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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
2、再沸器、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。,(a)操作状况；
3、(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，又称为穿流式筛板塔。 淋降筛板塔因其操作弹性小现已很少使用，通常使用
4、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，其中一部分可能随气流进入上一层塔板，这种现象称为液（雾）沫夹带。,液泛
5、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
6、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
7、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
8、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.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
9、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.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
10、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2,用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
11、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3,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4,每小时将15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液，在连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
12、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。,
