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。加压塔、常压塔、减压塔加压塔、常压塔、减压塔 精馏塔、吸收塔、

2、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-

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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2538mm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

8、。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

9、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

10、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；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

11、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, 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。693.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(

12、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/

13、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, 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

14、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

15、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