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1、精馏塔内汽液相负荷分布规律教学目的: 掌握精馏塔内汽液相负荷分布规律。 重点:精馏塔内(精馏段)汽液相负荷分布规律。 难点:精馏塔内(精馏段)汽液相负荷分布规律。 提问: 1.精馏过程的实质? 2.精馏的必要条件? 3.液相回流的作用? 4.恒摩尔流假设? 精馏过程的实质精馏过程的实质:是不平衡的气液两相,经过热 交换,气相多次部分冷凝与液相多次部分汽化相 结合的过程,从而使气相中轻组分和液相中的重 组分分别得到提浓,最后达到预期的分离效果。 精馏的必要条件:精馏的必要条件:塔板;顶部液相回流;底部气 相回流;温度差和浓度差。 液相回流的作用:液相回流的作用:提供塔板上液相;取走塔内多 余热量
2、。 恒摩尔流假设:精馏段每块塔板上升的蒸气摩尔 流量彼此相等,下降的液体摩尔流量也各自相等 ;同理,提馏段亦然。 导言:导言: 精馏塔中的气液相负荷是设计塔径和塔板水力学 计算的依据。石油是复杂的混合物,其中各组分 的分子结构、分子量都有很大差别,这就造成他 们有很宽的沸程(正因为这一点使沿塔高有较大 的温度梯度)和差别很大的摩尔汽化潜热。所以 ,对石油精馏塔来说恒摩尔流假设是不适用的。 在此,我们从热平衡的角度重新分析石油精馏塔 内部的气液相负荷分布规律。气提段相对比较简 单,我们重点分析精馏段。 精馏塔内(精馏段)汽液相负荷分布规律 塔内汽相负荷是指塔内上升的蒸气量, 对某一块塔板来说,它
3、包括该塔板以上的所有侧 线产品和塔顶产品以及该塔板以下(侧线和塔底) 吹入的过热水蒸气量和该塔板上液相回流传质后 上升的蒸气量。 液相负荷是指每块塔板上的液体内回流量。 精馏塔精馏段的汽、液相负荷的分布规律如下图 。下图为常压精馏塔精馏段汽、液相负荷分布图(无中段循环) 为什么一块板 之下最大?为什么越往上 越大? 从图中实线部分可以看出分布规律: 1气相负荷:不考虑过热水蒸气,原油进入汽化段后,其汽 相部分和从塔底汽提出来的少量轻质油蒸气上升到精馏 段,越向上行,蒸气量越大,到塔顶第一块塔板之下蒸气量 最大,经过第一块塔板后蒸气量显著减少。 2液相负荷:从塔顶送入的过冷状态的液相回流,自上到
4、 下流经第一块板后,由过冷液体回流变成饱和液相热回 流,使回流量达到最大值,以后在沿塔向下流动时逐渐减 少,且每经过一层侧线抽出板,液相负荷均突然下降,减少 量相当于侧线抽出量。到了汽化段时,如果进料没有过 汽化量,则从精馏段末一层塔板流向汽化段的液相回流 等于零。通常原油入塔均有一定的过汽化度,相当于过 汽化部分的液相回流和进料的液相部分一起向下流入汽 提段。 越往塔顶液相负荷越大的原因是: 1.越往塔顶温度越低,塔内需要取走的热量越多,需要的 回流量也就越大。 2.同时各侧线产品进塔时是温度较高的汽相,而在塔侧抽 出时是温度较低的液相,要放出大量冷凝热,这些热量逐 渐转移到塔顶。 3.塔上
5、部油品密度小,它的汽化潜热也小。 因此,为要吸收大量冷凝热,需要内回流量也就越往上越 大。 越往塔顶汽相负荷越大的原因是: 1.气相负荷=顶产品+该板以上侧线产品+下部吹入蒸气+ 液相回流传质后上升蒸气 ,其中前三项不变,而由于 液相回流越来越多则形成蒸气也必定越来越多。 2.塔上部油品的相对分子量小,所以越往塔顶蒸气体积 越大。 第一层塔板之下的液相负荷最大的原因: 由于塔顶打入的冷回流是过冷液体,入塔后先要 吸收显热,使温度升至泡点温度,然后再吸收汽化 潜热变成蒸气。而第一层塔板往下的内回流(即 热回流)为饱和液相,在汽化时只吸收汽化潜热,所 以在取走总热量大致相等的情况下,供给的冷回 流
6、量要比热回流量小。因此第一层塔板之下的液 相负荷最大,汽化后相应的蒸气量也最大。 下图为常压精馏塔(精馏段)汽、液相负荷分布图无中段循环;有中段循环回流(不包括循环量在内) 图中虚线部分为采用了中段循环回流后的汽液相 负荷分布。 1.由图可看出,由于采用了中段回流后,从塔中部 取走了一部分热量,这就减少了抽出板上方的回 流热,则需要的液相回流就少了,相应的汽相负荷 也减少了,此时,沿塔上下负荷就变得比较均匀。 2.随着中段回流取出回流热的多少不同,塔内最大 蒸气负荷可能在中段回流抽出板附近,也可能在 第一层塔板下。 优点:采用中段回流后,对现有生产塔可以提高 设备处理能力,同时又充分利用了中段回流的热 能,对新设计的塔可以减小塔径。 气提段气液负荷分布规律: 在常压精馏塔气提段,由上而下气、液相负荷越 来越小。 习题: 某石油精馏塔(冷回流)精馏段共有50块塔板 ,其中第11、22、34、45分别是一、二、三、 四侧线抽出板,第一中段循环回流抽出板是19返 回板是16,第二中段循环回流的抽出板是29返 回板是26,画出气液负荷分布图。 思考题 1在常压蒸馏塔中,为何越往塔顶内回流量及蒸汽 量都越大? 2.在塔顶采用冷回流时,为什么在第一、二层塔板 间汽、液相负荷达最大?