气体分馏知识

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1、气体分馏知识第一部分:基础知识1压力和压强的概念是什么？垂直作用在物体表面的力称为压力。垂直作用在物体表面单位面积上的力称为压强。（压力控制是分馏操作的四大控制参数之一：压力、温度、液位、流量）2压力的表示有几种？它们之间有什么关系？压力的表示方式有三种：即绝对压力，表压，负压或真空度。 绝对压力是指介质所受的实际压力。表压是指绝对高出大气压力部分的压力，即：P表=卩绝一卩大真空度是指绝对压力低于大气压力部分的压力，即：P真=卩大一卩绝3相的概念是什么？相是指物系中具有相同物理和化学性质的任何均匀部分。分为气、液、固三 相。如常见的水、大气、冰等；化工生产中常见的是气、液相。4相平衡的概念是什

2、么？相平衡表现在什么地方？什么是液体的蒸汽压？在一定温度和压力下，保持气液两相共存，随着液体的蒸发，经过相当的时 间后，气体分子逸出和返回液面速度相等，两相的温度相等，气体分子尽管仍然 出入于汽液界面，但系统中汽液两相的相对量以及组分在两相中的浓度分布 都不再变化，此时的状态称为相平衡状态，也称气、液相平衡。相平衡是一种动 态平衡，它随外界条件的变化而改变，精馏过程存在的相平衡具体表现在每一层 塔盘上。（我们要了解三大平衡：物料平衡、热量平衡、相平衡）处于相平衡状态下的蒸汽，称为饱和蒸汽；在此温度下，饱和蒸汽所具有的 压力，称为饱和蒸汽压或简称蒸汽压。泡点：所谓泡点就是将混合液体加热，液体刚刚

3、开始汽化（出现第一个气泡） 时的饱和液体温度；露点：是将混合气体冷凝刚刚开始冷凝（出现第一滴液体）时的饱和气体温 度。5精馏原理（1）、分馏概念 利用混合物中各组分的沸点不同（即挥发度不同），将混合 物切割成不同沸点的馏分，这种分离方法叫分馏或精馏。（2）、精馏原理精馏塔中的汽、液两相，在塔盘上的逆流多次接触中，汽相中的重组分多次 部分冷凝，液相中轻组分多次部分汽化，使用这种多次的部分汽化和部分冷凝的 方法分离混合物，得到理想的产品，这就是精馏。精馏的实质就是汽、液两相间不断传质、传热的过程，也就是多次同时汽化和冷凝的方法使液体混合物得到精密分馏的过程。精馏过程的传质、传热具体表现在精馏塔的每

4、一层塔盘上。（3）、分馏和精馏的区别分馏：各产品馏程较宽，各组分间的沸点差异较大，因此，分馏过程是渐次 汽化，渐次冷凝的过程，分离过程较粗。精馏：各产品馏程较窄，各组分间的沸点接近，因此，精馏过程是多次汽化， 多次冷凝的过程，分离过程较细。精馏过程是在精馏塔内进行的。1）在精馏过程中，每一层塔盘都是一个汽一液平衡接触级，每一级都是 汽液两个进料；2）精馏过程是一系列平衡汽化和平衡冷凝的有机结合，在工艺上表现为 一系列接触级的有机结合；3）为了创造以上两个条件，每一级顶部必须提供温度较低而轻组分浓度较高的液相回流，底部提供温度较高而重组分浓度较高的汽相回流，在顶部液相 回流和底部汽相回流的协作下

5、，各接触级才具备了相间浓度差别和温度梯度；4）每一个接触级必须提供汽、液两相密切接触的设施，即塔盘。（6）、精馏段和回流的作用 精馏段：精馏塔进料位置以上的各层塔板称为精馏段。其作用是将进料中 和提留段来的蒸汽轻组分提浓，在塔顶得到的是含重组分极少合乎质量要求的轻 组分产品。回流作用：回流的作用是提供塔板上的液相回流，以达到汽、液两相充分接 触、传质、传热的目的；另一方面取走塔内剩余的热量，维持全塔的热平衡，以 利于控制产品的质量。根据回流作用有塔顶回流、循环回流、热回流、冷回流、塔内气相回流、塔 顶液相回流等，其中：冷 回 流 将部分塔顶产品以过冷液体状态打入塔内，控制塔顶温度 提供塔内回流

6、，保证产品质量。热 回 流 将塔顶油气部分冷凝成液体做回流，回塔温度与塔顶温度 相同，只吸收汽化热的回流，主要控制塔顶温度。循环回流 将塔侧线的部分液相馏份抽出，经换热冷却后，重新送 回抽出板的上方一块或几块塔板处，作为回流，主要作用是取走塔内过剩热量， 提供部分内回流。（7）、什么是回流比？如何计算？回流比是根据什么选择的？对生产有什么 影响？回流比是指塔顶回流量和塔顶馏出产品量之比。回流比=回流量（吨/小时）/塔顶馏出产品量（吨/小时）。回流比是根据全塔的物料平衡和热量平衡来确定的。回流比过大时，会降低塔的生产能力；而过小时，会降低精馏效果。（8）、提留段和再沸器的作用 提留段：精馏塔进料

7、位置以下的各层塔板称为提留段。其作用是来自进料 及精馏段的液体从提留段上层塔板进入，液体在向下流动过程中，依次和各层塔 板上升的蒸汽接触，液相中轻组分部分汽化，重组分浓度逐渐增高。下流的液体 经过多层塔板部分汽化，最终塔底可以得到含轻组分极少合乎质量要求的重组分 产品。再沸器作用：是将塔底液体加热使之汽化，汽化的蒸汽返回提留段底层塔板 作为精馏的气相介质，同时为精馏过程提供热量。（9）、塔板的作用是什么？为什么实际塔板数比理论塔板数多？ 塔板的作用是为汽、液两相充分接触提供必要的场所。理论上汽相上升和液相下降在同一块塔盘上，是相平衡的，但实际上总不 能达到这种理想状态的平衡，也就是每层实际塔盘

8、的分离效果不可能达到一块理 论塔盘的极限效果。因此，塔的实际塔板数比理论数多。塔板有浮阀、固舌性、筛板等；根据加工量和加工类型、精馏等，设计上 来选取采用什么样的塔板合适。分馏塔一般采用浮阀的较多，分单溢流、双溢流、 三溢流、四溢流等。下图为一层塔板示意图和三溢流塔板形式。t!2复合孔微型阀塔板相关参数：南京凯宁化工有限公司r*j京江宁卄发世腥池珞门号10ft211107A25-5 252121506025-52102646 耳 mir-itiiglY.jijlnnline- rrav客户：塔类型：板式塔M期:2007. 9用途:丙烯精IT塔位号T5O3C/D塔名理论级101221负荷()10

9、0100气和负荷(kg/hr)250032. 3271271.8液相负荷(kg/hr)236359. -127194L 8气相密度(kg/m3)45. 731 1149. 715液相密度(kg/m3)457. 598432. 433气相粘度(cp)0. 00930-10. 009176液相粘度(cp)0. 07960.064388表i； 1 张力(dytVcin)3. 95373. 14566热平衡的概念热平衡简言之就是全塔的热平衡，就是指进入精馏塔各物料带进去的热量和各种物料离开系统时带走的热量相等。如下图所示：（以气分T504为例）如不考虑系统各部分的热损失，则全塔的热平衡应为： Q1+Q

10、2=Q3+Q4+Q5式1式一1中：Q1进料带入的热量，kj/hQ2塔底再沸器供给的热量，kj/hQ3塔顶冷凝器取走的热量，kj/hQ4塔顶产品带走的热量，kj/hQ5塔底产品带走的热量，kj/h讲到热平衡了，我们还需要了解几个基本概念：（1）、比热：1kg物质温度升高（或降低）1C所吸收（或放出）的热量叫 比热，单位：kj/kg. C。混合物的平均比热可按下式计算：Ccp=TWiCi式一2式中Ccp 混合物的平均比热，kj/kg. CWii组分的重量分数；Cii组分的比热，kj/kg. CO(2) 、显热：具有一定重量的物质，在同一相态内从某一温度升高或降低到 另一温度时，该物质吸收或放出的热

11、量称为显热，kj/h。该过程没有相变。显热与物质的比热、重量、温差有关，之间关系见下式：Q 显=CG(t2-ti)式中：C 该物质的比热，kj/kg. C；G 该物质的重量流量，kg/ htl、七2该物质升高、降前后的温度，C。(3) 、潜热：指在常压沸点下，1kg液体由液态变为气态或1kg气体由气态 变为液态所吸收或放出的热量，单位kj/kg表示。该过程有相变，如水变为蒸汽 过程。(4) 、热焓：1kg物质自基准温度提高到某一温度和压力下所需要的热量， 单位 kj/kg 表示。热焓是一个比较重要的参数，各种气体烃在不同温度、压力的热焓值可从化 工图表热焓图中查取。一定要注意基准温度。7.物料

12、平衡 所谓物料平衡是指进入精馏塔的原料量应等于塔顶产品和塔底产品产量之 和。如果原料是多组分的混合物，塔顶与塔底只出两种产品(不开侧线)，则进 料中某一组分的量应等于塔顶与塔底产品中该组分量之和。这种关系称为全塔物 料平衡或全塔组分物料平衡，见下图例。全塔总的物料平衡：F = D+W式中：F 进料流量，kg/ h；D 塔顶产品流量，kg/ h；W 塔底产品流量，kg/ ho8、三大平衡之间的关系精馏塔的操作，以物料平衡为前提。也就是说，进多少原料，塔顶、塔底就 应产出多少产品，如物料不平衡，塔的正常操作就会打乱，塔顶、塔底液位就不 能稳定，所以塔的操作过程就是掌握和调节塔的物料平衡的过程。因此

13、说物料平 衡是搞好分馏塔平稳操作的前提。物料平衡的改变会直接影响到塔的热量平衡。在操作中，当塔底采用恒定热 载回流量的控制方案时，为什么要强调进料量、进料组成、进料温度和回流量有 明显变化时或大幅度调节时，要注意调节热载体的流量呢？很显然，当上述条件 发生改变时，如不适当调节热载体的流量，塔内的热量就不能平衡。尚若进料量 和回流量增加，塔底再沸器的热载体流量没有调整，塔顶轻组分产品因热量不足 向塔底移动，使塔底重组分产品中轻组分含量增加、纯度下降、产量增加。因塔 底产品变轻了，在同样的操作压力下，塔底温度会降低，这是相平衡决定的。反 之会使重组分上移，使塔顶产品变重、纯度下降、产量增加、顶温升

14、高。当出现 一个新的热平衡、相平衡、物料平衡关系后，塔的操作才会平稳。而正常生产时，进料组成、温度不会有太大的波动，进料量和回流量的波动 或有目的的调节是常常发生的。由此可见，不论是在正常情况下还是在不正常情 况下的操作，最终都会有各种条件下的三种平衡状态。而这三种平衡在分馏过程 中都是同时存在的，相互之间有不可分割的关系。9、分馏操作的特点1）液化气具有沸点低，蒸汽压大的特点，当塔压稍有下降，液化气将很 快挥发，并产生携带现象，降低分馏效果，因此，要严格控制压力，波动范围不 超过土 0.05MP&。2）本系统处于较大的压力下操作，各塔压力相差较大，因此液面调节不能 过猛，防止塔液面蒸空，重沸器干涸。3）各塔在操作中既有它们的连续性，又有它们的独立性，操作中只有保持各塔的产品质量，才能保证系统的产品质量。10、塔的各操作参数对操作的影响1）温度：主要影响塔的压力，温度升高，则塔压也随之升高。可根据情况 通过调节塔底重沸器和塔顶冷凝器的流量来调节。2）压力：压力升高使塔底液面上升，塔顶回流罐液面下降。可通过调节塔 顶、塔底及进料温度调节。3）回流量：直接影响产品质量，恰当选择后，一般不轻易调节。4）液位：可通过调节压力、温度等调节。