效率低，因此应用不广。板式运行特性各种托盘仅在一定的气液流动范围内运行，保证气液两相有效接触，达到良好的传质效果。在托盘正常运行的情况下，可以使用表示气液流动范围的托盘负载性能图表(图5)，图中的多条边表示的气液流动限制如下。气体流量低于此时间限制，液体通过孔大量泄漏。过多的雾带线。如果气体流量高于此时间，并且雾带量超过允许值，则板效率将大大降低。流动下限。液体流量太小会导致溢流坝液体层高度不足，流量分布均匀，板效率下降。流动上限。液体流得太多，液体在下降管内停留的时间太短，液体掺入气泡分离得太晚，就会成为气相两相流，导致板块效率下降。液泛船。气体-液体流动越过这条线，引起下液管液体凹凸，使塔的正常工作破裂，变坏。据说，托盘的正常运行范围大，对气液负荷变化的适应性好，托盘的工作弹性大。浮阀塔和泡罩塔的工作弹性大，筛板塔有点差。这三种塔式机型在正常范围内工作的主板效率几乎相同。第二，填料塔填料塔是塔设备的一种。塔填充适当高度的填料，以增加两个流体之间的接触表面。例如，应用于气体吸收，液体由塔的上部通过分配器流入，沿着填料表面下降。气体从塔底部回流到填充孔气孔，与液体紧密接触，相互作用。结构比较简单，维修比较方便。广泛应用于气体吸收、蒸馏、萃取等工作。结构原理填料塔采用塔内填料作为气液两相接触部件的传质设备。填料塔的塔是底部有填料支撑板，填料是以随机或整体方式放置在支撑板上的垂直圆柱。在填料上安装填料压盘，以免在上升气流中摇晃。液体从塔顶通过液体分布器喷射到填料上，并沿填料表面流动。气体从塔底流入，通过气体分配装置(直径较小的塔通常没有安装气体分配装置)分布，然后与液体回流，继续通过填料层的缝隙，填充物表面有气体-液体两相粘连，并传递物质。填料塔属于连续接触气液传质装置，其两相组成沿塔连续变化，正常运行状态下的气相，液相为分散相。液体沿填料层向下流动时，倾向于逐渐聚焦到塔壁，塔壁附近液体流动逐