蒸馏与吸收设备

1、 典型典型蒸馏装置蒸馏装置 冷却水 V 进进料料 分分馏馏塔塔 底部成品 顶部成品 回流泵 再沸器 蒸汽 空气冷却器 回流槽 水冷却器 3 塔设备的应用塔设备的应用 对塔设备的基本要求对塔设备的基本要求 1、气、液两相、气、液两相 充分接触，相际充分接触，相际 传热面积大。传热面积大。 2、生产能力大，、生产能力大， 即气、液处理即气、液处理 量大。量大。 3、操作稳定，、操作稳定， 操作弹性大。操作弹性大。 4、流体流动、流体流动 阻力小。阻力小。 5、结构简单，材、结构简单，材 料耗量小，制造、料耗量小，制造、 操作、维修方便。操作、维修方便。 6、耐腐蚀，、耐腐蚀， 不易堵塞。不易堵塞。

2、 加压塔、常压塔、减压塔加压塔、常压塔、减压塔 精馏塔、吸收塔、解吸塔、精馏塔、吸收塔、解吸塔、 萃取塔、反应塔、干燥塔等萃取塔、反应塔、干燥塔等 框架塔、自支承式塔框架塔、自支承式塔 填料塔、板式塔填料塔、板式塔 塔设备的分类塔设备的分类 按压力按压力 按单元操作按单元操作 按支承方式按支承方式 按塔内件结构按塔内件结构 塔设备的发展趋势塔设备的发展趋势 大型化大型化 存在问题存在问题 强度、刚度、强度、刚度、 流体分布等流体分布等 全负荷全负荷 运转问题运转问题 设计、制造、操作、设计、制造、操作、 维修要求更高维修要求更高 11 机械设计机械设计-选择材料；计算塔体壁厚裙座选择材料；计算

3、塔体壁厚裙座 壁壁 厚；计算地脚螺栓直径及数量等；厚；计算地脚螺栓直径及数量等； 工艺设计工艺设计-计算理论塔板数；计算理论塔板数； 选择塔板选择塔板 效率并确定实际塔板数；效率并确定实际塔板数； 选取板间距并初步确选取板间距并初步确 定塔高；计算塔径（或空塔气速）；进行流体定塔高；计算塔径（或空塔气速）；进行流体 力学验算；力学验算； 结构设计结构设计-确定塔体结构；塔盘结构；确定塔体结构；塔盘结构； 溢溢 流装置；紧固件及支持件；流装置；紧固件及支持件； 进出口接管结构；进出口接管结构； 裙座及其它附件；裙座及其它附件； 塔设备的设计内容塔设备的设计内容 填料塔填料塔 连续式的气、液传质设

4、备连续式的气、液传质设备 填料的选择和应用填料的选择和应用 板式塔板式塔 气、液两相逐层、逆流接触气、液两相逐层、逆流接触 两相浓度沿塔高阶梯式变化两相浓度沿塔高阶梯式变化 填料塔和板式塔的比较填料塔和板式塔的比较 （1）填料塔是连续式的气液传质设备，）填料塔是连续式的气液传质设备， 两相间呈连续逆流接触并进行传质和传热，两相间呈连续逆流接触并进行传质和传热， 气液两相组分的浓度沿塔高呈连续变化。气液两相组分的浓度沿塔高呈连续变化。 （2）板式塔中气液两相间逐层逆流接触进行）板式塔中气液两相间逐层逆流接触进行 传质和传热，气液两相组分的浓度沿塔高呈传质和传热，气液两相组分的浓度沿塔高呈 阶梯式

5、变化。阶梯式变化。 填料塔的优点填料塔的优点 1、结构简单。、结构简单。 2、压力降小（大尺寸填料）。、压力降小（大尺寸填料）。 3、便于处理腐蚀性物料、便于处理腐蚀性物料、 易起泡沫的物料易起泡沫的物料 及真空操作。及真空操作。 填料塔的缺点填料塔的缺点 1、体积大、重量大。、体积大、重量大。 2、传统填料传质效率较低，、传统填料传质效率较低， 操作稳定性不好。操作稳定性不好。 3、不适于处理污浊、含尘、不适于处理污浊、含尘、 含有固体颗粒及含有固体颗粒及 易结垢物料。易结垢物料。 塔设备的选型塔设备的选型 板波纹波纹 丝网波纹填料 规整填料 金属环属环矩鞍 改进进矩鞍填 矩鞍填料 弧鞍填料

6、 鞍形填料 阶梯环 改进进鲍尔 鲍尔环 开孔环形填料 料环、十字环及内螺旋填 拉西环 环形填料 散装填料（乱堆填料） 填料 填料分类填料分类 填料填料 18 环形填料环形填料 开孔环形填料开孔环形填料 鞍形填料鞍形填料 鞍环填料鞍环填料 （金属环矩鞍填料）（金属环矩鞍填料） 规整填料规整填料 丝网波纹填料丝网波纹填料 优点优点 1、气液接触面积大、空隙率大。、气液接触面积大、空隙率大。 2、气液有规律转向和改道，接、气液有规律转向和改道，接 触均匀。触均匀。 缺点缺点 1、结构复杂、价格高。、结构复杂、价格高。 2、只能用于清洁气体和液体，、只能用于清洁气体和液体， 否则丝网容易堵塞。否则丝网

7、容易堵塞。 填料的选择填料的选择 效率效率 通量通量 压降压降 材料材料 物料的腐蚀性、操作温度物料的腐蚀性、操作温度 主要材料 金属金属 塑料塑料 陶瓷陶瓷 填料的通过能力填料的通过能力 极限通过能力极限通过能力液泛的空塔气速液泛的空塔气速 常用填料在相同压力降下通过能力的比较：常用填料在相同压力降下通过能力的比较： 拉西环矩鞍环鲍尔环阶梯环鞍环拉西环矩鞍环鲍尔环阶梯环鞍环 填料的尺寸填料的尺寸 填料外径填料外径 径比径比= 塔径塔径 推荐散装填料尺寸推荐散装填料尺寸 1、塔径、塔径300mm时，选用时，选用2025mm的填料。的填料。 2、300塔径塔径900mm时，选用时，选用2538m

8、m的填料的填料。 3、塔径、塔径900mm时，选用时，选用5080mm的填料的填料。 A填料支承装置填料支承装置 要求要求 （1）足够的强度和刚度）足够的强度和刚度 （2）足够的自由截面积）足够的自由截面积 （3）结构简单，便于安）结构简单，便于安 装，装， 能耐介质腐蚀。能耐介质腐蚀。 栅板型栅板型 气体分气体分 流型流型 整块式 分块式 波纹式 驼峰式 孔管式 填料支承装置的类型填料支承装置的类型 栅板型栅板型 气体分流型气体分流型 B液体分布装置液体分布装置 要求要求 结构简单，便于制造和安装结构简单，便于制造和安装 在不大的压力下能均匀分散液体在不大的压力下能均匀分散液体 喷淋点数的要

9、求喷淋点数的要求 通道不易堵塞通道不易堵塞 安装位置一般高于填料表面安装位置一般高于填料表面150-300mm 溢流式 孔流式 盘式 喷嘴式 莲蓬头式 喷洒式 溢流型 孔流型 槽式 压力型 重力型 管式 液体分布装置 42 管式管式 槽式槽式 喷洒式喷洒式 喷洒式液体分布装置的局限性：喷洒式液体分布装置的局限性： （1）液体需要有一定的压力才能喷洒。）液体需要有一定的压力才能喷洒。 （2）孔眼容易堵塞。）孔眼容易堵塞。 （3）当塔径较大时液体分布的均匀性较差。）当塔径较大时液体分布的均匀性较差。 （4）液体喷射到塔壁上会产生壁流。）液体喷射到塔壁上会产生壁流。 因此，对直径较大的填料塔，多采用

10、溢因此，对直径较大的填料塔，多采用溢 流型液体分布装置。流型液体分布装置。 47 盘式盘式 支承梁支承梁 分液槽分液槽 矩形升气管矩形升气管 反射式反射式 盘式液体收集器盘式液体收集器 盘式液体分布器盘式液体分布器 组合式液体组合式液体 再分布器再分布器 图1-63 多孔盘式再分布器 盘式液体盘式液体 再分布器再分布器 壁流收集壁流收集 再分布器再分布器 塔设备总体结构组成塔设备总体结构组成 塔体塔体 裙座裙座 内件内件 设备设备 接管口接管口 附件附件 分子蒸馏的条件是： 1、 高度真空:低于或等于0.1333pa； 2、保证冷凝面和蒸发面的间距与给定气压下蒸发分 子的平均自由程在同一量次；

11、 3、冷凝面的温度应该低于蒸发面50100C； 4、被蒸馏物在蒸发面应能形成连续更新、覆盖完全、 厚度均匀的薄膜，并控制停留时间。 鉴于分子蒸馏在原理上根本区别于常规蒸馏, 因而 它具备着许多常规蒸馏无法比拟的优点优点。 1.操作温度低。操作温度低。 常规蒸馏是靠不同物质的沸点差进行分离的, 而分子蒸馏是靠不同物质分子运 动自由程的差别进行分离的,因此, 后者是在远离(远低于)沸点下进行操作的。 2.蒸馏压强低。蒸馏压强低。 由于分子蒸馏装置独特的结构形式, 其内部压强极小, 可以获得很高的真空度。 同时, 由分子运动自由程公式可知, 要想获得足够大的平均自由程, 可以通过降 低蒸馏压强来获得

12、, 一般为10-1Pa数量级。 从以上两点可知, 尽管常规真空蒸馏也可采用较高的真空度,但由于其结构 上的制约(特别是板式塔或填料塔), 其阻力较分子蒸馏装置大得多, 因而真空度 上不去, 加之沸点以上操作, 所以其操作温度比分子蒸馏高得多。如某液体混 合物在真空蒸馏时的操作温度为260, 而分子蒸馏仅为150。 69 3.受热时间短。受热时间短。 鉴于分子蒸馏是基于不同物质分子运动自由程的差别而实现分离 的因而受加热面与冷凝面的间距要小于轻分子的运动自由程(即距离 很短), 这样由液面逸出的轻分子几乎未碰撞就到达冷凝面, 所以受热 时间很短。另外, 若采用较先进的分子蒸馏结构, 使混合液的液

13、面达到 薄膜状, 这时液面与加热面的面积几乎相等, 那么, 此时的蒸馏时间则 更短。假定真空蒸馏受热时间为1h, 则分子蒸馏仅用十几秒。 4.分离程度高。分离程度高。 分子蒸馏常常用来分离常规蒸馏不易分开的物质,然而就这两种方 法均能分离的物质而言, 分子蒸馏的分离程度更高。分子蒸馏的挥发 度一般用下式表示: = p1/p2 (M2 / M1)1/2。式中M1为轻组分分子量；M2为重组分分子 量；p1、p2分别是组分1和2的蒸气压。 而常规蒸馏的相对挥发度, =p1/p2。在p1/p2相同的情况下, 重组 分的分子量M2比轻组分的分子量M1大, 所以比大。这就表明分子 蒸馏较常规蒸馏更易分离,

14、 且随着M1、M2差别越大则分离程度越高。 70 从分子蒸馏技术分子蒸馏技术以上的特点可知, 它在实际的工业化应用 中较常规蒸馏技术具有以下明显的优势。 对于高沸点、热敏性及易氧化物料高沸点、热敏性及易氧化物料的分离, 分子蒸馏提供 了最佳分离方法。因为分子蒸馏是在很低温度下操作, 且 受热时间很短; 分子蒸馏可极有效地脱除液体中的低分子物质低分子物质(如有机溶如有机溶 剂、臭味等剂、臭味等), 这对于采用溶剂萃取后液体的脱溶是非常有 效的方法; 分子蒸馏可有选择的蒸出目的产物, 去除其他杂质, 通过多 级分离可同时分离两种以上的物质; 分子蒸馏的分离过程是物理过程, 因而可很好地保护被分 离

15、物质不受污染和侵害。随着工业化的发展, 分子蒸馏技分子蒸馏技 术术已广泛应用于高附加值物质高附加值物质的分离, 特别是天然物的分天然物的分 离离, 因而被称为天然品质的保护者和回归者。 71 我国在80年代末才开展刮膜式分子蒸 馏装置和工艺应用研究。该装置形成的液 膜薄，分离效率高，但较降膜式结构复杂。 它采取重力使蒸发面上的物料变为液膜降 下的方式，但为了使蒸发面上的液膜厚度 小且分布均匀,在蒸馏器中设置了一硬碳或在蒸馏器中设置了一硬碳或 聚四氟乙烯制的转动刮板。该刮板不但可聚四氟乙烯制的转动刮板。该刮板不但可 以使下流液层得到充分搅拌以使下流液层得到充分搅拌,还可以加快蒸还可以加快蒸 发面

16、液层的更新发面液层的更新,从而强化了物料的传热和从而强化了物料的传热和 传质过程。传质过程。 优点优点是:液膜厚度小,并且沿蒸发表面流 动;被蒸馏物料在操作温度下停留时间短,热 分解的危险性较小,蒸馏过程可以连续进行, 生产能力大。 缺点缺点是:液体分配装置难以完善,很难保 证所有的蒸发表面都被液膜均匀覆盖;液体 流动时常发生翻滚现象,所产生的雾沫也常 溅到冷凝面上。但由于该装置结构相对简 单,价格相对低廉,现在的实验室及工业生产 中,大部分都采用该装置。 如图所示，它的加热室由一根或数根垂直 长管组成。通常加热管径为2550mm， 管长与管径之比为100150。原料液预 热后由蒸发器底部进入加热器管内，加热