精馏基础知识fyh课件.ppt
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1、精馏基础知识培训讲义内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间编写:冯玉虎编写:冯玉虎一一 精馏的基本原理精馏的基本原理内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间 精馏精馏是化工生产中分离互溶液体混合物的典型单元操作,其实质是多级蒸馏,即在一定压力下,利用互溶液体混合物各组分的沸点或饱和蒸汽压不同,使轻组分(沸点较低或饱和蒸汽压较高的组分)汽化,经多次部分液相汽化和部分气相冷凝,使气相中的轻组分和液相中的重组分浓度逐渐升高,从而实现分离。精馏过程的主要设备有:精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐和输送设备等。精馏塔以进料板为界,上部为精馏段,下部为提留段。一定温度和压力的料液进入精馏塔后,轻组分在精馏段逐渐浓缩,离开塔顶后全部
2、冷凝进入回流罐,一部分作为塔顶产品(也叫馏出液),另一部分被送入塔内作为回流液。回流液的目的是补充塔板上的轻组分,使塔板上的液体组成保持稳定,保证精馏操作连续稳定地进行。而重组分在提留段中浓缩后,一部分作为塔釜产品,一部分则经再沸器加热后送回塔中,为精馏操作提供一定量连续上升的蒸气气流。二二 精馏塔设备概述精馏塔设备概述内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间2.1 2.1 塔设备的概念塔设备的概念 化工生产过程中可提供气液或液液两相之间进行直接接触机会,达到相际传质及传热目的,又能使接触之后的两相及时分开,互不夹带的设备。注:相相是指没有外力作用下,物理、化学性质完全相同,成分相同的均匀物质的聚集态。内
3、蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间2.2 2.2 塔设备的主要特点塔设备的主要特点外形特点:体型高,长宽比大。塔设备是化工、炼油生产中最重要的设备之一。常见的、可在塔设备中完成单元操作的有精馏、吸收、解吸、萃取及气体的洗涤、冷却、增湿、干燥等。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间2.3 2.3 塔设备的种类塔设备的种类(1 1)按塔的内部构件结构形式,可将塔设备分为两大类:板式塔和填料塔。(2 2)按化工操作单元的特性(功能),可将塔设备分为:精馏塔、吸收塔、萃取塔、反应塔、解吸塔、再生塔和干燥塔等。(3 3)按操作压力可将塔设备分为:加压塔、常压塔和减压塔。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间2.4 塔设备的主要外
4、部构件及作用塔设备的主要外部构件及作用板式塔板式塔填料塔填料塔内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间2.4.1塔体塔体 塔体即塔设备的外壳,常见的塔体由等直径、等厚度的圆筒及上下封头组成。塔设备通常安装在室外,因而塔体除了承受一定的操作压力(内压或外压)、温度外,还要考虑风载荷、地震载荷、偏心载荷。此外还要满足在试压、运输及吊装时的强度、刚度及稳定性要求。2.4.2支座支座 塔体支座是塔体与基础的连接结构。因为塔设备较高、重量较大,为保证其足够的强度及刚度,通常采用裙式支座(简称“裙座”)。裙座分为圆筒形和圆锥形两种。2.4.3人孔及手孔人孔及手孔 为安装、检修、检查等需要,往往在塔体上设置人孔或手孔。
5、不同的塔设备,人孔或手孔的结构及位置等要求不同。三三 板板 式式 塔塔内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.1 板式塔的概念板式塔的概念板式塔是一种逐级(板)接触的气液传质设备。塔内以塔板为基本构件,气自塔底以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层,使气-液相密切接触而进行传质传热,两相的浓度呈阶梯式变化。精馏塔原理动画板式塔流体力学性能与操作特性.swf内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.3 板式塔的类型板式塔的类型 板式塔类型的不同,在于其中的塔板结构不同,常见的主要类型有:泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、舌片塔等。精馏塔原理动画塔板类型.swf3.3.1 泡罩塔泡罩塔 泡罩塔是工业应用最早的板式塔,而且在相当长
6、的一段时期内是板式塔中较为流行的一种塔型。泡罩塔盘的结构主要由泡罩(气液接触元件)、升气管、溢流堰、降液管及塔板等部分组成。3.2 板式塔工作原理板式塔工作原理 正常工作时,液体在重力作用下自上而下通过各层塔板后由塔底排出;气体在压差推动下,经均布在塔板上的开孔由下而上穿过各层塔板后由塔顶排出,在每块塔板上皆储有一定的液体,气体穿过时两相接触进行传质。精精馏塔原理动画馏塔原理动画板式塔内流体的流动效果板式塔内流体的流动效果.swf内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间泡罩塔的优点泡罩塔的优点:操作弹性大,因而在负荷波动范围较大时,仍能保持塔的稳定操作及较高的分离效率;气液比的范围大,不易堵塞等。泡罩塔的
7、缺点泡罩塔的缺点:结构复杂、造价高、气相压降大、以及安装维修麻烦等。目前,只是在某些情况如生产能力变化大,操作稳定性要求高,要求有相当稳定的分离能力等要求时,可考虑使用泡罩塔。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.3.2 筛板塔筛板塔 筛板塔也是应用历史较久的塔型之一,与泡罩塔相比,筛板塔结构简单,筛板塔结构及气液接触状况如下图所示。筛板塔塔盘分为筛孔区、无孔区、溢流堰及降液管等部分。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间筛板塔的优点:筛板塔的优点:(1)结构简单,制造和维修方便,相同条件下生产能力高于浮阀塔;(2)塔板压力降较低,适用于真空蒸馏;(3)塔板效率较高,但稍低于浮阀塔;(4)具有较高的操作弹性,
8、但稍低于泡罩塔。筛板塔的缺点筛板塔的缺点:小孔径筛板易堵塞,不适于处理脏的、粘性大的和带固体粒子的料液。筛孔塔板是最简单的塔板,造价低廉,只要设计合理,其操作弹性是可以满足生产需要的,目前已成为应用最为广泛的一种板型。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.3.3 浮阀塔浮阀塔 浮阀塔板的结构特点是在塔板上开有若干个阀孔,每个阀孔装有一个可上下浮动的阀片,阀片本身连有几个阀腿,插入阀孔后将阀腿底脚拨转90,以限制阀片升起的最大高度,并防止阀片被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片,当气速很低时,由于定距片的作用,阀片与塔板呈点接触而坐落在阀孔上,在一定程度上可防止阀片与板面的粘结。内蒙古庆华甲醇
9、事业部芳烃车间浮阀塔的优点浮阀塔的优点:(1)生产能力大;(2)操作弹性大;(3)塔板效率较高;(4)塔板结构及安装较泡罩简单,重量较轻。浮阀塔的缺点浮阀塔的缺点:(1)在气速较低时,仍有塔板漏液,故低气速时塔板效率有所下降;(2)浮阀阀片有卡死和吹脱的可能,这会导致操作运转及检修的困难;(3)塔板压力降较大,妨碍了它在高气相负荷及真空塔中的应用。浮阀塔板是对泡罩塔板的改进,取消了升气管,在塔板开孔上方设置了浮阀,浮阀可根据气体的流量自行调节开度。气量较小时可避免过多的漏液,气量较大时可使气速不致过高,降低了压降。精馏塔原理动画浮阀塔板.swf内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.3.4 舌形塔舌形
10、塔 舌型塔是应用较早的一种斜喷型塔。气体通道为在塔盘上冲出的以一定方式排列的舌片。舌片开启一定的角度,舌孔方向与液流方向一致。舌形塔板是为了防止过量液沫夹带而设计的一种塔型。舌形塔结构简单,安装检修方便,但这种塔的负荷弹性较小,塔板效率较低,因而使用受到一定限制。精馏塔原理动画浮舌塔板.swf内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.4 板式塔的比较板式塔的比较 各种板式塔的比较是一个十分复杂的问题。但就生产能力、塔板效率、操作弹性、压力降及造价等方面来看,浮阀塔在蒸气负荷、操作弹性、塔板效率方面与泡罩塔相比都具有明显优势,因而目前获得了广泛应用。筛板塔的压降小、造价低、生产能力大,除操作弹性较小外,其
11、余均接近浮阀塔,故应用也较广。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.5 塔盘简介塔盘简介3.5.1 塔盘的结构塔盘的结构 板式塔的塔盘主要分为溢流式和穿流式两大类,二者之间的区别就在于溢流式塔盘有降液管,而穿流式塔盘上的气液两相同时通过塔板上的一些孔道流动。穿流式塔盘处理能力较大,压力降较小,但效率及操作弹性较差。下面主要介绍溢流式塔盘的结构,穿流式塔盘因省去了降液管,结构简化,故不叙述。溢流式塔盘由气液接触元件(如浮阀、筛孔、泡罩等)、塔板、降液管及受液盘、溢流堰等构成。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.5.2塔盘的分类塔盘的分类 塔盘按结构特点可分为整块式塔盘和分块式塔盘。当塔径700mm时,采用
12、整块式塔盘;塔径800mm时宜采用分块式塔盘。精馏塔原理动画塔板结构.swf(1)整块式塔盘 整块式塔盘根据组装方式不同可分为定距管式、重叠式和支撑圈式。采用整块式塔盘时,塔体由若干个塔节组成,每个塔节中装有一定数量的塔盘,塔节之间采用法兰连接。(2)分块式塔盘 直径较大的板式塔,为便于制造、安装、检修,可将塔盘板分成数块,通过人孔送入塔内,装在焊于塔体内壁的塔盘支承件上。分块式塔盘的塔体,通常为焊制整体圆筒,不分塔节。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.5.3 溢流堰及进口堰溢流堰及进口堰 溢流堰有保持塔盘板上一定液层高度和促使液流均匀分布的作用。采用平型受液盘时,为使上层塔板流入的液体能在塔盘
13、上均匀分布,并为了减小入口液流的冲力,常在液体进口处设置进口堰。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间3.5.4 降液管降液管作用作用:使夹带气泡的液流进入降液管后具有足够的分离空间,能将气泡分离出来,从而仅有清液流往下层塔盘。结构型式结构型式:可分为圆形降液管和弓形降液管两类。圆形降液管通常用于液体负荷低或塔径较小的场合,弓型降液管适用于大液量及大直径的塔。3.5.5 受液盘受液盘 为了保证降液管出口处的液封,在塔盘上设置受液盘,受液盘有平型和凹型两种(见下图)。受液盘的型式和性能直接影响到塔的侧线取出、降液管的液封和流体流入塔盘的均匀性等。平型受液盘适用于物料容易聚合的场合;当液体通过降液管与受液盘
14、的压力降大于25mm水柱,或使用倾斜式降液管时,应采用凹型受液盘。精馏塔原理动画塔板示意.swf内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间受液盘简图受液盘简图四四 填填 料料 塔塔内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间4.1 填料塔的概念填料塔的概念 填料塔属于微分接触型的气液传质设备。塔内以填料为气液接触和传质的基本元件。液体在填料表面呈膜状自上而下流动,气体呈连续相自下而上与液体做逆流流动,并进行气液两相间的传质与传热。两相的浓度或温度沿塔高呈连续变化。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间4.2 填料塔的结构填料塔的结构 典型填料塔的结构如上图所示,主要部件有塔体、填料及支承、液体分布器及再分布器、除沫器等。4.3 填料
15、填料 填料是填料塔的核心内件,它为气液两相充分接触进行传热传质提供了表面积。可分为散装填料和规整填料两大类。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间4.3.1 散装填料散装填料 散装填料是指以乱堆为主的填料,这种填料是具有一定外形的颗粒体,又称之为颗粒填料,根据外形分以下三种:(1)环形填料:拉西环填料、鲍尔环填料、阶梯环填料;(2)鞍形填料:弧鞍填料、矩鞍填料、改进矩鞍填料;(3)金属鞍环填料;以下是一些填料环简介以下是一些填料环简介(1)拉西环(拉西环(Raschig ring)填料)填料优点优点:易于制造,价格低廉,且对它的研究较为充分,所以在过去较长的时间内得到了广泛的应用。缺点缺点:由于高径比大
16、,堆积时填料间易形成线接触,因此液体在填料层流动时,常存在严重的沟流和壁流现象。且拉西环填料的内表面润湿率较低,因而传质速率也不高。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间 在拉西环基础上衍生了环、十字环及螺旋环等,其基本改进是在拉西环内增加一结构,以增大填料的比表面积。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间(2)鲍尔环(鲍尔环(Pall ring)填料)填料 在拉西环的基础上发展起来的鲍尔环是在其侧壁上开一层或两层长方形小孔,小孔的母材并不脱离侧壁而是形成向内弯的叶片。比之拉西环,鲍尔环不仅具有较大的生产能力和较低的压降,且分离效率较高,沟流现象也大大降低。鲍尔环填料的优良性能使它一直为工业所重视,应用十分广泛。
17、可由陶瓷、金属或塑料制成。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间(3)阶梯环填料(阶梯环填料(Stair ring)阶梯环填料的结构与鲍尔环填料相似,环壁上开有长方形小孔,环内有两层交错 45的十字形叶片,环的高度为直径的一半,环的一端成喇叭口形状的翻边。这样的结构使得阶梯环填料的性能在鲍尔环的基础上又有提高,其生产能力可提高约10%,压降则可降低25%,且由于填料间呈多点接触,床层均匀,较好地避免了沟流现象。阶梯环一般由塑料和金属制成,由于其性能优于其它侧壁上开孔的填料,因此获得广泛的应用。内蒙古庆华甲醇事业部芳烃车间(4)弧鞍形填料)弧鞍形填料 弧鞍是较早开发的一种表面全部展开的具有马鞍形状的瓷质型
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