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一文讲清精馏的分类、原理及操作!

天泽创新2018-06-20 21:49:32


关于精馏的分类、原理及操作,你都明白吗?这篇文章帮你讲清楚了...




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 



a.二元组分的精馏 

b.多元组分的精馏 



2
按操作是否连续 



a.连续精馏——适用于大批量生产;

b.间歇精馏——适用于小批量生产。


间歇操作方法有两种:

    ①.回流比不变,馏出液浓度不断降低, 

    ②.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 



a.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。

b.萃取精馏: 加入第三组分改变溶液组分间的相对挥发度。


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。



二.精馏原理


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。


精馏是多次部分汽化与多次部分冷凝的联合操作。


多次部分汽化和部分冷凝▲



精馏过程原理可用气液相图说明:▼



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;



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。


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。


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.


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。



三.精馏塔的操作流程


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。


精馏塔模型


塔板的作用▲


特点:

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


连续精馏的工艺流程▲





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)。



上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+1<xn-1, tn+1>tn-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: xn<xn-1,yn>yn+1。(x、y易挥发组分在液相和气相中的摩尔分数)


说明


1.精馏塔中蒸气自下而上流动,液体自上而下流动。


2.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。


 3.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。


4.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。




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。  


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。



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。