精馏的分类和原理

百科   2024-11-15 08:02   北京  

      精馏在石油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。

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精馏的它的分类

1、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。

2、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。


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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▲

1、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y1>xF>x1,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y3>y2>y1,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。


2、对于精馏原理也可以这样理解

① 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。

    V2与L0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。

②  传质推动力 :△y、△x

③ 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。

④ 热量传递过程

    液体汽化所需热量由蒸汽冷凝提供。

⑤ 过程控制

    精馏过程速率由传质过程控制。


3、传质设备  

      板式塔—逐级接触式设备;

      填料塔—微分接触式设备。


4、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。

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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。

1、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)。


2、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。


3、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。

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关于举办“2024高级精馏系统模拟与优化及实际工业案例专题培训班”的通知

   精馏是利用混合物中各组分挥发度不同而将各组分加以分离的一种分离过程,本次培训选取先进的技术方法,如计算机模拟、过程集成优化、过程强化,结合大量示例及实际工业案例详细演示。讲课老师曾研究过500余套煤化工、炼油及石油化工、天然气化工、氟化工、精细化工,以及硫酸、硝酸、盐酸等三大酸,水泥,等装置的节能、节水、减碳问题,部分装置通过优化实施取得显著效果。我单位计划20241220-22在上海市举办“2024高级精馏系统模拟与优化及实际工业案例专题培训班”。本次培训邀请有经验的专家授课,请各有关单位积极派员参加,现将有关事项通知如下:

一、培训组织:

主办单位:北京中科安化工业技术中心

支持媒体:化学工业网 化工服务联盟

二、培训时间地点:

时间:20241220-2220日全天报到,2122两天课程)

地点上海(酒店住宿地点会前一周直接通知报名者)线上+线下

三、培训费用:

培训费用:2800元/人(含培训费、资料费、两天培训期间午餐费)。提前汇款2500元/人,住宿统一安排,费用自理。

四、培训对象:

从事化工、石化、医药、轻工等工艺、装置及自控设计专业技术人员;各勘察设计相关专业技术人员;工程项目管理人员以及各高校、职业技术学院化工专业相关教师都可以报名参加。

五、学员要求与教学方法:

1、熟知化工专业基础知识,具备化工原理、化工热力学等基础知识。课堂讲授与讨论相结合,并将结合案例,课堂讨论交流,请学员自带笔记本电脑。

六、报名联系方式:

电话/传真:010-60354362 祁慧杰:18518206941(同微信)

姜岩言:手机微信同号: 13260460335(报名微信)

手机咨询:18515638512


12月21日

12月22日

08:30-12:00

13:30-17:00

第1章 绪论

第2章 多元精馏过程的设计

2.1 单级气-液平衡计算 2.2 分离方案的设计

2.3 精馏塔的操作压力和冷凝器类型 2.4 轻、重关键组分

2.5 FUG法 2.6 计算机辅助设计

第3章 精馏过程的精确计算

3.1 多元平衡级分离模型 3.2 精馏塔的精确模拟

3.3 精馏塔的精确设计与核算 3.4 负荷性能图的应用

3.5 可逆精馏与温焓分析 3.6 简单精馏塔的优化

第4章 共沸物的精馏分离 

4.1 共沸现象及相图特征 4.2 残留曲线

4.3 精馏过程概念设计的含义 4.4 共沸点的破坏 4.5 变压精馏

第5章 精馏过程能量系统的优化 

5.1 精馏过程的能量系统 5.2 夹点技术概要 5.3 精馏过程的能量集成

5.4 双效精馏及多效精馏 5.5 热泵精馏 5.6 复杂精馏塔

第6章 反应精馏

6.1 概述 6.2 反应精馏工艺流程 6.3 反应精馏塔的催化剂布置

6.4 反应精馏过程的计算机模拟 6.5 其他精馏过程强化模式

注:重点讲解4、5、6章

参 考 书

参 考 书:李士雨主编,《化工分离过程》,ISBN 9787030725998,北京:科学出版社,2022.6.1本书共10章,介绍了当前化工工业领域常见的分离技术,主要包括精馏、吸收、工业结晶、吸附与离子交换、膜分离等。编写中力求选取先进的技术方法,如计算机模拟、过程集成优化、过程强化,结合大量示例及实际工业案例详细演示和阐述相关分离技术,以引导读者深刻理解分离技术原理,做到举一反三并指导实际应用。

老师简介

李士雨,清华大学化工系本科毕业,天津大学化工系硕士、博士研究生毕业,化学工程专业。曾任天津大学化工学院院长助理、化工信息技术中心主任(5年),新疆石河子大学化工学院院长(援疆,2年),英国曼彻斯特大学访问教授,现任天津大学化工学院教授。

研究方向为化工过程模拟、优化、集成。即,基于化工原理、化工热力学、分离工程、反应工程的基本原理,以化工系统工程技术,通过系统建模、优化与成熟设备的优化组合,提高化工过程系统能效,实现节能减排目标。擅长化工过程模拟、夹点技术、精馏塔及其序列优化、反应系统能量集成、蒸汽动力系统优化、全过程(Total Site)能量系统集成优化。既有扎实的理论基础,又有大型煤化工、石油化工、精细化工企业经验。

采用基于夹点分析的过程集成技术对煤化工、石油化工、精细化工、制药、电力、钢铁、造纸等过程工业进行系统节能潜力分析、节能机会识别以及节能方案制定,采用操作调优或者成熟设备的优化组合,一般可以给企业带来显著(1050%)的节能减排效果,技术成熟可靠。


下午5点后培训结束
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