第四节-精馏原理和流程

第四节精馏原理和流程一、概述精馏是是多级分离过程，即同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程。大致分类如下：1、按混合物中的组分分类二元组分的精馏多元组分的精馏2、按操作是否连续连续精馏―适用于大批量生产；间歇精馏―适用于小批量生产。间歇操作方法有两种：a.回流比不变，馏出液浓度不断降低，b.馏出液浓度不变，不断加大回流比。3、按操作压力分类a、加压精馏b、常压精馏c、减压精馏4、特殊精馏精馏的种类虽然很多，但基本依据都一样：利用组分挥发度的不同。即沸点的差异来达到分离的目的。恒沸精馏：加入的第三组分和溶液中某一组分形成更低共沸物，从塔顶蒸出。萃取精馏:加入第三组分改变溶液组分间的相对挥发度。◆平衡蒸馏及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离。◆简单蒸馏操作是在一定压力下，将混合蒸气进行连续部分冷凝，蒸汽相的组成沿t-x(y)相图的露点线变化，结果可得到难挥发组分（重组分）含量很低而易挥发组分（轻组分）摩尔分数y很高的蒸气；对液体进行连续部分汽化，釜液组成沿t-x(y)相图的泡点线变化，其结果可得到易挥发组分（轻组分）很低而难挥发组分（重组分）摩尔分数x含量很高的釜液。二、精馏原理◆精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作。t/Cx(y)01.0露点线泡点线xAyAxf2V原料0V冷凝器1V1L2L加热器加热器冷凝器加热器'0L'1V'1L'2L'2VV-上升蒸汽的流量L-塔内下降的液体流量2V原料0V冷凝器1V1L2L加热器加热器冷凝器加热器'0L'1V'1L'2L'2V多次部分汽化和部分冷凝Fx1x2x3x1y2y3ytx（y）将气体混合物经多次部分冷凝，在气相中得到高纯度的易挥发组分；将液体混合物经多次部分汽化，在液相中得到高纯度的难挥发组分；精馏过程原理可用气液相图说明：◆若将组成为xF、温度低于泡点的某混合液加热到泡点以上，使其部分汽化，并将气相和液相分开，则所得气相组成为y1，液相组成为x1，且y1＞xF＞x1，此时气液相流量可用杠杆规则确定。123P定值t1t2t3y1y2y3x1(y)xx2x2x3xFx3′′t◆若将组成为y1的气相混合物进行部分冷凝，则可得到组成为y2的气相和组成为x2的液相；又若将组成为y2的气相部分冷凝，则可得到组成为y3的气相和组成为x3的液相，且y3＞y2＞y1，可见气体混合物经多次部分冷凝后，在气相中可获得高纯度的易挥发组分。◆再将组成为x2‘的液相进行部分汽化，可得到组成为x3’的液相和组成为y3‘（图中未标出）的气相，且x3’＞x2‘＞x1’◆可见液体混合物经过多次部分汽化，在液相中可获得高纯度的难挥发组分。123P定值t1t2t3y1y2y3x1(y)xx2x2x3xFx3′′t◆同时，若将组成为x1的液相经加热器加热，使其部分汽化，则可得到组成为x2‘的液相和组成为y2’（图中未标出）的气相.精馏操作在直立圆形的精馏塔内进行。塔内装有若干层塔板或充填一定高度的填料，气-液两相传质可以是微分接触式或逐级接触式，传质设备对吸收和蒸馏过程通用。本章以逐级接触的板式塔为重点。三、精馏塔的操作流程塔底产品加热器4′′32′x1原料xFx21y132y2x3塔顶产品冷凝器y3xD精馏塔模型塔板的作用塔板提供了汽液分离的场所。每一块塔板是一个混合分离器足够多的板数可使各组分较完全分离特点：蒸气蒸气进料塔底产品塔顶产品冷却水液体水蒸气冷凝水连续精馏的工艺流程精馏塔全凝器原料预热器储槽冷却器回流液泵再沸器进料板精馏段提馏段蒸气蒸气进料塔底产品塔顶产品冷却水液体水蒸气冷凝水连续精馏的工艺流程精馏塔全凝器原料预热器储槽冷却器回流液泵再沸器进料板精馏段提馏段◆原料液经预热后，送入精馏塔内。◆在进料板上与自塔上部下降的回流液体汇合后，逐板溢流，最后流入塔底再沸器中。◆在每层板上，回流液体与上升蒸气接触，进行热和质的传递过程。◆操作时，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（釜残液），部分液体汽化，产生上升蒸气，依次通过各层塔板。◆塔顶蒸气进入冷凝器中被全部冷凝，并将部分冷凝液借助重力作用（也可用泵送）送回塔顶作为回流液体，其余部分经冷却器后被送出作为塔顶产品（馏出液）。图为筛板塔中任意第n层板上的操作情况。进入第n板的气相浓度和温度分别为yn+1和tn+1，液相的浓度和温度分别为xn-1和tn-1，二者互不平衡,xn+1xn-1,tn+1tn-1---存在温度差和浓度差---传质和传热。其结果:1)气相部分冷凝，使其中难挥发组分转入到液相中；2)气相冷凝放出潜热传给液相，使其部分汽化,其中的部分易挥发组分转入到气相，结果：xnxn-1，ynyn+1。(x、y易挥发组分在液相和气相中的摩尔分数)说明：◆精馏塔中蒸气自下而上流动，液体自上而下流动。◆由于存在温度差和浓度差，气相就要进行冷凝，使气相中的部分难挥发组分转入液相中；而气相冷凝时放出的热传递给液相，使液相部分汽化，其中部分易挥发组分传质到气相中。◆气相与液相离开后，气相中的易挥发组分浓度提高，液相中难挥发组分提高。每一块板上都进行着这样的过程。◆于是，经过多次部分汽化和部分冷凝，最后在塔顶得到高纯度的轻组分，而在塔底获得高纯度的重组分，达到较完善的分离程度。进料板以上称为精馏段—精制气相中的易挥发组分。进料板以下(包括进料板)称为提馏段—提浓液相中难挥发组分。塔顶产品称为馏出液—富含易挥发组分。塔底产品称为釜液—富含难挥发组分。塔顶冷凝器的作用：获得塔顶产品及保证有适宜的液相回流。再沸器的作用：提供一定量的上升蒸气流。精馏段:加料板以上的塔段。上升气相中重组分向液相传递，液相中轻组分向气相传递，完成上升蒸气轻组分精制。提馏段:加料板及其以下的塔段。下降液体中轻组分向气相传递，气相中重组分向液相传递，完成下降液体重组分提浓。回流的作用①提高塔顶产品的浓度；②补充易挥发组分，使各板上保持有一定液层。◆回流包括塔顶的液相回流与塔釜部分汽化造成的气相回流。◆回流是构成气、液两相接触传质使精馏过程得以连续进行的必要条件。◆若塔顶没有液相回流，或是塔底没有再沸器产生蒸气回流，则塔板上的气液传质就缺少了相互作用的一方，也就失去了塔板的分离作用。◆因此，回流液的逐板下降和蒸气的逐板上升是实现精馏的必要条件。回流是精馏与简单蒸馏的重要区别！