精馏设备及精馏塔操作

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1、精馏塔及精馏塔的操作一、精馏塔 基本功能：为气液两相提供充分接触的 机会，使传热和传质过程迅速而有效地 进行；并且使接触后的气、液两相及时 分开，互不夹带。 类型：板式塔(plate tower)和填料塔 (packed tower)化学工业出版社 板式塔结构图1-塔体 2进口堰 3受液盘 4降液管 5塔板 6出口堰思考：（一）板式塔的主要结构？ 塔体圆柱形常用钢板焊接而成，有时也将其分 成若干塔节，塔节间用法兰盘联接。 溢流装置 包括出口堰、降液管、进口堰、受液 盘等部件。1-塔体 2进口堰 3受液盘 4降液管 5塔板 6出口堰辅助设备 精馏装置的辅助设备主要是各种型 式的换热器，包括塔底再

2、沸器、塔 顶冷凝器、料液预热器、产品冷却 器，另外还需管线以及流体输送设 备等。塔板及其构件思考：（二）板式塔的气液流动类型？每块塔板上，气液间的相对流向有两种类型错流式 液体沿水平方向横过塔板，气 体则沿着与塔板垂直方向由下而上穿过板上 的孔通过塔板，气液两相呈错流。特点是具有降液管，降液管为液体从一块 塔板流到下一块塔板提供了通道。筛板塔、泡罩塔、浮阀塔等属此种类型。逆流式 气液均沿与塔板相垂直的方 向穿过板上的孔通过塔板。特点是没有降液管，淋降筛板塔气液 间的相对流动即属此种类型。操作时塔板上都有积液，气体穿过板 上小孔后在液层内生成气泡，泡沫层为 气液接触传质的区域。思考：（三）板式塔

3、的类型及特点？ 1.泡罩塔的主要结构及特点(a)操作状况；(b)板面布置；(c)圆形泡罩泡罩塔特点：操作平稳并有完整 的设计资料和部分标准；操作弹 性大。 缺点：结构复杂、压降大、造价 高，已逐渐被其它的塔型取代， 新建塔很少再用此种塔板。2.筛板塔的主要结构及特点筛孔型塔板筛板塔的特点：结构简单、造价低、生产能 力大、板效率高、压降低，已成为应用最广 泛的一种。3.浮阀塔的结构及特点 浮阀（F-1型）浮阀塔具有的特点：生产能力大塔板效率高操作弹性大结构简单、安装方便。 4.淋降筛板塔淋降筛板塔即没有降液管的筛板塔， 也称为无溢流型筛板塔。这种塔内任一 块塔板上气液都穿过筛孔，又称为穿流 式筛

4、板塔。 淋降筛板塔因其操作弹性小现已很少使 用，通常使用的是其改进型的波纹板塔 。思考：（四）板式塔的流体力学现象塔板上气液接触状况鼓泡接触状态 ：蜂窝状接触状况 ：泡沫状接触状态 ：喷射接触的状态 ：塔板上的不正常现象 漏液 正常操作时，液体应横穿塔板， 在与气体进行充分接触传质后流入降液 管。但当气速较低时，液体从塔板上的 开孔处下落，这种现象称为漏液 (weeping)。严重漏液会使塔板上建立不 起液层，会导致分离效率的严重下降。气泡夹带：液体在下降过程中，有一部分该层 板上面的气体被带到下层板上去，这种现象称 为气泡夹带。液（雾）沫夹带：气体离开液层时带上一些 小液滴，其中一部分可能随

5、气流进入上一层 塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。液泛 当塔板上液体流量很大，上升气体 的速度很高时，液体被气体夹带到上一层 塔板上的流量猛增，使塔板间充满气液混 合物，最终使整个塔内都充满液体，这种 现象称为夹带液泛。因降液管通道太小，流动阻力大，或因其 它原因使降液管局部地区堵塞而变窄，液 体不能顺利的通过降液管下流，使液体在 塔板上积累而充满整个板间，这种液泛称 为溢流液泛。（五）填料塔与板式塔的比较 1.填料塔操作范围较小，特别是对于液 体负荷的变化更为敏感。当液体负荷较 小时，填料表面不能很好的润湿，使传 质效果急剧下降；当液体负荷过大时， 则易产生液泛。设计良好的板式塔，则 具有较

6、大的操作范围。2.填料塔不宜于处理易聚合或含 固体悬浮物的物料，而某些类型 的板式塔（如大孔径筛板、泡罩 塔等）则可以有效的处理这些物 系。另外板式塔比填料塔易于清 洗。3.当气液接触过程中需要冷却以移 除反应热或溶解热时，填料塔因涉 及液体均布问题而使结构复杂化。 板式塔则可以较容易地在塔板上安 装冷却盘管。 4.填料塔适于生产规模较小的场合 。而板式塔塔径一般不小于0.6m， 否则安装困难。5.板式塔的设计资料易得可靠，因 而板式塔的设计比较准确。 6.普通填料塔因结构简单，所以直 径800mm以下的造价一般较板式塔造 价便宜。直径大时则昂贵。 7.对于易起泡物系，填料塔更为适 合，因为填

7、料对泡沫有限制和破坏 作用。8.填料塔可处理强腐蚀物系，因可 采用瓷质材料。 9.对于热敏性物系宜于采取填料塔 ，因为填料塔内的持液量比板式塔 少，物料在塔内停留时间短。 10.填料塔的压降比板式塔的压降小 ，因而对减压操作更为适宜。此外 也降低能耗。二、精馏塔的操作（一）开车前的准备工作 1.检查所有阀门是否操作灵活，是否处于合 适的开关位置。 2.检查压力表、温度表、液位计是否能正常 使用。 3.检查冷却水或冷冻盐水的供给是否正常。 4.启动进料泵，打开通向塔釜的进料阀，待 液位高度达到要求后，关闭进料阀，停泵。 5.检查加热蒸汽（或其它加热介质）是否达 到要求。 （二）板式塔开车的操作步

8、骤1.蒸汽加热时，缓慢打开加热阀门 。电加热时，打开加热电源开关， 调节可调电位计至要求值。同时打 开通向塔顶冷凝冷却器上水阀门。2.建立回流 在全回流情况下继续加热， 直到塔温、塔压均达到规定指标，产品质 量符合要求。 3.进料与出产品 打开进料阀进料，同时 从塔顶和塔釜采出产品，调节到指定的回 流比。 4.控制调节 对塔的操作条件和参数逐步 调整，使塔的负荷、产品质量逐步且尽快 地达到正常操作值，转入正常操作。 (三）板式塔停车操作步骤 1.停止进料，关进料阀门，停进料泵。 2.稍后停蒸汽，关闭蒸阀门。或关电加热器电源开 关。 3.待釜温降到规定温度，关闭塔顶冷凝冷却器的上 水阀门。 4.

9、关闭塔顶出料阀。 5.打开塔釜排液阀门，排净釜残液（此步只有在板 式精馏塔检修时才操作）。 6.检查各阀门、仪表等各控制点是否处于停车状态 。 （四）板式塔操作不正常现象及处理方法 塔顶温度不稳定 釜温及釜压力不稳定 釜液面不稳定 釜温突然下降，提不起温度 系统压力增高 淹塔 教材P178精馏塔操作案例分析医药胰岛素生产过程中，萃取剂酒精的回收 。由于萃取剂的量不是很大，可以用带蒸馏 釜的精馏塔回收得工业级酒精： 一、解决方法： 二、操作方法： 三、不正常现象分析： 见网络教材总结本节课主要内容： 1.板式塔的主要结构及特点 2.板式塔的类型及特点 3.漏液、气泡夹带、液沫夹带、液泛现 象 4

10、.精馏塔开、停车步骤 5.不正常现象及处理方法思考题： 1.如何解释漏液、气泡夹带、液沫夹带、液 泛现象？对精馏操作有何影响？ 2.化工生产中，常用的板式塔类型？为什么 ？ 3.塔顶温度发生变化时，说明什么问题，如 何处理？ 4.精馏操作出现压力、温度过高时，可能有 哪些原因引起，应如何调节？练习题1在常压连续精馏塔中，分离两组分理想溶液 。原料液组成为0.5（摩尔分率，下同），饱 和液体进料。馏出液组成为0.9，釜液组成为 0.05。操作回流比为最小回流比的2倍。操 作条件下平均相对挥发度为3。试求：（1） 提馏段操作线方程；（2）离开第2层理论板 （从塔顶往下计）的气相 y2。练习题2v用

11、常压连续精馏塔分离含苯44%（摩尔百 分率，下同）的苯-甲苯的混合液。要求塔顶 产品含苯97%，塔底产品含苯不超过2%， 泡点回流，泡点进料，回流比为3，操作条件 下全塔的平均相对挥发度为2.47。试用图解 法求所需的理论板数和最佳加料位置。练习题3v在精馏塔中分离相对挥发度为2.0的AB液 体混合物，原料液中A的摩尔组成为0.48， 馏出液是0.95，残液中是0.03，回流比是 最小回流比的2倍，沸点进料。（1）用图解 法求理论塔板数和加料板位置。（2）若总板 效率为70%，求精馏塔实际板数并说明精馏 段和提馏段的实际板数。练习题4v每小时将15000kg含苯40%和甲苯 60%的溶液，在连

12、续精馏塔中进行分离，要 求釜底残液中含苯不高于2%，（以上均为 摩尔分率），塔顶轻组分的回收率为71.1% ，操作压力为101.3kPa。试求流出液和釜 底残液的流量和组成，以摩尔流量和摩尔分 率表示。练习题5用常压精馏塔分离双组分理想溶液，泡点进 料，进料量100kmol/h，加料组成为0.5( 摩尔分率，下同)塔顶产品组成XD=0.95， 产量D=50kmol/h，回流比R=2Rmin， 相对挥发度为3。求:(1)最小回流比Rmin ；(2)精馏段和提馏段上升蒸汽量；(3)求出 精馏段和提馏段操作线方程。习题6某精馏塔用于分离苯-甲苯混合液，泡点进料， 进料量30kmol/h，进料中苯的摩尔分率为 0.5，塔顶、塔底产品中苯的摩尔分率分别为 0.95和0.10，采用回流比为最小回流比的 1.5倍，操作条件下的平均挥发度为2. 40。 (1)求塔顶、塔底的产品量。 （2）最小回流比Rmin （3）列出精馏段操作线方程。 （4）若泡点回流，求离开第二块板的液体组成 。