蒸餾與吸收設(shè)備

1、 典型典型蒸餾裝置蒸餾裝置 冷卻水 V 進(jìn)進(jìn)料料 分分餾餾塔塔 底部成品 頂部成品 回流泵 再沸器 蒸汽 空氣冷卻器 回流槽 水冷卻器 3 塔設(shè)備的應(yīng)用塔設(shè)備的應(yīng)用 對塔設(shè)備的基本要求對塔設(shè)備的基本要求 1、氣、液兩相、氣、液兩相 充分接觸，相際充分接觸，相際 傳熱面積大。傳熱面積大。 2、生產(chǎn)能力大，、生產(chǎn)能力大， 即氣、液處理即氣、液處理 量大。量大。 3、操作穩(wěn)定，、操作穩(wěn)定， 操作彈性大。操作彈性大。 4、流體流動、流體流動 阻力小。阻力小。 5、結(jié)構(gòu)簡單，材、結(jié)構(gòu)簡單，材 料耗量小，制造、料耗量小，制造、 操作、維修方便。操作、維修方便。 6、耐腐蝕，、耐腐蝕， 不易堵塞。不易堵塞。

2、 加壓塔、常壓塔、減壓塔加壓塔、常壓塔、減壓塔 精餾塔、吸收塔、解吸塔、精餾塔、吸收塔、解吸塔、 萃取塔、反應(yīng)塔、干燥塔等萃取塔、反應(yīng)塔、干燥塔等 框架塔、自支承式塔框架塔、自支承式塔 填料塔、板式塔填料塔、板式塔 塔設(shè)備的分類塔設(shè)備的分類 按壓力按壓力 按單元操作按單元操作 按支承方式按支承方式 按塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)按塔內(nèi)件結(jié)構(gòu) 塔設(shè)備的發(fā)展趨勢塔設(shè)備的發(fā)展趨勢 大型化大型化 存在問題存在問題 強(qiáng)度、剛度、強(qiáng)度、剛度、 流體分布等流體分布等 全負(fù)荷全負(fù)荷 運(yùn)轉(zhuǎn)問題運(yùn)轉(zhuǎn)問題 設(shè)計(jì)、制造、操作、設(shè)計(jì)、制造、操作、 維修要求更高維修要求更高 11 機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)械設(shè)計(jì)-選擇材料；計(jì)算塔體壁厚裙座選擇材料；計(jì)算

3、塔體壁厚裙座 壁壁 厚；計(jì)算地腳螺栓直徑及數(shù)量等；厚；計(jì)算地腳螺栓直徑及數(shù)量等； 工藝設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì)-計(jì)算理論塔板數(shù)；計(jì)算理論塔板數(shù)； 選擇塔板選擇塔板 效率并確定實(shí)際塔板數(shù)；效率并確定實(shí)際塔板數(shù)； 選取板間距并初步確選取板間距并初步確 定塔高；計(jì)算塔徑（或空塔氣速）；進(jìn)行流體定塔高；計(jì)算塔徑（或空塔氣速）；進(jìn)行流體 力學(xué)驗(yàn)算；力學(xué)驗(yàn)算； 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-確定塔體結(jié)構(gòu)；塔盤結(jié)構(gòu)；確定塔體結(jié)構(gòu)；塔盤結(jié)構(gòu)； 溢溢 流裝置；緊固件及支持件；流裝置；緊固件及支持件； 進(jìn)出口接管結(jié)構(gòu)；進(jìn)出口接管結(jié)構(gòu)； 裙座及其它附件；裙座及其它附件； 塔設(shè)備的設(shè)計(jì)內(nèi)容塔設(shè)備的設(shè)計(jì)內(nèi)容 填料塔填料塔 連續(xù)式的氣、液傳質(zhì)設(shè)

4、備連續(xù)式的氣、液傳質(zhì)設(shè)備 填料的選擇和應(yīng)用填料的選擇和應(yīng)用 板式塔板式塔 氣、液兩相逐層、逆流接觸氣、液兩相逐層、逆流接觸 兩相濃度沿塔高階梯式變化兩相濃度沿塔高階梯式變化 填料塔和板式塔的比較填料塔和板式塔的比較 （1）填料塔是連續(xù)式的氣液傳質(zhì)設(shè)備，）填料塔是連續(xù)式的氣液傳質(zhì)設(shè)備， 兩相間呈連續(xù)逆流接觸并進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱，兩相間呈連續(xù)逆流接觸并進(jìn)行傳質(zhì)和傳熱， 氣液兩相組分的濃度沿塔高呈連續(xù)變化。氣液兩相組分的濃度沿塔高呈連續(xù)變化。 （2）板式塔中氣液兩相間逐層逆流接觸進(jìn)行）板式塔中氣液兩相間逐層逆流接觸進(jìn)行 傳質(zhì)和傳熱，氣液兩相組分的濃度沿塔高呈傳質(zhì)和傳熱，氣液兩相組分的濃度沿塔高呈 階梯式

5、變化。階梯式變化。 填料塔的優(yōu)點(diǎn)填料塔的優(yōu)點(diǎn) 1、結(jié)構(gòu)簡單。、結(jié)構(gòu)簡單。 2、壓力降小（大尺寸填料）。、壓力降小（大尺寸填料）。 3、便于處理腐蝕性物料、便于處理腐蝕性物料、 易起泡沫的物料易起泡沫的物料 及真空操作。及真空操作。 填料塔的缺點(diǎn)填料塔的缺點(diǎn) 1、體積大、重量大。、體積大、重量大。 2、傳統(tǒng)填料傳質(zhì)效率較低，、傳統(tǒng)填料傳質(zhì)效率較低， 操作穩(wěn)定性不好。操作穩(wěn)定性不好。 3、不適于處理污濁、含塵、不適于處理污濁、含塵、 含有固體顆粒及含有固體顆粒及 易結(jié)垢物料。易結(jié)垢物料。 塔設(shè)備的選型塔設(shè)備的選型 板波紋波紋 絲網(wǎng)波紋填料 規(guī)整填料 金屬環(huán)屬環(huán)矩鞍 改進(jìn)進(jìn)矩鞍填 矩鞍填料 弧鞍填料

6、 鞍形填料 階梯環(huán) 改進(jìn)進(jìn)鮑爾 鮑爾環(huán) 開孔環(huán)形填料 料環(huán)、十字環(huán)及內(nèi)螺旋填 拉西環(huán) 環(huán)形填料 散裝填料（亂堆填料） 填料 填料分類填料分類 填料填料 18 環(huán)形填料環(huán)形填料 開孔環(huán)形填料開孔環(huán)形填料 鞍形填料鞍形填料 鞍環(huán)填料鞍環(huán)填料 （金屬環(huán)矩鞍填料）（金屬環(huán)矩鞍填料） 規(guī)整填料規(guī)整填料 絲網(wǎng)波紋填料絲網(wǎng)波紋填料 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1、氣液接觸面積大、空隙率大。、氣液接觸面積大、空隙率大。 2、氣液有規(guī)律轉(zhuǎn)向和改道，接、氣液有規(guī)律轉(zhuǎn)向和改道，接 觸均勻。觸均勻。 缺點(diǎn)缺點(diǎn) 1、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高。、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價(jià)格高。 2、只能用于清潔氣體和液體，、只能用于清潔氣體和液體， 否則絲網(wǎng)容易堵塞。否則絲網(wǎng)

7、容易堵塞。 填料的選擇填料的選擇 效率效率 通量通量 壓降壓降 材料材料 物料的腐蝕性、操作溫度物料的腐蝕性、操作溫度 主要材料 金屬金屬 塑料塑料 陶瓷陶瓷 填料的通過能力填料的通過能力 極限通過能力極限通過能力液泛的空塔氣速液泛的空塔氣速 常用填料在相同壓力降下通過能力的比較：常用填料在相同壓力降下通過能力的比較： 拉西環(huán)矩鞍環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)鞍環(huán)拉西環(huán)矩鞍環(huán)鮑爾環(huán)階梯環(huán)鞍環(huán) 填料的尺寸填料的尺寸 填料外徑填料外徑 徑比徑比= 塔徑塔徑 推薦散裝填料尺寸推薦散裝填料尺寸 1、塔徑、塔徑300mm時(shí)，選用時(shí)，選用2025mm的填料。的填料。 2、300塔徑塔徑900mm時(shí)，選用時(shí)，選用2538m

8、m的填料的填料。 3、塔徑、塔徑900mm時(shí)，選用時(shí)，選用5080mm的填料的填料。 A填料支承裝置填料支承裝置 要求要求 （1）足夠的強(qiáng)度和剛度）足夠的強(qiáng)度和剛度 （2）足夠的自由截面積）足夠的自由截面積 （3）結(jié)構(gòu)簡單，便于安）結(jié)構(gòu)簡單，便于安 裝，裝， 能耐介質(zhì)腐蝕。能耐介質(zhì)腐蝕。 柵板型柵板型 氣體分氣體分 流型流型 整塊式 分塊式 波紋式 駝峰式 孔管式 填料支承裝置的類型填料支承裝置的類型 柵板型柵板型 氣體分流型氣體分流型 B液體分布裝置液體分布裝置 要求要求 結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和安裝結(jié)構(gòu)簡單，便于制造和安裝 在不大的壓力下能均勻分散液體在不大的壓力下能均勻分散液體 噴淋點(diǎn)數(shù)的要

9、求噴淋點(diǎn)數(shù)的要求 通道不易堵塞通道不易堵塞 安裝位置一般高于填料表面安裝位置一般高于填料表面150-300mm 溢流式 孔流式 盤式 噴嘴式 蓮蓬頭式 噴灑式 溢流型 孔流型 槽式 壓力型 重力型 管式 液體分布裝置 42 管式管式 槽式槽式 噴灑式噴灑式 噴灑式液體分布裝置的局限性：噴灑式液體分布裝置的局限性： （1）液體需要有一定的壓力才能噴灑。）液體需要有一定的壓力才能噴灑。 （2）孔眼容易堵塞。）孔眼容易堵塞。 （3）當(dāng)塔徑較大時(shí)液體分布的均勻性較差。）當(dāng)塔徑較大時(shí)液體分布的均勻性較差。 （4）液體噴射到塔壁上會產(chǎn)生壁流。）液體噴射到塔壁上會產(chǎn)生壁流。 因此，對直徑較大的填料塔，多采用

10、溢因此，對直徑較大的填料塔，多采用溢 流型液體分布裝置。流型液體分布裝置。 47 盤式盤式 支承梁支承梁 分液槽分液槽 矩形升氣管矩形升氣管 反射式反射式 盤式液體收集器盤式液體收集器 盤式液體分布器盤式液體分布器 組合式液體組合式液體 再分布器再分布器 圖1-63 多孔盤式再分布器 盤式液體盤式液體 再分布器再分布器 壁流收集壁流收集 再分布器再分布器 塔設(shè)備總體結(jié)構(gòu)組成塔設(shè)備總體結(jié)構(gòu)組成 塔體塔體 裙座裙座 內(nèi)件內(nèi)件 設(shè)備設(shè)備 接管口接管口 附件附件 分子蒸餾的條件是： 1、 高度真空:低于或等于0.1333pa； 2、保證冷凝面和蒸發(fā)面的間距與給定氣壓下蒸發(fā)分 子的平均自由程在同一量次；

11、 3、冷凝面的溫度應(yīng)該低于蒸發(fā)面50100C； 4、被蒸餾物在蒸發(fā)面應(yīng)能形成連續(xù)更新、覆蓋完全、 厚度均勻的薄膜，并控制停留時(shí)間。 鑒于分子蒸餾在原理上根本區(qū)別于常規(guī)蒸餾, 因而 它具備著許多常規(guī)蒸餾無法比擬的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)。 1.操作溫度低。操作溫度低。 常規(guī)蒸餾是靠不同物質(zhì)的沸點(diǎn)差進(jìn)行分離的, 而分子蒸餾是靠不同物質(zhì)分子運(yùn) 動自由程的差別進(jìn)行分離的,因此, 后者是在遠(yuǎn)離(遠(yuǎn)低于)沸點(diǎn)下進(jìn)行操作的。 2.蒸餾壓強(qiáng)低。蒸餾壓強(qiáng)低。 由于分子蒸餾裝置獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式, 其內(nèi)部壓強(qiáng)極小, 可以獲得很高的真空度。 同時(shí), 由分子運(yùn)動自由程公式可知, 要想獲得足夠大的平均自由程, 可以通過降 低蒸餾壓強(qiáng)來獲得

12、, 一般為10-1Pa數(shù)量級。 從以上兩點(diǎn)可知, 盡管常規(guī)真空蒸餾也可采用較高的真空度,但由于其結(jié)構(gòu) 上的制約(特別是板式塔或填料塔), 其阻力較分子蒸餾裝置大得多, 因而真空度 上不去, 加之沸點(diǎn)以上操作, 所以其操作溫度比分子蒸餾高得多。如某液體混 合物在真空蒸餾時(shí)的操作溫度為260, 而分子蒸餾僅為150。 69 3.受熱時(shí)間短。受熱時(shí)間短。 鑒于分子蒸餾是基于不同物質(zhì)分子運(yùn)動自由程的差別而實(shí)現(xiàn)分離 的因而受加熱面與冷凝面的間距要小于輕分子的運(yùn)動自由程(即距離 很短), 這樣由液面逸出的輕分子幾乎未碰撞就到達(dá)冷凝面, 所以受熱 時(shí)間很短。另外, 若采用較先進(jìn)的分子蒸餾結(jié)構(gòu), 使混合液的液

13、面達(dá)到 薄膜狀, 這時(shí)液面與加熱面的面積幾乎相等, 那么, 此時(shí)的蒸餾時(shí)間則 更短。假定真空蒸餾受熱時(shí)間為1h, 則分子蒸餾僅用十幾秒。 4.分離程度高。分離程度高。 分子蒸餾常常用來分離常規(guī)蒸餾不易分開的物質(zhì),然而就這兩種方 法均能分離的物質(zhì)而言, 分子蒸餾的分離程度更高。分子蒸餾的揮發(fā) 度一般用下式表示: = p1/p2 (M2 / M1)1/2。式中M1為輕組分分子量；M2為重組分分子 量；p1、p2分別是組分1和2的蒸氣壓。 而常規(guī)蒸餾的相對揮發(fā)度, =p1/p2。在p1/p2相同的情況下, 重組 分的分子量M2比輕組分的分子量M1大, 所以比大。這就表明分子 蒸餾較常規(guī)蒸餾更易分離,

14、 且隨著M1、M2差別越大則分離程度越高。 70 從分子蒸餾技術(shù)分子蒸餾技術(shù)以上的特點(diǎn)可知, 它在實(shí)際的工業(yè)化應(yīng)用 中較常規(guī)蒸餾技術(shù)具有以下明顯的優(yōu)勢。 對于高沸點(diǎn)、熱敏性及易氧化物料高沸點(diǎn)、熱敏性及易氧化物料的分離, 分子蒸餾提供 了最佳分離方法。因?yàn)榉肿诱麴s是在很低溫度下操作, 且 受熱時(shí)間很短; 分子蒸餾可極有效地脫除液體中的低分子物質(zhì)低分子物質(zhì)(如有機(jī)溶如有機(jī)溶 劑、臭味等劑、臭味等), 這對于采用溶劑萃取后液體的脫溶是非常有 效的方法; 分子蒸餾可有選擇的蒸出目的產(chǎn)物, 去除其他雜質(zhì), 通過多 級分離可同時(shí)分離兩種以上的物質(zhì); 分子蒸餾的分離過程是物理過程, 因而可很好地保護(hù)被分 離

15、物質(zhì)不受污染和侵害。隨著工業(yè)化的發(fā)展, 分子蒸餾技分子蒸餾技 術(shù)術(shù)已廣泛應(yīng)用于高附加值物質(zhì)高附加值物質(zhì)的分離, 特別是天然物的分天然物的分 離離, 因而被稱為天然品質(zhì)的保護(hù)者和回歸者。 71 我國在80年代末才開展刮膜式分子蒸 餾裝置和工藝應(yīng)用研究。該裝置形成的液 膜薄，分離效率高，但較降膜式結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 它采取重力使蒸發(fā)面上的物料變?yōu)橐耗そ?下的方式，但為了使蒸發(fā)面上的液膜厚度 小且分布均勻,在蒸餾器中設(shè)置了一硬碳或在蒸餾器中設(shè)置了一硬碳或 聚四氟乙烯制的轉(zhuǎn)動刮板。該刮板不但可聚四氟乙烯制的轉(zhuǎn)動刮板。該刮板不但可 以使下流液層得到充分?jǐn)嚢枰允瓜铝饕簩拥玫匠浞謹(jǐn)嚢?還可以加快蒸還可以加快蒸 發(fā)面

16、液層的更新發(fā)面液層的更新,從而強(qiáng)化了物料的傳熱和從而強(qiáng)化了物料的傳熱和 傳質(zhì)過程。傳質(zhì)過程。 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是:液膜厚度小,并且沿蒸發(fā)表面流 動;被蒸餾物料在操作溫度下停留時(shí)間短,熱 分解的危險(xiǎn)性較小,蒸餾過程可以連續(xù)進(jìn)行, 生產(chǎn)能力大。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)是:液體分配裝置難以完善,很難保 證所有的蒸發(fā)表面都被液膜均勻覆蓋;液體 流動時(shí)常發(fā)生翻滾現(xiàn)象,所產(chǎn)生的霧沫也常 濺到冷凝面上。但由于該裝置結(jié)構(gòu)相對簡 單,價(jià)格相對低廉,現(xiàn)在的實(shí)驗(yàn)室及工業(yè)生產(chǎn) 中,大部分都采用該裝置。 如圖所示，它的加熱室由一根或數(shù)根垂直 長管組成。通常加熱管徑為2550mm， 管長與管徑之比為100150。原料液預(yù) 熱后由蒸發(fā)器底部進(jìn)入加熱器管內(nèi)，加熱