精馏分离方法及原理(路平).

精馏分离方法及原理江汉大学化学与环境工程学院路平精馏分离方法及原理1乙烯生产2精馏分离方法3精馏分离基本原理4乙烯生产中分离方法及原理1乙烯生产1.1乙烯生产方法1.2石油裂解的产物1.3精馏分离的对象和目的1.1乙烯生产方法•原油裂解制乙烯•原油渣油裂解制乙烯•催化干气精制生产乙烯•甲醇制乙烯的MTO工艺•甲烷氧化偶联法（OCM）制乙烯裂解是利用高温将烷烃、环烷烃、芳烃等通过脱氢、断链等反应生成烯烃、碳原子数较少的产物。分蒸汽裂解和加氢热裂解。原油：石脑油、煤油、轻柴油、重柴油原油：石蜡基原油渣油、环烷基原油渣油1.2石油裂解的产物•裂解原料性质原料石脑油煤油轻柴油减压柴油相对密度d4200.67439.0073.00102.000.783178.502040.823260.50308.500.898馏程℃IBP50%EP元素分析%(wt)CHS84.3614.370.1786.0613.730.2985.6713.400.7986.4912.740.77THR-DC（管式固定床催化裂解）裂解条件原料石脑油煤油轻柴油减压柴油裂解温度,℃850800820831890750840900裂解压力,℃0.0980.3330.0980.0980.0980.0980.0980.392停留时间,s0.0680.2150.200.1690.1300.3480.0150.035蒸汽/原料中碳1.021.641.170.541.090.550.591.15气化率,%(vol)80.1065.4076.6069.6065.2067.0056.9054.00THR-DC裂解原料产品收率（vol%）原料石脑油煤油轻柴油减压柴油H22.501.403.002.403.501.700.801.70CO2.500.209.600.905.300.300.301.50CO213.806.4019.7016.7025.7010.901.103.60CH417.3010.7013.8010.4013.710.008.8016.20C2H61.801.901.902.401.402.902.101.10C2H436.3023.9029.8025.6025.7023.7023.0030.30C3H80.900.400.400.500.300.500.701.80C3H613.4015.9015.4016.509.8016.9014.304.00C4H100.101.300.000.000.000.000.000.00C4H81.005.603.304.401.405.702.400.30C4H64.804.006.005.403.705.506.601.90THR-DC裂解条件与主要产品收率原料石脑油煤油轻柴油减压柴油裂解温度,℃850800820831890750840900裂解压力,℃0.0980.3330.0980.0980.0980.0980.0980.392停留时间,s0.0680.2150.200.1690.1300.3480.0150.035CO213.806.4019.7016.7025.7010.901.103.60CH417.3010.7013.8010.4013.710.008.8016.20C2H436.3023.9029.8025.6025.7023.7023.0030.30C3H613.4015.9015.4016.509.8016.9014.304.001.3精馏分离的对象和目的•精馏分离对象–分离具有不同挥发度（沸点）的混合液或混合气•精馏分离目的–将混合物分离成符合标准的各产品。烃的名称分子量常压下沸点℃CH4C2H4C2H6C3H6C3H8n-C4H10n-C5H12n-C6H1416.04328.05430.07042.08144.09758.12472.15186.178-161.495-103.68-88.60-47.72-42.045-0.5036.06468.7322精馏分离方法2.1分离过程的发展现状2.2精馏分离方法2.1分离过程的发展现状2.2精馏分离方法名称分类操作压力操作流程蒸馏方式分离组分加压间歇式简单蒸馏双组分常压连续式分馏多组分减压精馏特殊精馏用于分离物系沸点较低用于分离物系沸点较高，易结焦分馏用于混合物各组分沸点相差很大的分离用于混合物各组分沸点相差不大，且要获得较高收率的分离用于混合物各组分沸点相近，且要获得较高收率的分离用于获得一定馏程范围产品的分离3分离基本原理3.1分离的基本原理3.2操作压力对汽液平衡的影响3.3分离方法及原理3.4理论板数对精馏分离效率的影响3.5操作条件对精馏分离效率的影响3.6多组分精馏分离3.1分离的基本原理•分离的基本原理——与具体分离方法有关•蒸馏的基本原理——将混合物进行部分汽化或部分冷凝的分离•分馏、精馏和特殊精馏的基本原理——将混合物进行多次部分汽化和多次部分冷凝的分离•理论依据——汽液平衡关系汽液平衡关系对多组分汽液平衡关系表达形式•K表达式——yi=Kixi–Ki值称汽液平衡常数——由K图获得•α表达式——yi/yj=αijxi/xj–αij值称相对挥发度——αij=Ki/Kj轻烃汽液平衡关系K图（高温段）汽液平衡关系对双组分汽液平衡关系表达形式•α表达式——•T-x-y图•X-y图•注意：上述汽液平衡关系仅表达形式不同，汽、液相组成是一致的。iijiijixxy)1(1双组分汽液平衡关系T-x-y图①理想溶液，拉乌尔定律p=p°x；②理想气体，道尔顿分压定律p=Py。总压：A0AA0B0A0BAA0BA0AB0BA0ABAxPpypppPx)x-(1pxpxpxpppP；双组分汽液平衡关系T-x-y、x-y图双组分汽液平衡关系x-y图•α越大，x-y线离对角线越远，汽液平衡组成相差越大，说明混合物容易分离。•α趋近于1，x-y线离对角线越近，汽液平衡组成相差很小，说明混合物容易分离。3.2操作压力对汽液平衡的影响3.3分离方法及原理•简单蒸馏3.3分离方法及原理•分馏、精馏和特殊精馏原理•平衡级•理论板精馏流程及操作线1qxx1qqyqWqFLWxxWqFLqFLW'LWxxW'L'Ly1Rxx1RRyFqqWmWm1mDn1n线）方程：加料板（提馏段操作线方程：精馏段操作线方程：理论板及分离效果•对一定的物系，操作条件恒定，理论板（梯级数）越多，xD越高，xW越低，说明分离效果好。•平衡线和操作线间距表示理论板分离效果。理论板与塔内温度分布3.4理论板数对精馏分离效率的影响•在进料热状况和回流比不变的条件下，理论板减少，分离效率降低。3.5操作条件对精馏分离效率的影响——操作压力•在回流比和进料热状态一定，塔内操作压力降低，平衡线远离操作线，所需理论板数减少，实际分离效果提高。3.5操作条件对精馏分离效率的影响——回流比•在操作压力和进料热状态恒定，回流比增大，操作线与平衡线间距增大，所需理论板减少，实际分离效果增大。•此时，增加了塔釜的加热量。3.5操作条件对精馏分离效率的影响——进料状态•在回流比恒定的情况下，进料温度降低，提馏段操作线远离平衡线，所需理论板少，实际分离效果好。•冷液进料不足，塔釜加热量大，易使物料产生聚合或结焦。说明•操作压力降低，分离效果提高。•回流比提高，分离效果提高。•进料温度降低，分离效果提高。•改变上述操作工艺条件，可提高分离效果，即提高塔顶产品组成。但受全塔物料衡算的限制。3.6多组分精馏分离•对多组分精馏其精馏原理与双组分相同。理论板数和操作条件对分离效率的影响趋势也相同。不同在于处理对象由双组分变为多组分，导致考虑问题的方法有所变化。–根据对多组分分离的要求确定预分离混合物中的轻、重关键组分。以轻、重关键组分作为双组分考虑对设备的要求和操作条件改变对分离效率的影响。3.6多组分精馏分离–对其他组分：•当各组分间沸点相差较大，可近似认为轻组分全部在塔顶馏出，重组分全部在塔釜排出。•当各组分间沸点相差不大，则轻、重组分在塔顶、塔釜排出的组成可由理论板数确定。•说明各组分在塔顶和塔釜的分配，不仅受理论板数和塔操作条件限制，而且受全塔物料衡算的限制。4乙烯生产中分离方法及原理4.1裂解气预分馏4.2脱甲烷塔4.3脱乙烷塔4.4乙烯精馏塔4.5脱丙烷塔加氢回流4.1裂解气预分馏•裂解气预分馏属于多组分分离。•裂解气预分馏的作用是将裂解气中的重组分（如燃料油、裂解汽油、水分）与轻组分（如甲烷、乙烷、乙烯、丙烯）分离。•根据裂解气中各组分沸点，裂解气最终应冷却到40℃左右，可采用冷却分馏。烃的名称常压下沸点℃CH4C2H4C2H6C3H6C3H8n-C4H10n-C5H12n-C6H14-161.495-103.68-88.60-47.72-42.045-0.5036.06468.7324.1裂解气预分馏•轻烃裂解装置裂解气预分馏4.1裂解气预分馏•馏分油裂解装置裂解气预分馏过程水在0.038MPa，沸点75℃；0.057MPa，沸点85℃；0.025MPa，沸点65℃。4.1裂解气预分馏•油洗塔水洗塔分离C5，C6烃的名称常压下沸点℃CH4C2H4C2H6C3H6C3H8n-C4H10n-C5H12n-C6H14-161.495-103.68-88.60-47.72-42.045-0.5036.06468.732典型的顺序深冷分离流程4.2脱甲烷塔•分离氢气、甲烷与乙烯4.2脱甲烷塔•P=4→0.2MPa，•塔顶温度：T=-98→-141℃，•提高压力，可节省冷量。•要提高乙烯回收率，应降低塔顶温度。4.2脱甲烷塔•压力升高，甲烷对乙烯的相对挥发度降低。•P=4.4MPa，α→14.2脱甲烷塔•压力升高，和回流比降低，可节省冷量。但塔釜甲烷组成升高，而且分离也不易。•但为了节省冷量，故只有牺牲设备投资，增加塔板数。4.3脱乙烷塔•分离乙烷与丙烯4.3脱乙烷塔•操作压力2.27MPa，4.4乙烯精馏塔•分离乙烯与乙烷•侧线采出乙烯•压力↑或X乙烯↑→α↓4.4乙烯精馏塔•回流比影响，压力确定4.5前脱丙烷塔加氢回流流程•说明•可用反应回流