精馏的分类及精馏塔的工作原理及问题分析.

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1、 二、精馏的分类 1、精馏是怎样分类的? 精馏可以从三个角度去分类。 第一、按精馏操作的方式的不同,间歇精馏 和连续精馏。 第二、按精馏操作的条件(如压力)不同, 可分为加压精馏、常压精馏、减压精馏等。 第三、按精馏分离原理的不同,可分为一般 精馏和特殊精馏。特殊精馏又包括恒沸精馏、萃 取精馏、水蒸汽蒸馏及分子蒸馏等。 2、什么是间歇精馏? 间歇精馏就是将处理的物料一次加入精馏塔 釜内,然后加热进行精馏,直到塔顶和塔釜产品 不符合要求为止。排出残余的物料后,再装入一 批物料进行精馏。其精馏塔没有提馏段和精馏段 之分。 操作时,釜液经间接加热至沸腾,釜中产生 的蒸气上升到精馏塔内,在此进行热的交

2、换和质 的交换。塔内上升的蒸气从塔顶引致分凝器;分 凝器所得冷凝液的一部分再引致塔顶部的塔板, 作为回流;而未冷凝的蒸气及另一部分冷凝液则 进入冷凝冷却器,在其中使蒸气全部冷凝,并使 馏出液冷却至一定温度进入贮槽,若需要获得不 同沸点范围的馏出液时,则应装置若干个贮槽, 按沸点范围的不同分别收集。 3、什么是连续精馏? 连续精馏指的是精馏操作连续进行、连续采 出。连续精馏的塔一般一般是由精馏段和提馏段 组成,此两段是以进料板为分界,进料板以上的 部分为进料段,进料板以下的部分为提馏段(包 括进料板)。但是少数的连续精馏塔,他们或者 只有精馏段而无提馏段,或者只有提馏段而无精 馏段。 操作时,原

3、料液经换热器换热到指定的温 度,从提馏段的最上一层塔板(即进料板)加入 塔内。如果液体进料,则物料在该板与精馏段的 回流液汇合,然后逐层下流至塔釜。在逐层下降 的同时就从液体中不断蒸出了易挥发(低沸点) 组分,从而使下流至塔釜的液态含有较多的难挥 发组分(高沸点)。把塔釜液的一部分连续引至 贮槽;另一部分送至塔底部的蒸发釜(再沸器) 加热气化。蒸发釜中产生的蒸气自塔底逐层上升 ,使蒸气中易挥发组分逐渐增浓,然后进入塔顶 分凝器。一部分蒸气在分凝器中冷凝,所得的液 体送回塔顶作为回流;其余部分蒸气或者作为气 相产品直接引出,或者进入冷凝冷却器,将未冷 凝的蒸气全部冷凝,冷凝液流至产品贮槽。 这种

4、把原料液不断地加入塔内,又从塔顶和塔釜 连续不断地采出的过程,就称为连续精馏。 4、怎样合理地选择精馏塔的操作条件? 精馏塔的操作条件主要是指温度、压力。一 般地说,主要是根据物料的性质,原料的组成, 对产品纯度的要求,设备材料的来源,工厂生产 的规模等具体情况,选择合理的操作条件。例如 对于各组分间相对挥发度相差较大的混合物采用 一般精馏;对于相对挥发度接近,甚至相等的混 合物,采用萃取精馏或恒沸精馏;对沸点高的混 合物,采用减压精馏或水蒸气蒸馏;对于沸点低 的混合物,采用加压精馏,以适当提高冷凝温度 等。 5、什么是减压精馏?在什么情况下采用减压精 馏? 在减压(低于一个大气压)下进行分离

5、混合 物的精馏叫做减压精馏。 减压下,纯物质的沸点较正常压力下要低。 减压精馏,就是借助降低系统压力,使混合液的 泡点下降,在较低压力下沸腾,以达到降低精馏 操作的温度。 不言而喻,减压精馏适用于高沸点物质的混 合物,以及在高温下精馏会引起物质的聚合或分 解变质的混合物。 6、什么是加压精馏?在什么情况下采用加压精 馏? 指塔顶压力高于大气压力下操作的精馏过程 叫加压精馏。 加压精馏常用于被分离混合物沸点较低情况 下,如在常温常压下混合物为气态的物料。如从 烃类裂解气中分离出甲烷、氢的精馏。 7、什么是减压精馏?在什么情况下采用常压精馏 ? 在大气压(常压)下操作的精馏过程叫常压精 馏。 如果

6、被分离的混合物在常压下有较大的相对 挥发度,并且塔顶物料可以用水来冷凝冷却,塔 釜物料可以用水蒸汽来加热,这时应采用常压精 馏。例如乙醇和甲醇的提纯。 7、什么是恒沸精馏? 在被分离的物系中加入共沸剂(或称共沸组 分),该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分 形成具有最低沸点的恒沸物,以致于使需要分离 的几种物质间的沸点差(或相对挥发度)增大。 在精馏时,共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔 顶蒸出,工业上把这种操作称为恒沸精馏。 恒沸精馏的过程中,所加入的共沸组分必须 从塔顶蒸出,而后冷凝分离,循环使用。因而恒 沸精馏消耗的能量较多。 8、什么是萃取精馏? 在被分离的混合物中加入萃取剂,萃取剂的

7、存在能使被分离混合物的组分间的相对挥发度增 大。精馏时,其在各板上基本保持恒定的浓度, 而且从精馏塔的塔釜排除,这样的操作称为萃取 精馏。 萃取剂的选择原则: (1)萃取剂的选择性要大。被分离组分在 萃取剂中相对挥发度的大小称为萃取剂的选择性 。被分离组分在萃取剂中相对挥发度增大的多, 分离就容易,也就是选择的萃取剂选择性大。选 择性是选择萃取剂最主要的依据。因为选择性的 大小也就是决定了被分离组分中轻重关键组分分 离的难易程度。因此塔板数的多少、回流 比的大小也与它有密切的关系。 (2)萃取剂对被分离组分的溶解度要大, 这样塔板上的液体才能形成均相,不会分层。 (3)萃取剂的沸点应比被分离组

8、分的沸点 高的多,否则萃取剂易从塔顶挥发损失掉。 (4)热稳定性、化学稳定性要好,无毒性 ,不腐蚀设备。 (5)回收容易价格易得。 三、塔型的分类及精馏所用设备 1、塔的分类 按压力-加压塔、常压塔、减压塔 按单元操作-精馏塔、吸收塔、解吸塔 、萃取塔、反应塔、干燥塔等 按支承方式-框架塔、自支承式塔 按塔内件结构-板式塔、填料塔 2、常用的精馏塔有哪些结构形式呢? 对精馏过程来说,精馏设备是使过程得以进 行的重要条件。性能良好的精馏设备,为精馏过 程的进行创造了良好的条件。它直接影响到生产 装置的产品质量、生产能力、产品的收率、消耗 定额、三废处理以及环境保护等方面。 常用的精馏塔型式有填料

9、塔和板式塔,填料 塔有拉西环填料塔、鲍尔环填料塔、鞍型填料塔 、波纹填料塔、丝网填料塔、丝网波纹填料塔等 。丝网波纹填料塔因其在保持高传质效率的前提 下,降低了造价,也越来越受到青睐。对于甲醇 来说予塔采用这种塔型的为数不少。 板式塔主要有泡罩塔、筛板塔、浮阀塔等等 。 无论采用哪种塔都必须以下共同的要求: (1)具有适宜的流体力学条件,达到汽液两相 的良好接触。 (2)结构简单,制造成本低,安装检修方便。 在使用过程中耐吹冲,局部的损坏影响范围小。 (3)要求有较高的分离效率和较大的处理量, 同时要求在宽广的汽液负荷范围内塔板效率高而 且稳定。 (4)蒸气通过塔的阻力小,压降小。 (5)塔的

10、操作稳定可靠,反应灵敏,调节方便 。 3、丝网波纹填料的结构形式 金属丝网波纹填料简称金属丝网填料。金 属丝网波纹填料是目前世界各国应用比较广泛的 高效填料,它是由若干平行直列的金属波纹网片 排列组成的圆盘状填料,波纹对轴线倾角30度或 45度,相邻两片波纹片方向相反。金属丝网波纹 填料具有比表面积大、孔隙率大、重量轻;气相 通路倾角小、有规则、压降低;径向扩散良好、 气体接触充分、几乎没有低负荷极限、操作弹性 大等特点。适用于难分离和热敏性物系的常压精 馏、真空精馏等。流体流动的阻力小,压力损失 大约等于高度相同的泡罩塔的2550,结 构简单,钢材用量少,造价低,安装方便,填料 便于用耐腐蚀

11、的材料制造。 它的缺点是:填料塔中,填料容易污染和堵 塞,不适于用作有固体悬浮物和易产生聚合的混 合液的蒸馏分离。操作稳定性较差。 4、泡罩塔盘 泡罩塔如图所示,其传质元件为泡罩,泡罩 分圆形和条形两种,多数选用圆形泡罩,如图( b)所示。其尺寸一般为80,100,150(mm )三种直径,泡罩边缘开有纵向齿缝,中心装升 气管。升气管直接与塔板连接固定。塔板下方的 气相进入升气管,然后从齿缝吹出与塔板上液相 接触进行传质。由于升气管作用,避免了低气速 下的漏液现象。为此,该塔板操作弹性,塔效率 也比较高,运用较为广泛。最大的缺点是结构复 杂,塔压降低,生产强度低,造价高。 优点: 1)操作弹性

12、大,在气、液负荷波动较大时仍能 保持较恒定的塔板效率。 2)对物料适应性强,塔板不易堵塞。 缺点: 1)结构复杂,金属耗量大,造价高,安装和维 修不方便。 2)气体压力降大,雾沫夹带较严重,因此限制 了气速的提高,生产能力不大。 3)不好操作,液体或蒸汽流量很小时,会形成 气液接触不良或蒸汽流动的脉动;反之会形成雾 沫夹带、液泛等。 5、浮阀塔盘 F-1型 V-4型 A型 十字架型 方形浮阀 50年代开始启用的一种新型塔板,后来又逐渐出现 各种型式的浮阀,其型式有圆形、方形、条形及伞形等 。较多使用圆形浮阀,而圆形浮阀又分为多种型式,如 图所示。 浮阀取消了泡罩塔的泡罩与升气管,改在塔板上开

13、孔,阀片上装有限位的三条腿,浮阀可随气速的变化上 、下自由浮动,提高了塔板的操作弹性、降低塔板的压 降,同时具有较高塔板效率,在生产中得到广泛的应用 。 优点: 1)结构紧凑,生产能力大。 2)蒸汽以水平方向吹入液层,阻力小,气液接触时间 长且接触状况良好,故雾沫夹带少,塔板效率高。 3)浮阀可根据气量大小上下浮动,操作弹性大。 4)浮阀结构简单,安装容易,造价较低。 缺点: 在结构、生产能力、塔板效率等方面不及筛板塔,有待 进一步的改进。 6、筛板塔 筛板塔盘去掉泡罩和浮阀,直接在塔板上, 按一定尺寸和一定排列方式开圆形筛孔,作为气 相通道。气相穿过筛孔进入塔板上液相,进行接 触传质。如图所

14、示。其结构简单,造价低廉,塔 板阻力小。 开始由于对筛板塔性能缺乏了解,操作经验 不足,则认为筛板塔盘易漏液、操作弹性小、易 堵塞,使应用受到限制。后经研究和操作使用发 现,只有设计合理操作适当,筛板塔仍可满足生 产所需要弹性,而且效率较高。若将筛孔增大, 堵塞问题也可解决。目前,以发展为广泛应用的 一种塔型。 筛板塔优点: 1)结构简单,制造容易,造价低。 2)塔板效率较高,生产能力大。 3)对物料的适应性强,不易堵塞。 筛板塔缺点: 1)操作弹性小,需保持较稳定的气、液流 速。 2)小孔径筛板易堵塞,不适宜处理脏的、 粘性大的和带固体颗粒的料液。 7、CTST塔 1)CTST塔盘的基本结构 喷射罩 端板喷射板底隙 分离板 2)工作原理:立体传质塔盘CTST为独特 的立体结构,其核心部件汽液接触传质,传 质元件是梯形喷射罩;塔板采用矩形开孔,矩形 开孔上方设置梯形喷射罩;罩的侧面为带筛孔的 喷射板,两端为梯形的端板,上部为分离板,在 喷射板与分离板之间设汽液通道。喷射板与塔板 间有一定的底隙,为液体进入罩体的通道,分离 板的作用,一是提供气液接触空间,二是使气液 两项有效分离,减少雾沫夹带。 8、精馏操作中常用的几种回来方法?各有什么 特点? 按回流方式的不同,可以分为自然

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