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精馏精华(一)

宁波中循环保科技有限公司2018-06-20 21:21:45

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精馏在化工生产中扮演非常重要的作用。针对不同的物料分离需要不同的精馏方式,了解精馏的原理能够帮助我们更好的理解精馏操作。                                             


精馏的分类

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什么是精馏

精馏操作就是利用液体混合物在一定压力下各组分挥发度不同的性质,在塔内经过多次部分汽化与多次部分冷凝,使各组分得以完全分离的过程。

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精馏的分类有哪些

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:

回流比不变,馏出液浓度不断降低,

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。

精馏的原理

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▲

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精馏原理

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y1xFx1,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y3y2y1,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。

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对于精馏原理也可以这样理解

回流

塔顶液相回流和塔底汽相回流,为偏离平衡的气液相在塔内各板上提供了接触条件,实现了气液相间的质量传递。


V2L0是偏离平衡的气液相,在塔板上接触,进行质量传递,浓度变化趋向于平衡组成。

  传质推动力 :△y、△x

传质方向

易挥发组分:液相→汽相;

难挥发组分:汽相→液相。

易挥发组分沿塔高方向增加,而温度沿塔高方向降低。

热量传递过程

液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。

过程控制

精馏过程速率由传质过程控制。

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传质设备

板式塔—逐级接触式设备;


填料塔—微分接触式设备。

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理论塔板(平衡级)的概念

理论塔板:指这样一块塔板,当汽、液两相在其上进行接触传质时,离开该塔板的两相在传质、传热方面都达到了平衡。即汽、液两相的温度相同、组成互呈平衡,常又称为平衡级。

精馏的工艺流程

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。

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精馏工艺流程


连续精馏的工艺流程▲


①原料液经预热后,送入精馏塔内。

②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。

③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。

④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。

⑤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)。


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精馏段和提馏段

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。


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回流的作用

提高塔顶产品的浓度;

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。