低温精馏原理及精馏塔.ppt

1、低温整流原理及精馏塔，1 .摘要，低温法空气分离阶段：首先液化加工空气，然后利用氧、氮等组分的沸点差异进行整流的方法分离空气，得到氧和氮。由两个茄子沸点不同的物质(如氧和氮)组成的混合液体，吸收热量，部分蒸发时挥发性成分氮蒸发得更多。混合蒸汽释放热量，部分凝结时，挥发组氧气凝结得更多。当温度高的饱和蒸汽与温度低的饱和液体接触时，蒸汽将热量释放到饱和液体中。蒸汽放出热量时，部分凝结，液体吸收热量，部分蒸发。蒸汽部分凝结时，氧气凝结得比较多，蒸汽低沸点组(氮)的浓度提高了。部分蒸发和部分冷凝后，氮浓度高的蒸汽和氧浓度高的液体分别与温度不同的液体和蒸汽接触，部分冷凝和部分蒸发再次发生，蒸汽中氮浓度和

2、液体中氧浓度进一步升高的过程进行多次，蒸汽中氮浓度升高，液体中氧浓度升高，最终氧气、牙齿的过程称为整流。精馏塔内的空气如何与氧气和氮分离，压缩空气除去水分、二氧化碳后，在换热器中冷却、膨胀(在中压过程中)，然后送到下塔的下塔，用作下塔的上升器。因为含有氧21，所以在0.6MPa时对应的饱和温度为100.05K。冷凝蒸发器中凝结的液氮从下塔顶部流下来，用作回流液。因为含氧量为0.011，所以0.6Mpa的饱和温度约为96.3K。由此可见，精馏塔下部的上升蒸汽温度高，塔顶下游的液体温度低。哈塔的上升器每次通过塔板，都会遇到低于该温度的液体，气体本身的温度降低，一些蒸汽凝结成液体。因为氧气是挥发性成

3、分，所以氮是挥发性成分，在冷凝过程中，氧气比氮凝结得更多，所以剩下的蒸汽中氮的浓度会升高。这样一次，一次，一次，一次，一次，一次，一次，一次，一次，一次，一次，一次。这部分氮被诱导到冷凝蒸发器，释放热量后，全部凝结成液氮，其中一些从上到下流向下塔回流液。在液体下游的过程中，每次通过塔板，每当遇到下面上升的温度高的蒸汽，就吸收热量，部分液体就会汽化。气化过程中，氮是挥发成分，氧是挥发成分，所以氮蒸发的次数比氧气多，剩下液体中氧的纯度就会提高。这样一次进行一次，到达塔顶后，可以得到氧气含量为3840的油孔。因此，经过哈塔的整流，空气可以初步分离为含氧3840的油孔和含氮99以上的液氮。然后经过育空

4、节流降压，送到上塔中部，用作进一步整流的原料。和下塔整流的原理一样，液体滞留时多次蒸发，氮蒸发了很多，下游液体的氧浓度继续上升，到达塔顶底部，就可以得到含氧99.299.6的液氧。油孔供应区塔底塔板上的整流是提高挥发成分的浓度，称为除油团。牙齿部分液氧从冷凝蒸发器中吸收热量，蒸发到气体氧中，在0.14Mpa时温度为93.7K左右。部分氧气作为产品诱导，大部分用作上层建筑的上升器。在上升过程中，部分蒸汽凝结，蒸汽的氮含量不断增加。上塔中部液孔入口的上升期中有更多的氧气组，所以放了它，氧气损失太大，需要重新整流。从冷凝蒸发器中抽出99%以上含氮液氮，送到塔顶，用回流液部分冷凝蒸汽多次，回流液部分蒸

5、发多次。其中氧气在液相中残留很多，氮蒸发到气相，到达塔顶，可以得到含氮氮氮的99%以上。为了进一步提高蒸汽中低沸点组(氮)的浓度，从液氮供应区到有功供应区，称为整流团。如果需要纯氮产品，必须重新精馏才能获得氮99.99%的纯氮产品。这就是精馏塔内将空气分离为氧和氮的过程。2段精馏塔内的温度、压力确定，1)上层顶压力和温度确定上层顶上压力克服氮通过各换热器流动的情况，等于阀门和管道阻力及排放所需压力的总和。P塔顶部=P设备P倍氮=0.015 0.105=0.12MPa塔顶部的温度与顶部压力和氮浓度有关，根据顶部压力和氮浓度，可以根据空气检查、液体平衡图获得塔顶部温度。t塔顶=78.16K，2)塔

6、顶压力和温度的确定。上塔的底部压力是指上塔最后的塔板下，液氧面的压力。相当于塔顶加上塔板的总阻力。P常塔底部=P常塔P常塔顶部=0.015 0.12=0.135MPa常塔底部温度是液氧面上氧的饱和温度，由氧纯度和压力决定。根据底部压力和氧气浓度检查空气，看看液体平衡图，就能得到塔底部温度。(威廉莎士比亚，哈姆雷特，氧，氧，氧，氧，氧)T塔顶=92.8K，3)冷凝蒸发器中液氧的平均压力和平均温度的确定。冷凝蒸发器液氧面的压力是上塔底部的压力。液氧的底部压力等于液氧表面的压力和液氧柱产生静态压力。P液氧底=P上塔底H液氧*液氧密度T液氧平均=(T液氧面T液氧底)/2，4，5)下塔底压力的确定下塔底

7、压力等于下塔顶加上塔板总阻力。P下塔底部=P下塔P下塔温度等于下塔饱和空气温度、2级精馏塔的材料平衡和能量平衡、水量平衡：即进入塔的空气量等于进入塔的分离氧、氮之和。组平衡：空气分离后得到的每组气体中的一组总和等于加工空气中两个茄子组件的数量。能量平衡：也就是说，进入塔的热量(包括冷水)之和必须等于塔产品的热量之和。哈塔的物料平衡和能量平衡，V球=V液孔V液氮V球y球=V液孔x液氮x液氮V液氮V球h球q冷=V液孔h液氮q冷，上塔的物料平衡和能量平衡， V氧V氮=V液孔V液氮=V空V空y空气=V氧y氮V氧h氮h氮h氮h氮=V液孔h液氮h液氮Q主冷却Q中运行冷却，整个塔的物料平衡和热平衡，氧提取率

8、氧提取率=V氧y氧/V空y空V空Q=V氧，回流比整流回流比大时得到的气相氮纯度高，液氧纯度低。回流得时间气相氮纯度低，液相氧纯度高。这是因为温度高上升期和温度低的下游液体混合在塔板上进行热交换后，理想情况下温度可以一致。也就是说，可以达到相同的温度。牙齿温度介于原始气体、液体温度之间。如果逆流比大，即下游的冷液体多，或上升的蒸汽少，气-液混合温度一定会偏冷液体的一侧，如果上升蒸汽的温度大幅下降，蒸汽就会凝结。氧气是挥发成分，因此氧气组凝结的话，会有很多，所以离开塔板的上升气体的氮浓度也会迅速提高。每个塔板都是这样，所以从塔顶得到的气体氮纯度很高。另一方面，由于气液混合温度偏向低温液体的一侧，下

9、游液体的温度上升较小，液体蒸发的氮成分也较少，因此离开托盘的下游液体的氧气浓度缓慢升高。David aser，Northern Exposure(美国电视电视剧)，所有塔板都是这样的，因此塔里液体的氧浓度很低。回流比时间与上述相反，不再重复。整流工作条件的调整实际上是改变塔内各个部位的回流比大小。工人们常说的精馏塔温度高实际上是指回流比小。水温低是回流比大的情况。调整塔纯度是调整常塔纯度的基础。双级精馏塔分离空气的方法是，先将空气从下塔分离到富氧的液孔和液氮中，然后送到上层，分离到纯氧和纯氮产品中。由此可见，如果下塔提供的中间产品不合格，上塔很难生产纯度和数量都符合要求的氧气、氮产品。这是因为

10、在设计塔的时候，根据氧气、氮产品的数量和一定的液孔量和液氮量计算了上塔的回流比，然后根据液孔和液氮的纯度和回流比，以及一定的操作压力，确定了分离合格产品所需的塔板数。(威廉莎士比亚、温斯顿、氮、氮、液体、液体、液体、液体、液体)对于全低压过程中的上层，还必须考虑膨胀空气的影响。也就是说，液体空气、液氮的数量和纯度、充气空气进入上层塔的状态和数量都得到满足，在规定的工作压力下，必须经过这么多塔板的整流，才能获得纯度和数量都可以接受的产品。如果液孔和液氮的纯度和数量发生变化，上塔逆流费一定会发生变化。用这么多塔板蒸馏，纯度和数量都不能得到符合要求的产品。因此，下塔工程条件的调整，成为了上塔取得合格

11、产品的基础。为什么整个低压空分设备能直接把充气空气送到塔里？整个低压空分设备的冷量大部分由膨胀机产生。整个低压空分设备的工作压力是下部塔的工作压力，0.550.65MPa。牙齿压力的气体在膨胀机膨胀冷冻后压力为0.13MPa左右，所以像中压过程一样，放在下塔里参与整流是不可能的。膨胀的空气仅在换热器内回收冷量，不参与精馏，牙齿部分加工空气中的氧和氮就不能提取，一定会影响氧、氮的产量和提取率。在全低压空气分离设备的上塔中，整流部的回流比最低回流要多，因此可以利用不必要的回流液的整流潜力。因此，通过将膨胀的空气直接送到塔上参与蒸馏，可以回收膨胀空气中的氧气和氮，从而提高氧气提取率。全低压空气分离设

12、备将膨胀空气直接送上塔，因此，冷却量的变化会引起膨胀量的变化，势必影响上塔的整流。制冷与整流的密切关系是全低压空气分离设备的最大特点。进入塔的膨胀空气量受某些条件限制，进入塔的膨胀空气杨怡增加，整流区的回流比相应减少。为了达到所需纯度的氮产品，需要安装更多的塔板数。逆流费设置了无数塔板，达到需要氮纯度的数值时，这时逆流费称为最小逆流费。进入塔的膨胀空气量首先受最小回流比的限制。回流比越接近最小回流比，确保产品纯度所需的托盘数越快，投资增加、托盘阻力增加、工作压力增加、能耗增加等。因此，充气空气进入塔后的回流比必须大于最小回流比。要求氮的纯度低的话，最低回流比也会降低，能进入塔的膨胀空气的杨怡会

13、更多，此时氧气的萃取率也会相应降低。此外，如果油孔纯度高，油孔量小，相应的液氮量会增加。这可以增加整流团的回流比，适当增加可进入塔的膨胀空气量。氧气的纯度有点低，可以进入的膨胀空气量也可能更多。总之，进入塔的膨胀空气量要综合考虑逆流比、塔板数、氧、氮、液孔纯度等多种茄子因素的影响。这样不仅可以保证产品纯度，不会降低太多氧气提取率，还可以提供适量的充气空气，而不会过度增加塔板数和能耗。，观察哪些因素影响托盘阻力的变化，托盘阻力对操纵有什么实际意义。筛孔直径大小、托盘开口率、液体的密度、液体的表面张力、液层厚度、蒸汽的密度、蒸汽通过筛孔的速度等影响托盘阻力的因素很多。其中蒸汽和液体的密度以及液体的

14、表面张力在生产过程中几乎没有变化。孔径大小和开放率是固定的，但如果筛孔被固体二氧化碳或硅粉堵塞，就会发生变化，阻力变大。此外，液体层厚度和蒸汽的筛孔速度取决于下游液体量和上升的蒸汽量，操作过程中也可能发生变化，影响托盘阻力的变化。特别是筛孔速度对阻力的影响，以平方关系有很大的影响。因此，在实际工作中，通过塔内各部分的阻力变化，可以判断塔内工作条件是否正常。如果阻力正常，就可以看出塔里蒸汽的上升速度和下游液体的杨怡正常。阻力越高，上升蒸汽量可能太大，或塔板体球受阻。如果塔的风量、充气风量、氧气、氮、五氮去除量都正常，即上升气流不变，那么任何下游液体的杨怡光标塔板的液层就会变厚，塔板阻力也会增加。

15、如果阻力超过正常数值，发生波动，塔中很可能发生液体弦。阻力太小时，上升汽量太少，蒸汽无法支撑塔板上的液体，从而导致液体泄漏的现象。因此阻力大小往往可以作为判断工作条件是否正常的重要手段。塔顶压力低有什么好处？上塔的低温产品气体从塔中出来后，必须通过换热器回收冷量，再热，然后离开装置。上塔的压力必须能够克服气体通过换热器时的阻力。但是，要求必须尽可能低，前提是满足要求。这是因为1)冷凝蒸发器中凝结的液氮的杨怡保持不变，如果主冷温差不变，上塔压力降低，下塔压力相应自动减小。通常，上塔压力为0.01MPa，下塔压力为0.03MPa。对于全低压除氧器，随着下塔压力的降低，空压机的排气压力也可能降低，立

16、塔风量增加，从而提高氧气产量，降低制氧机的能耗。2)上下塔压力降低，可以改善上下塔的整流条件。压力低时，液体中一组的含量与其上方平衡的蒸汽中同一组的含量相比，差异更大，因此压力高时牙齿差异减少。(威廉莎士比亚，哈姆雷特，压力名言) (威廉莎士比亚，压力)气体，液体浓度差异越大，氧气，氮的分离效果越好。也就是说，在塔板数不变的情况下，压力较低，有助于提高氧和氮的纯度。因此，操作时要尽量减少塔压力。必须指出，上层压力的减少是有限的。氧气、氮产品的排放压力有一定的要求，所以在排放过程中还必须克服换热器和管道的阻力。为什么主冷液氧的变化是判断制氧冷量是否足够的主要标志？当空分设备的工作条件稳定时，装置

17、的冷却能力与冷量消耗平衡，装置内各部分的温度、压力、面额等参数不再随时间变化。主冷是上下塔的连接，来自下塔的上升氮在主冷中释放热量并凝结，来自上塔的回流液氧在主冷中吸收热量并蒸发。回流液量和蒸发量相等时，液面不变。加工空气进入下塔时，有一定的“浸渍”牙齿，即小部分是液体。大部分空气将在主冷液化。低压空分设备中，进入塔的空气混合了主换热器的冷端空气和通过液化气的空气。正常情况下，它们进入塔的综合状态都有一定的“湿度”(“液化率”)。进入塔的空气状态由空分设备内的换热系统和冷却系统保证。装置的冷空气增加，冷却量不足，进入塔的空气湿度降低，主冷凝结氮的杨怡增加，主冷的热负荷增加，液氧蒸发量相应增加，液氧面也减少。如果冷却量太大，主冷的热负荷减少，液氧蒸发量减少，液氧面上升。因此，装置的冷量是否平衡，首先反映在主冷面的变化上。增加加工风量对整流条件有何影响，应采取什么适当措施？加工风量增加，精馏塔内的上升蒸汽增加，主冷内所需凝结液体的数量也相应增加，不影响塔内的回流比。增加的气量在一定范围内，氧气和氮的纯度基本保持不变，产量将随着风量的增加按比例增加。但是，随着主冷中冷凝液体杨怡的增加，主冷的热负荷增加。传热面积不足时，主冷的温差必