精馏塔的开车停车操作

第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术模块四：模块四：传质操作技术传质操作技术一、蒸馏操作技术一、蒸馏操作技术 工作任务：工作任务：（1）精馏塔的仿真操作；（2）塔设备的分类与结构类型（3）精馏原理及双组分连续精馏塔计算；（4）精馏的热量衡算及节能；（5）其他蒸馏方式；（6）板式塔的流体力学性能与操作特性；（7）板式塔设计；（8）精馏塔的操作与维护。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术根据塔内气液接触部件的结构型式，可将塔设备分为两大类：板式塔和填料塔。板式塔：塔内沿塔高装有若干层塔板，相邻两板有一定的间隔距离。塔内气、液两相在塔板上互相接触，进行传热和传质，属于逐级接触式塔设备。一、一、精馏塔的分类精馏塔的分类填料塔：塔内装有填料，气液两相在被润湿的填料表面进行传热和传质，属于连续接触式塔设备。本章重点介绍板式塔。精馏塔的结构及应用精馏塔的结构及应用 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术二、二、板式塔的板式塔的结结构构类类型型 及性能及性能评评价价 （一）板式塔的结构（一）板式塔的结构板式塔是由圆柱形壳体、塔板、气体和液体进、出口等部件组成的。塔板是板式塔的核心构件。1-塔体；2-塔板；3-溢流堰；4-受液盘；5-降液管第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术（二）塔板的类型（二）塔板的类型 塔板的分类有错流、逆流两种第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术错流塔板：塔板间设有降液管。液体横向流过塔板，气体经过塔板上的孔道上升，在塔板上气、液两相呈错流接触。逆流塔板：塔板间无降液管，气、液同时由板上孔道逆向穿流而过。本章只介绍错流塔板。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术按照塔板上气液接触元件不同，塔板可分为多种型式泡罩塔板筛板浮阀塔板喷射型结板：舌形塔板、浮舌塔板 斜孔塔板、网孔塔板等 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术泡罩塔板泡罩塔板第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术泡罩塔板流程泡罩塔板流程第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术筛板塔筛板塔 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术浮浮 阀阀第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术浮浮 阀阀第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术舌形塔板舌形塔板 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术浮舌塔板浮舌塔板 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术网网孔孔塔塔板板 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术斜孔塔板斜孔塔板 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术常见塔板的性能比较常见塔板的性能比较 塔板类型相 对 生 产能力相 对 塔 板效率操作弹性压力降结构成本泡罩塔板筛板浮阀塔板舌形塔板斜孔塔板1.01.21.41.21.31.31.51.51.81.01.11.11.21.11.1中低大小中高低中低低复杂简单一般简单简单1.00.40.50.70.80.50.60.50.6第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术1.蒸馏及分离依据蒸馏是分离液体均相混合物的单元操作，通过加热造成汽液两相体系，利用液体混合物中各组分挥发性不同而达到分离的目的。易挥发组分：液体混合物中挥发能力高的组分，又称轻组分；难挥发组分：液体混合物中挥发能力低的组分，又称重组分。精馏基础知识精馏基础知识 一、蒸馏及精馏一、蒸馏及精馏 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术2.蒸馏操作的分类按蒸馏方式分类平衡蒸馏、简单蒸馏精馏、特殊精馏按操作压力分类加压精馏、常压精馏、真空精馏按被分离混合物中组分的数目分类两组分精馏、多组分精馏按操作流程分类间歇精馏、连续精馏平衡蒸馏和简单蒸馏，只能使混合液部分分离，不能满足高纯度的分离要求。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术二、双组分理想溶液的气液相平衡二、双组分理想溶液的气液相平衡 溶液理想溶液非理想溶液理想溶液的汽液相平衡汽液相平衡是指溶液与其上方蒸汽达到平衡时汽液两相间各组分组成之间的关系。是精馏操作分析和过程计算的重要依据。3.精馏同时并多次进行部分汽化和多次部分冷凝，使混合液得到较完善分离的单元操作。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术1沸点组成图（一）双组分气液相平衡图（一）双组分气液相平衡图 常压下苯甲苯物系的常压下苯甲苯物系的t x y 图图（1）结构结构坐标纵坐标 t横坐标xA、yA两条线液相线汽相线三个区液相区过热蒸汽区汽液共存区第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术（2）应用应用 a.泡点、露点及确定b.易挥发和难挥发组分的沸点c.混合溶液气液平衡组成的确定溶液开始沸腾，产生第一个汽泡，相应的温度称为泡点；混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相应的温度称为露点。确定方法如图。如图F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。当混合液的状态点为点K时，物系被分成互成平衡的汽液两相，其汽、液相组成y、x可用G、L两点横坐标表示。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术2气液相平衡图苯甲苯物系的y x图（1）结构结构坐标纵坐标 y横坐标 x两条线气液相平衡线辅助线 yx 第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术（2）应用应用 a.图中任意点D表示组成为x1的液相与组成为y1的气相互相平衡b.两相达到平衡时，气相中易挥发组分的浓度大于液相中易挥发组分的浓度，即y x，故平衡线位于对角线的上方。c.平衡线离对角线越远，说明互成平衡的气液两相浓度差别越大，溶液就越容易分离。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术（二）相对挥发度（二）相对挥发度 1.挥发度挥发度 组分的挥发度是组分挥发性大小的标志。通常纯组分的挥发度是指液体在一定温度下的饱和蒸汽压。而溶液中各组分的挥发度可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分数来表示，用符号vi 表示2 2相对挥发度相对挥发度 溶液中两组分的挥发度之比称为两组分的相对挥发度，用表示。溶液中组分A对组分B的相对挥发度，AB可表示为第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术对于理想溶液，因其服从拉乌尔定律，则得3相平衡方程对于二元体系，xB=1xA，yB=1yA，若气体服从道尔顿分压定律，则 略去下标则可得相平衡方程第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术分析:当 1时，y x，气液相组成相同，二元体系不能用普通精馏法分离；当 1时，yx。越大，y比x大得越多，互成平衡的气液两相浓度差别越大，组分A和B越易分离。因此由 值的大小可以判断溶液是否能用普通精馏方法分离及分离的难易程度。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术三、精馏原理三、精馏原理 1.一次部分汽化和一次部分冷凝一次部分汽化和一次部分冷凝可使混合液或混合蒸汽得到部分分离。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术2多次部分汽化和多次部分冷凝结论：气体混合物经多次部分冷凝，所得汽相中易挥发组分含量就越高，最后可得到几乎纯态的易挥发组分。液体混合物经多次部分汽化，所得到液相中易挥发组分的含量就越低，最后可得到几乎纯态的难挥发组分。存在问题：每一次部分汽化和部分冷凝都会产生部分中间产物，致使最终得到的纯产品量极少，而且设备庞杂，能量消耗大。为解决上述问题，工业生产中精馏操作采用精馏塔进行，。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术3塔板上汽液两相的操作分析第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术理论塔板：离开塔板的气液两相组成yn与xn相互平衡。实际塔板由于气液两相接触时间及接触面积有限，离开塔板的气液两相难以达到平衡，达不到理论板的传质分离效果。理论板仅作为衡量实际板分离效率的依据和标准。4精馏必要条件为实现分离操作，除了需要有足够层数塔板的精馏塔之外，还必须从塔底引入上升蒸汽流（气相回流）和从塔顶引入下降的液流（液相回流），以建立气液两相体系。塔底上升蒸汽和塔顶液相回流是保证精馏操作过程连续稳定进行的必要条件。没有回流，塔板上就没有气液两相的接触，就没有质量交换和热量交换，也就没有轻、重组分的分离。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术四、精馏操作流程四、精馏操作流程精馏过程可连续操作，也可间歇操作。精馏装置系统一般都应由精馏塔、塔顶冷凝器、塔底再沸器等相关设备组成，有时还要配原料预热器、产品冷却器、回流用泵等辅助设备。原料加入的那层塔板称为加料板。加料板以上部分，起精制原料中易挥发组分的作用，称为精馏段，塔顶产品称为馏出液。加料板以下部分(含加料板)，起提浓原料中难挥发组分的作用，称为提馏段，从塔釜排出的液体称为塔底产品或釜残液。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术 精馏计算精馏计算 一、全塔物料衡算一、全塔物料衡算稳定连续操作的精馏塔，以单位时间为基准，则全塔物料衡算式为：总物料衡算：F=D+W易挥发组分衡算：FxF=DxD+WxW式中：F、D、W分别为原料、塔顶产品和塔底产品的流量，Kmol/h；xF、xD、xW分别为原料、塔顶产品和塔底产品中易挥发组分的摩尔分数。全塔物料衡算式应用：确定产品流量及组成。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术二、操作线方程二、操作线方程精馏塔内任意板下降液相组成xn及由其下一层板上升的蒸汽组成yn1之间关系称为操作关系。描述精馏塔内操作关系的方程称为操作线方程。（一）恒摩尔流假定（一）恒摩尔流假定1恒摩尔流假定成立的条件若在精馏塔塔板上气、液两相接触时有nkmol的蒸汽冷凝，相应就有nkmol的液体汽化，这样恒摩尔流的假定才能成立。为此，必须满足的条件是：各组分的摩尔汽化潜热相等；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；塔设备保温良好，热损失可也忽略。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术2恒摩尔流假定内容（1）恒摩尔汽化精馏操作时，在精馏塔的精馏段内，每层板的上升蒸汽摩尔流量都是相等的，在提馏段内也是如此：精馏段 V1=V2=V3=V=常数提馏段 V=V=V=V=常数但两段的上升蒸汽摩尔流量却不一定相等。（2）恒摩尔液流精馏操作时，在塔的精馏段内，每层板下降的液体摩尔流量都是相等，在提馏段内也是如此：精馏段 L1=L2=L3=L=常数提馏段 L=L=L=L=常数但两段的下降液体摩尔流量不一定相等。第三章第三章 精馏操作技术精馏操作技术 化工单元操作技术化工单元操作技术（二）操作线方程（二）操作线方程在连续精馏塔中，因原料液不断从塔的中部加入，致使精馏段和提馏段具有不同的操作关系。1精馏段操作线方程对精馏段的第n十1层板以上塔段及冷凝器作物料衡算，以单位时间为基准:总物料衡算：V=L+D易挥发组分衡算：yn+1=Lxn+DxD式中:V精馏段上升蒸汽的摩尔流量，kmol/h；L精馏段下降液体的摩尔流量，kmol/h；yn+1精馏段第n十1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔