精馏的分类及精馏塔的工作原理及问题分析

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25％－50％，结构简单，钢材用量少，造价低，安装方便，填料便于用耐腐蚀的材料制造。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Φ80，100，150（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。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。如图所示。其结构简单，造价低廉，塔板阻力小。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，可以分为自然回流和强制回流。自然回流回流冷凝器安装于塔顶，回流液借重力的作用回流到塔内，冷凝器距塔顶回流口的高度，自然回流操作简单，不需要回流泵，节省动力消耗。但是回流量随塔压的变化而变化，回流比不严格，生产不正常时，调整起来较慢。自然回流一般用于小型精馏装置。强制回流回流液是用泵打入塔内进行回流的，见下图：强制回流的回流量稳定，容易调节，生产不正常时，调整起来较快。但是强制回流需要回流泵，动力消耗大，特别是对于低沸点物料容易造成泵不上量，影响操作。按照塔顶冷凝器安装的位置的不同，可分为内回流和外回流。内回流塔顶冷凝器直接安装于塔顶，上升蒸气直接从塔顶进入冷凝器，在此进行部分冷凝，冷凝液自然地沿塔板下流。这种回流的回流量难以控制，调节不易准确，但回流冷凝器直接安装于塔顶，无需其他支撑结构，安装方便。外回流塔顶冷凝器单独安装。回流管线上可安装视镜、流量计、调节阀等，以调节回流液量。按回流液的温度可分为热回流和冷回流。热回流回流液的温度处于泡点温度，称为热回流。冷回流回流液的温度低于泡点温度，称为冷回流。9、精馏操作中常用的几种蒸发釜？蒸发釜是使塔釜料液加热气化的设备，又称再沸器。从结构上分，常用的有；夹套蒸发釜；蛇管蒸发釜；列管蒸发釜。夹套、蛇管蒸发釜由于传热面积小，一般用于小型生产，大型生产中多采用列管蒸发釜。加热釜液排出夹套蒸发釜塔板釜液排出加热蛇管蒸发釜列管蒸发釜釜液排出加热四、精馏操作的影响因素精馏操作的影响因素是多方面的，除了被分离物料的性质和组成之外，一般说来，大部分体现在工艺上：温度、压力、液面、流量，而且一个因素的变化，往往牵涉到其他一些因素同事发生变动，我们在讨论某一因素的变化时，往往固定一些其他的因素。1、精馏操作的影响因素有