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初学者必看的精馏小知识

发布时间:2019-07-10 11:00:00 点击:    

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什么是精馏?


无锡瑞升酒精回收塔2019年7月10日讯 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。简单的说就是把液体混合物进行多次部分汽化,同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝,使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。


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精馏过程中,常用的设备有哪些?


精馏过程中的主要设备有: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,下部为提馏段。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。而重组分在提馏段中浓缩后,一部分作为塔釜产品(也叫残液),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汽气流。


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什么是压强、表压、真空度、绝对压力?


物体单位表面上所受的压力强度简称压强。工厂里习惯上把压强叫压力,从科学的定义来说,这种叫法是不严密的。我们使用这个术语时要特别注意,它不是物体所有表面受力总和,而是每一单位表面受到的力。


工厂里,开口接通大气的设备,称为常压设备。承受大气压力为大气压力,压力表读数为零。受压超过大气压力设备和物料,压力表的读数只是超过大气压力的那部分数值,这个数值叫表压。受压低于大气压力的设备和物料,如减压蒸馏设备,压力表的指示是低于大气压力的差值,此值称为真空度


把设备和物料实际所受的压力规定为绝压。对于压力超过大气压力的系统,其绝压为:P绝=P大气+P表压;对于受压低于大气压力的系统,其绝压为:P绝=P大气-P真空。


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什么是相、相平衡?


相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分,不同相之间往往有一个相界面,把不同的相分开。系统中相数的多少与物质的数量无关。如水与冰混合在一起,水为液相,冰为固相。一般情况下,物料在精馏塔内是气、液两相。


在一定的温度和压力下,如果物料系统中存在两个或两个以上的相,物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时间变化,我们称系统处于平衡状态。平衡时,物质还是在不停地运动,但是,各个相的量和各组分在各相的浓度不随时间变化,当条件改变时,将建立起新的相平衡,因此相平衡是运动的、相对的,而不是静止的、绝对的


举例说明:在精馏系统中,精馏塔板上温度较高的气体和温度较低的液体相互接触时,要进行传热、传质,其结果是气体部分冷凝,形成的液相中高沸点组分的浓度不断增加。塔板上的液体部分汽化,形成的气相中低沸点组分的浓度不断增加。但是这个传热、传质过程并不是无止境的,当气液两相达到平衡时,其各组分的两相的组成就不再随时间变化了。


5
什么是饱和蒸气压?


在一定的温度下,与同种物质的液体(或固态)处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压,它随温度的升高而增加。众所周知,放在杯子里的水,会因不断蒸发变得愈来愈少。如果把纯水放在一个密闭容器里,并抽走上方的空气,当水不断蒸发时,水面上方气相的压力,即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。但是,当温度一定时,气相压力最终将稳定在一个固定的数值上,这时的压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压。


应当注意的是,当气相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值时,液相的水分子仍然不断地汽化,气相中的水分子也不断地冷凝成液体,只是由于水的汽化速度等于蒸汽的冷凝速度,液体量才没有减少,气体量也没有增加。气体和液体达到平衡状态。所以,液体纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压时,气液两相即达到了相平衡。


6
什么是露点?


把气体混合物在压力不变的条件下降温冷却,当冷却到某一温度时,产生的第一个微小的液滴,此温度叫做该混合物在指定压力下的露点温度,简称露点。处于露点温度下的气体称为饱和气体。从精馏塔顶蒸出的气体温度,就是处在露点温度下。值得注意的是:第一个液滴不是纯组分,它是露点温度下与气相平衡的液相,其组成由相平衡关系决定。由此可见,不同组成的气体混合物,它们的露点是不同的。


7
什么是泡点?


液体混合物在一定压力下加热到某一温度时,液体中出现第一个很小的气泡,即刚开始沸腾时的温度叫该液体在指定压力下的泡点温度,简称泡点。处于泡点温度下的液体称为饱和液体,即精馏塔的釜温温度。应该说明,这第一个很小的气泡。也不是纯组分,它的组成也是由相平衡关系决定的。


8
什么是沸点?


当纯液体物质的饱和蒸汽压等于外压时,液体就会沸腾,此时的温度叫做该液体在指定压力下的沸点。纯物质的沸点是随外界压力的变化而改变的。当外界压力增大时,沸点升高,外界压力降低时,沸点降低。对于纯物质来说,在一定压力下,泡点、露点、沸点均为一个数值。


对于液体混合物来说,各组分的分压总和等于外压时,物料开始沸腾。由于各组分的分压随其在溶液中的含量而改变,因此,它没有恒定的沸点。液体混合物在泡点和露点的整个温度范围内都处于沸腾状态。并且不同温度下气液相组成是不同的。


9
什么是潜热?


单位重量的纯物质在相变(在没有化学反应的条件下,物质发生了相态的改变,称相变。如水结成冰或水汽化成水蒸气等称为相变过程。)过程吸收或放出的热叫潜热。如1公斤水由液态受热变成水蒸气的过程中所吸收的热叫水的汽化潜热,常用单位为千卡/公斤。


值得注意的是,在相变时温度和压力都是不变的,否则不能称之为潜热。因此,在说潜热数值时,要说明在什么温度什么压力下,进行何种相变过程。如1公斤水在760毫米汞柱压力,100摄氏度下汽化,汽化潜热为539.6千卡。相反,在此条件下,水蒸汽冷凝释放出来的热,称为冷凝潜热,数值与上相等。混合物的潜热可以实测或计算,其数值的大小除了和组分的性质有关外,还和组分的含量有关,不是一个固定的数值。


10
什么是显热?


纯物质在不发生相变和化学反应的条件下,因温度的改变而吸收或放出的热量叫显热


11
什么是回流比?


在精馏过程中,混合液加热后所产生的蒸汽由塔顶蒸出,进入塔顶冷凝器。蒸汽在此冷凝(或部分冷凝)成液体,将其一部分冷凝液返回塔顶沿塔板下流,这部分液体叫做回流液;将另一部分冷凝液(或未凝蒸汽)从塔顶采出,作为产品。回流比就是回流液量与采出量的重量比,通常以通常以R来表示,即R=L/D式中R-回流比L-单位时间内塔顶回流液体量,公斤/小时。D-单位时间内塔顶采储量,公斤/小时。


12
什么是最小回流比?


在规定的分离精度要求下,即塔顶、塔釜采出的组成一定时,逐渐减少回流比,此时所谓的理论板数逐渐增加。当回流比减少到某一数值时,所需的理论板数增加至无数多,这个回流比的数值,成为完成该项预定分离任务的最小回流比。通常操作时的实际回流比取为最小回流比的1.3~2倍


13
什么是全回流?


在精馏操作中,把停止塔进料,塔釜出料和塔顶出料,将塔顶冷凝液全部作为回流液的操作叫全回流。全回流的操作一般用在精馏塔开车初期,或用在生产不正常时精馏塔的自身循环操作中


14
最适宜回流比是怎样确定的?


对固定分离要求的过程来说,当减少回流比时,运转费用(主要表现在塔釜加热量和塔顶冷量)将减少,所需塔板数将增加,塔的投资费用增大;反之,当增加回流比时,可减少塔板数,却增加了运转费用。因此,在设计时应选择一个最适宜的回流比,以使投资费用和经常运转的操作费用之和在特定的经济条件下最小,此时的回流比称之为最适宜回流比。


15
什么是精馏塔的压力降?


所谓精馏塔的压力降,就是平时所说的塔釜和塔顶的压力差。对板式塔来说,塔板压降主要是由三部分组成的,即干板压力降、液层压力降和克服液体表面张力的压力降。塔釜与塔顶的压力差是全塔每块塔板压力降的总和。所谓干板压力降,就把精馏塔内上升的气体(或蒸汽)通过没有液体存在的塔板时,所产生的压力降;当气体穿过每层塔板上的液体层时产生的压力降,叫做液层压力降;气体克服液体表面张力所产生的压力降,叫液体表面张力压力降。对于固定的塔来说,在正常操作中,塔压力降主要随上升气体的流速大小而变化,有经验表明,塔压力降与气体流速的平方成正比。


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