精馏理论20

一．什么是蒸馏？AB溶液（A+B）加热部分汽化易挥发组分难挥发组分利用各组分挥发度的差异将液体混合物加以分离的单元操作称为蒸馏。混合液体A＋B部分汽化汽相液相挥发性高组分易挥发组分轻组分浓度高挥发性低组分难挥发组分重组分浓度高部分冷凝汽相液相部分汽化汽相液相原混合物得到部分分离依据闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液塔底产品QAAxy沸点低的组分易挥发组分(轻组分)，以A表示。沸点高的组分难挥发组分(重组分)，以B表示。二．蒸馏在工业生产中的应用例如：在酿酒业中饮料酒；在石油炼制工业中，原油经蒸馏后制取汽油、煤油、柴油等产品；液态空气经蒸馏可得到纯态的液氧和液氮等。三.蒸馏的分类根据被蒸馏的混合物的组分数，可分为：多元蒸馏二元蒸馏根据操作过程是否连续，可分为：间歇蒸馏连续蒸馏根据操作压力，可分为减压蒸馏加压蒸馏常压蒸馏根据操作方式，可分为：精馏平衡蒸馏简单蒸馏气液两相的接触方式连续接触（也称微分接触）：气、液两相的浓度呈连续变化。如填料塔。级式接触：气、液两相逐级接触传质，两相的组成呈阶跃变化。如板式塔。散装填料塑料鲍尔环填料规整填料塑料丝网波纹填料DJ塔盘新型塔板、填料平衡蒸馏与简单蒸馏平衡蒸馏闪蒸罐塔顶产品yAxA加热器原料液塔底产品Q减压阀用途：实验室——取试验平衡数据。平衡蒸馏——实际上是溶液的一次部分汽化。工业——用于粗分离。连续的稳态的单级蒸馏操作。简单蒸馏——是间歇的不稳定单级蒸馏操作，又称为微分蒸馏。y原料液x蒸气xD1xD2xD3冷凝器过程特征：任一瞬时釜内的汽、液相互成平衡。任何时刻汽液相浓度都在变化。工业应用:混合液的初步分离或除去混合液中不挥发的杂质。闪蒸罐D,yD,teyD加热器F,xF,tFW,xW,teQ减压阀xWt0y原料液x蒸气xD1xD2xD3冷凝器平衡蒸馏和简单蒸馏都不能得到高纯度的产品精馏平衡蒸馏以及简单蒸馏只能使混合液得到部分分离。若要得到高纯度的产品,则必须采用多次部分汽化和多次部分冷凝的方法,即精留法。精馏段：提馏段：精馏与蒸馏的区别：汽相和液相的部分回流。也是精馏操作的基本条件。提馏段：下降液体（包括回流液和料液中的液体部分）中的轻组分向汽相（回流）传递，而汽相中的重组分向液相传递，从而完成下降液体重组分的提浓。精馏装置精馏段：汽相中的重组分向液相（回流液）传递，而液相中的轻组分向汽相传递，从而完成上升蒸气的精制。料液,xFFeed塔顶产品,xDOverheadproduct塔底产品,xWBottomsproduct液相回流Liquidreflux汽相回流Vaporreflux精馏段Rectifyingsection提馏段Strippingsection再沸器Reboiler冷凝器condenser精馏原理精馏原理料液yD12233nxWm精馏原理只有包括了精馏段和提馏段的精馏塔，在分离双组分混合液时，才可能由塔顶和塔底连续地分别得到高纯度的轻、重组分产品。精馏操作如在塔顶进料，轻组分产品纯度一般不会高。如在塔底进料，塔底的液体纯度一般也不会高。精馏设备可以是微分接触式或分级接触式。气、液传质设备对吸收和蒸馏过程是通用的。下塔精馏过程中，液体自上往下逐一流过每块筛板，由于溢流堰的作用，使塔板上造成一定的液层高度。当气体由下而上穿过筛板小孔时与液体接触，产生了鼓泡，这样就增加了汽液接触面积，使热质交换过程高效地进行。低沸点组份逐渐蒸发，高沸点的组份逐渐液化，至塔顶就获得低沸点的纯氮，在塔底获得高沸点的富氧液空组份。上塔在精馏过程中，气体穿过分布器沿填料盘上升，液体自上往下通过分布器均匀地分布在填料盘上，在填料表面上气、液充分接触进行高效的热质交换。上升气体中低沸点组份(氮)含量不断提高。高沸点组份(氧)被大量的洗涤下来，形成回流液最终在塔顶得到低沸点纯氮，塔底得到高沸点的液氧。空气的精馏是在氧一氮混合物的气相与液相接触之间的热质交换过程中进行的，气体自下而上流动，而液体自上而下流动，该过程由筛板及填料来完成。由于氧、氮组份沸点的不同，氮比氧易蒸发，氧比氮易冷凝，气体向上通过时，氮浓度不断增加，只要有足够多的塔板及填料，在塔顶即可获得高纯的氮气；反之液体向下通过时，氧浓度不断增加，在下塔底部可获得富氧液空，在上塔底部可获得高纯度氧气。在下塔中空气被初次分离成富氧液空和液氮，液空由下塔底部抽出后经节流送入和液空组份相近的上塔某段上；在主冷中被液化的一部分液氮，由下塔顶部抽出后经节流送入上塔顶部，液空、液氮和污液氮在节流前一般先在过冷器中过冷；另一部分液氮为下塔回流液。空气的最终分离是在上塔进行。从上塔底部抽出液氧经液氧泵加压送入高压氧换热器汽化后，复热至常温后（约37℃）送出氧气，而氮气由上塔顶部抽出，氮气通过主换热器复热到常温后送出。两个互不平衡的上升气体和下流液体在塔板（填料）上接触进行热质交换，平衡过程可从图1.1中理解：进入某一块塔板（填料）上的上升气体在A点的温度T1比下流的液体的B点的温度T3高，随后气液两相在塔板上接触进行热质交换，平衡将发生在T1与T3间温度T2上，这时B点到达氧浓度更高的液体E点并与比A点氧浓度更低的气体D点达到平衡，这样氧组份在下流液体中聚集，而氮组份在上升气体中富集，通过足够多塔板（填料）的分离，最后可得液体为纯氧，气体为纯氮。