精馏技术培训(PPT106页)

精馏技术培训——基础理论及操作实践目录精馏基础理论板式塔简介及发展趋势填料塔简介及发展趋势精馏塔操作策略及控制方案1.1.1蒸馏的应用液体产品的精制汽油煤油柴油其他油品石油苯甲苯二甲苯等煤焦油目的：对液体混合物的分离，提取或回收有用组分。依据：液体混合物中各组分挥发性的差异。1.1.2蒸馏分离的目的和依据乙醇水加热汽相:醇富集液相:水富集冷凝冷却乙醇产品废水乙醇水体系的蒸馏分离挥发性高（乙醇），称为易挥发组分或轻组分（A）挥发性低（水），称为难挥发组分或重组分（B）二元蒸馏液体混合物：(酒精水溶液)液体混合物加热部分汽化气相：yA,yB液相：xA,xB液相冷凝必有：yAxA,yBxBBABAxxyy即：部分汽化：易挥发组分液相气相部分冷凝：难挥发组分气相液相按蒸馏方式简单蒸馏平衡蒸馏（闪蒸）精馏特殊精馏恒沸蒸馏萃取蒸馏水蒸汽蒸馏较易分离或对分离要求不高的物系难分离的物系很难分离的物系或用普通方法难以分离的物系1.1.3蒸馏过程的分类按操作压强常压加压减压一般情况常压下不能分离或达不到要求混合物中组分双组分多组分按操作方式间歇连续1.1.4蒸馏操作的费用主要费用：加热和冷却费用，即能耗大。组分(C)：A、B变量：t、p、xA、yA相数()：气相、液相一定压力下，液相（气相）组成xA(yA)与温度t存在一一对应关系，气液组成之间xA~yA存在一一对应关系。22cF自由度：2、相律分析1.2.1双组分溶液的气液关系x~y图对角线y=x为辅助线；x~y曲线上各点具有不同的温度；对于大多数溶液，平衡时yx，故平衡曲线在对角线的上方；平衡线离对角线越远，挥发性差异越大，物系越易分离。1.3.1简单蒸馏和平衡蒸馏简单蒸馏又称为微分蒸馏，瑞利（Rayleigh)1902年提出了该过程数学描述方法，故该蒸馏又称之为瑞利蒸馏。1.装置2.特点：•间歇非定态。•一次进料。•xD,xW不是一对平衡组成。•适合于大的组分。一、简单蒸馏二、平衡蒸馏(又叫闪蒸)1.流程2.特点:•一次进料，粗分•xi,yi是一对平衡组成W(液)、xD(气)、y1.3.2精馏原理1、多次部分汽化和多次部分冷凝1.3.2精馏原理通过多次部分气化和多次部分冷凝，最终可以获得几乎纯态的易挥发组分和难挥发组分，但得到的气相量和液相量却越来越少。2.有回流的多次部分汽化和多次部分冷凝缺点：1.收率低；2.设备重复量大，设备投资大；3.能耗大，过程有相变。问题：工业上如何实现？进料板：原料液进入的那层塔板。精馏段：进料板以上的塔段。提馏段：进料板以下（包括进料板）的塔段。1.3.3连续精馏装置流程１.连续精馏装置目录精馏基础理论板式塔简介及发展趋势填料塔简介及发展趋势精馏塔操作策略及控制方案塔盘主要结构塔板流动状态降液管受液区溢流堰安定区开孔区俯视图边缘固定区二、气液两相接触状态鼓泡接触状态稳定的气泡表面泡沫接触状态更新的液膜表面喷射接触状态更新的液滴表面生产上对塔器的要求生产上对塔器在工艺上及结构上提出的要求有下列几方面：1．分离效率高------达到一定分离程度所需塔的高度低。2．生产能力大------单位塔截面积处理量大。3．操作弹性（flexibility）大------对一定的塔器，操作时气液流量（亦称气液负荷）的变化会影响分离效率。若分离效率最高时的气液负荷作为最佳负荷点，可把分离效率比最高效率下降15%的最大负荷与最小负荷之比称为操作弹性。工程上常用的是液、气负荷比,作为气相与液相的操作弹性。操作弹性大的塔必然适应性强，易于稳定操作。•4．气体阻力小------气体阻力小可使气体输送的功率消耗小。对真空精馏来说，降低塔器对气流的阻力可减小塔顶，底间的压差，降低塔的操作压强，从而可降低塔底溶液泡点，降低对塔釜加热剂的要求，还可防止塔底物料的分解。•5．结构简单，设备取材面广------便于加工制造与维修，价格低廉，使用面广。对于一块塔板，气液间的相对流向有两种类型：①错流式液体沿水平方向横过塔板，气体则沿与塔板垂直方向由下而上穿过板上的孔通过塔板，气液呈错流。筛板塔、浮阀塔及泡罩塔等的操作均属此类型。这种类型塔的结构特点是具有降液管。降液管提供了液体从一块塔板流至其下一块塔板的通道。②逆流式气液皆沿与水平塔板相垂直的方向穿过板上的孔通过塔板。气体由下而上，液体由上而下，气液呈逆流。淋降筛板塔即属此类型。此类型塔板没有降液管。4.1.2板式塔的类型这两种类型的塔，就全塔而言，气液皆呈逆流。两种类型的塔在操作时板上都有积液，气体穿过板上小孔后在液层内生成气泡。板上泡沫层便是气液接触传质的区域。板式塔的塔板类型一、泡罩塔泡罩塔是Cellier于1813年提出的最早工业规模应用的板式塔型式。二、筛板塔（筛板塔约于1832年开始用于工业生产）筛板塔的主要结构及功能：1.筛孔——提供气体上升的通道；2.溢流堰——维持塔板上一定高度的液层，以保证在塔板上气液两相有足够的接触面积；3.降液管——作为液体从上层塔板流至下层塔板的通道。生产实践说明：1、只要筛板塔设计合理，操作得当，筛板塔不仅可稳定操作，而且操作弹性可达2～3，能满足生产要求。2、筛板塔比起泡罩塔，生产能力可增大10%～15%，板效率约提高15%，单板压降可降低30%左右，造价可降低20%～50%。三、浮阀塔：浮阀塔是廿世纪五十年代初开发的一种新塔型。阀片上各部件的作用：阀脚：浮阀有三条带钩的腿。将浮阀放进筛孔后，将其腿上的钩扳转，可防止操作时气速过大将浮阀吹脱。定距片：浮阀边沿冲压出三块向下微弯的“脚”。当筛孔气速降低浮阀降至塔板时，靠这三只“脚”使阀片与塔板间保持2.5mm左右的间隙；在浮阀再次升起时，浮阀不会被粘住，可平稳上升。能力比较：浮阀塔的生产能力比泡罩塔约大20%～40%，操作弹性可达4～9，板效率比泡罩塔约高15%，制造费用为泡罩塔的60%～80%，为筛板塔的120%～130%。三种常用浮阀的主要尺寸阀型主要尺寸F1型（重阀）V-4型T型筛孔直径，mm阀片直径，mm阀片厚度，mm最大开度，mm静止开度，mm阀片质量，g394828.52.532～3439481.58.52.525～263950281.0～2.030～32三种塔板的比较:1.生产能力：筛板浮阀泡罩；2.压降：泡罩浮阀筛板；3.操作弹性：浮阀泡罩筛板；4.造价：泡罩浮阀筛板；5.板效率：浮阀、筛板相当泡罩。四、其他类型塔板1.舌形塔板与浮动舌形塔板2.导向筛板3.ADV浮阀塔板ADV塔盘的鼓泡状态2）负荷性能图的分析VC操作点操作极限目录精馏基础理论板式塔简介及发展趋势填料塔简介及发展趋势精馏塔操作策略及控制方案填料vs塔板塔板持液量大压降大填料持液量小压降小填料适合减压塔（压降小）散堆填料适合小塔径散堆填料材质选择面宽散堆填料更适合易发泡体系散堆填料vs规整填料对于运行于液体喷淋密度的低压力体系，规整填料表现优于散堆填料(800lpm/m2,49m3/h-m2)但是，对于高压力和/或高喷淋密度的情况，不推荐使用规整填料填料设计对于填料性能的影响等板高度等板高度（HETP）-填料相当于一块理论版或平衡级的高度例如,等板高度=305mm,则305mm的填料可以达到与一块理论版相同的分离能力等板高度与每米理论级数(NTSM)互成倒数HETP=1/NTSM填料参数比表面积:m2/m3空隙率:m3/m3对于规整填料:波纹倾角顶角填料参数与性能较小的表面积:较高负荷较低效率较低压降较大的倾角(水平方向):较高负荷较低效率较低压降散堆填料历史经FRI测试的散堆填料2ndGenerationFourPall-RingsizesGenerationsofFRITestedRandomPackingFourthGenerationRandomPackings3rd&4thGenerationRandomPacking散堆填料尺寸SmallLargeCostHighLowEfficiencyHighLowCapacityLowHighPressureDropHighLow散堆填料性能01020304050607080900.000.400.801.201.602.002.402.800.00.51.01.52.02.50.000.501.001.502.002.503.003.50HETP,inchesFV-Factor,ft/s(lb/ft3)0.5HETP,mFVFactor,Pa0.5PallRingSizeEffectonSeparationEfficiencyC6/C7Systemat1.65bar(24psia),1.22m(4ft)F.R.I.Column,BedHeight3.70m(12ft).金属规整填料历史SecondGenerationHighCapacitySheetMetal(Late1990's)Montz-PakM®Mellapakplus®Flexipac®HC™Intalox®FirstGenerationCorrugatedSheetMetal(Late1970's)Ralu-Pak®Mellapak®Flexipac®Montz-PakMN®Mellapakplus®经FRI测试的金属规整填料PackingNameSpecificAreaVoidFractionCrimpIncl.AnglesYearof1/ft(1/m)(deg.fromvertical)ReportRaschigSuper-Pak25077.7(255)0.98452009TR2011TRSulzerMellapakplus452.Y106(348)0.98347.52005TRKochFlexipakHC1.6Y88.4(290)0.98452004TRSulzerMellapakplus752.Y150(499)0.978402003TRSulzerMellapakplus252.Y76(250)0.987452001TRSulzerMellapak250.X76(250)0.987302003TRSulzerMellapak250.Y‘New’75.9(249)0.9847.52002PRSulzerOptiflow64(211)0.99452001TRNortonIntalox®4T41(133)0.973441997PRKochFlexipak4Y17(56)0.993451994PRJaegerMAX-PAK73(240)0.982451993TRMontzB1-20067(220)0.984451990TRMontzBSH-25073(240)0.98451990TRNortonIntalox®2T65(213)0.9843.51989TRSulzerMellapak250.Y‘Old’78.9(259)0.9848.51987TR1988TR1991TRGlitschGempak2AT68(223)0.98640.51987TRSulzerMellapakplus352.Y,MontzB1-250MNTobeissued规整填料表面积影响0.00.20.40.60.81.01.21.40.000.010.020.030.040.050.060.070.080.090.1001020304050600.000.040.080.120.160.200.240.280.320.36HETP,mCapacityfactor,m/sHETP,inchCapacityfactorCs,ft/siC4/nC4100psia(6.89bar),F.R.I.4ft(1.22m)HPColumn01234567800.10.20.30.40.50.6CAPACITYFACTOR,ft/sHETP,ft0.00.30.60.91.21.51.82.12.400.020.040.060.080.10.120.