蒸餾技術(shù)-認(rèn)識(shí)精餾裝置（制藥單元操作課件）

模塊五精餾技術(shù)教學(xué)培訓(xùn)課件02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置

02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置3能力目標(biāo)學(xué)習(xí)要求與目標(biāo)1.具有識(shí)別與選擇的精餾塔的能力。2.具有根據(jù)工藝要求選擇精餾塔板的能力。知識(shí)目標(biāo)1.掌握精餾塔的分類(lèi)與組成。2.掌握蒸餾塔的塔板類(lèi)型與特點(diǎn)。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)誠(chéng)實(shí)守信、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛(ài)崗敬業(yè)精神；2.培養(yǎng)安全、環(huán)保、健康生產(chǎn)意識(shí)；3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及質(zhì)量意識(shí)，具備工程管理能力；4.培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；5.創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。子任務(wù)1認(rèn)識(shí)精餾塔02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置子任務(wù)1認(rèn)識(shí)精餾塔4工業(yè)上常用的精餾設(shè)備通常為塔設(shè)備。包括板式塔和填料塔。板式塔是在圓形殼體內(nèi)裝有若干層按一定間距放置的水平塔板（塔盤(pán)）構(gòu)成的傳質(zhì)設(shè)備。各種塔板的結(jié)構(gòu)各異，但板面上的布置大致相同，塔板上開(kāi)有若干小孔。氣體自下而上通過(guò)板上小孔并穿過(guò)板上液層，液體從上層塔板的降液管流到下層塔板的一側(cè)，橫向流過(guò)塔板后從另一側(cè)降液管流到下層塔盤(pán)，氣、液兩相在塔板上呈錯(cuò)流接觸流動(dòng)，這種塔板稱(chēng)為錯(cuò)流塔板。若塔板上不設(shè)降液管，則氣、液兩相均通過(guò)塔板上小孔逆向穿流而過(guò)，這種塔板稱(chēng)為逆流塔板或穿流塔板。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置5板式塔通常由一個(gè)呈圓柱形的殼體及沿塔高按一定間距水平設(shè)置的若干層塔板所組成。操作時(shí)，液體靠重力作用由頂部逐板向塔底排出，并在各層板上形成均勻流動(dòng)的液層；氣體則在壓力差推動(dòng)下，由塔底向上經(jīng)過(guò)均布在塔板上的開(kāi)孔依次穿過(guò)各層塔板由塔頂排出。塔內(nèi)以塔板作為氣液兩相接觸傳質(zhì)的基本構(gòu)件。工業(yè)生產(chǎn)中的板式塔，根據(jù)板間有無(wú)降液管溝通而分為有降液管和無(wú)降液管兩大類(lèi)，前者用量較多，它主要由塔體、溢流裝置和塔板構(gòu)件等組成。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置602任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置702任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置802任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置9一、生產(chǎn)中采用的各種類(lèi)型塔板，常以下述指標(biāo)評(píng)價(jià)其性能的優(yōu)劣生產(chǎn)能力即單位塔截面、單位時(shí)間處理的氣液負(fù)荷量；塔板效率；操作彈性；塔板效率；結(jié)構(gòu)是否簡(jiǎn)單，制造成本是否低廉。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置10工業(yè)生產(chǎn)中的板式塔，常根據(jù)板間有無(wú)降液管溝通而分為有降液管和無(wú)降液管兩大類(lèi)，它主要由塔體、溢流裝置和塔板構(gòu)件等組成。①塔體。通常為圓柱形，常用鋼板焊接而成，有時(shí)也將其分成若干塔節(jié)，塔節(jié)間用法蘭連接。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置11②溢流裝置。包括出口堰、降液管、進(jìn)口堰、受液盤(pán)等部件。出口堰的作用是使塔板上能形成一定厚度的液層，以便氣液充分接觸。降液管的作用是使經(jīng)氣液充分接觸后的液體順利流到下一層塔盤(pán)。進(jìn)口堰的作用是使由上一層來(lái)的液體平穩(wěn)地在塔盤(pán)上流過(guò)，同時(shí)避免發(fā)生串氣。受液盤(pán)的作用是承接上一層由降液管下來(lái)的液體。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置12③塔板及其構(gòu)件。塔板是板式塔內(nèi)氣液接觸的場(chǎng)所，操作時(shí)氣液在塔板上接觸的好壞，對(duì)傳熱、傳質(zhì)效率影響很大。在長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐中，人們不斷地研究和開(kāi)發(fā)新型塔板，以改善塔板上的氣液接觸狀況，提高板式塔的效率。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置1302任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置14二、塔板類(lèi)型02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置151.泡罩塔板泡罩塔板的氣體通道是升氣管和泡罩。由于升氣管高出塔板，即使在氣體負(fù)荷很低時(shí)也不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重漏液。因而泡罩塔板具有很大的操作彈性。升氣管是泡罩塔區(qū)別于其他塔板的主要結(jié)構(gòu)特征。氣體從升氣管上升通過(guò)齒縫被分散為細(xì)小的氣泡和流股經(jīng)液層上升，液層中充滿(mǎn)氣泡而形成泡沫層，為氣液兩相提供了大量的傳質(zhì)界面。但泡罩塔板結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，制造成本高，安裝檢修不便。氣體通道曲折，塔板壓降大，液泛氣速低，生產(chǎn)能力小。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置16篩孔——?dú)怏w通道降液管——液體通道溢流堰：維持塔板上一定高度的液層，以保證在塔板上氣液兩相有足夠的接觸面積。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置1702任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置182.浮閥塔板浮閥塔板與泡罩塔板相比其主要改進(jìn)是取消了升氣管，在塔板開(kāi)孔的上方安裝可浮動(dòng)的閥片。浮閥可隨氣體流量變化自動(dòng)調(diào)節(jié)開(kāi)度，氣量小時(shí)閥的開(kāi)度較小，氣體仍能以足夠氣速通過(guò)環(huán)隙，避免過(guò)多的漏液；氣量大時(shí)閥片浮起，由閥腳鉤住塔板以維持最大開(kāi)度。因開(kāi)度增大而使氣速不致過(guò)高，從而降低了壓降，也使液泛氣速提高，故在高液氣比下浮閥塔板的生產(chǎn)能力大于泡罩塔。氣體以水平方向吹入液層，氣液接觸時(shí)間較長(zhǎng)而液沫夾帶較小，故塔板效率較高。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置1902任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置20閥型：F1型、V型、T型、A型02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置2102任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置223.篩孔塔板篩孔塔板簡(jiǎn)稱(chēng)篩板，它的出現(xiàn)略遲于泡罩塔，其結(jié)構(gòu)如圖所示。與泡罩塔的相同點(diǎn)是都有降液管，不同點(diǎn)是取消了泡罩與升氣管，直接在板上鉆有若干小圓孔，篩板一般用不銹鋼制成，孔的直徑為3～8mm。操作時(shí)，液體橫過(guò)塔板，氣體從板上小孔（篩孔）鼓泡進(jìn)入板上液層。篩板塔在工業(yè)應(yīng)用的初期被認(rèn)為操作困難，操作彈性小，但隨著人們對(duì)篩板塔性能研究的逐步深入，其設(shè)計(jì)更趨合理。生產(chǎn)實(shí)踐證明，篩板塔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、生產(chǎn)能力大、板效率高、壓降低，已成為應(yīng)用最廣泛的一種。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置234.噴射型塔板噴射型塔板的主要特點(diǎn)是塔板上氣體通道中的氣流方向和塔板傾斜有一個(gè)較小的角度(有些甚至接近于水平)，氣體從氣流通道中以較高的速度（可達(dá)20～30m/s)噴出，將液體分散為細(xì)小的液滴，以獲得較大的傳質(zhì)面積，且液滴在塔板上反復(fù)多次落下和拋起，傳質(zhì)表面不斷更新，促進(jìn)了兩相之間的傳質(zhì)。即使氣體流速較高，但因氣成傾斜方向噴出，氣流帶出液層的液滴向上分速度較小，液沫夾帶量亦不致過(guò)大；另外這類(lèi)塔板的氣流與液流的流動(dòng)方向一致，由于氣流起到了推動(dòng)液體流動(dòng)的作用，液面落差較小，塔板上液層較薄，塔板阻力不太大。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置24因此噴射型塔板具有塔板效率高、塔板的生產(chǎn)能力較大、塔板阻力較小等優(yōu)點(diǎn)。其缺點(diǎn)是液體受氣流的噴射作用，在進(jìn)入降液管時(shí)氣泡夾帶現(xiàn)象較為嚴(yán)重，這是噴射型塔板設(shè)計(jì)、制造和操作時(shí)—個(gè)必須注意的問(wèn)題。如圖所示的是兩種典型的噴射型塔板。其中舌形塔板的操作彈性較小，而浮舌塔板則是結(jié)合舌形塔板和浮閥塔板的優(yōu)點(diǎn)，兼有浮閥和噴射的特點(diǎn)，具有較大操作彈性，且在壓降、塔板效率等方面優(yōu)于舌形塔板和浮閥塔板。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置2502任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置2602任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置2702任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置285.淋降篩孔塔板淋降篩孔塔板即為沒(méi)有降液管的篩孔塔板，又稱(chēng)為無(wú)溢流型篩孔塔板。塔板上氣液兩相為逆流流動(dòng)，氣液均穿過(guò)篩孔，故又稱(chēng)為穿流式篩孔塔板。這種塔板較篩孔塔板的結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)單，造價(jià)更低。因其節(jié)省了降液管所占據(jù)的塔截面積，使塔板的有效鼓泡區(qū)域面積增加了15％～30%，從而使生產(chǎn)能力提高。根據(jù)生產(chǎn)資料表明，淋降篩板塔的生產(chǎn)能力比泡罩塔大20％～100%，壓降比泡罩塔小40％～80％，特別適用于真空操作。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置29三、塔板結(jié)構(gòu)工業(yè)生產(chǎn)中多數(shù)使用的是有溢流管的篩板塔和浮閥塔，以有溢流管的塔板為例介紹塔板結(jié)構(gòu)。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置3002任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置31①鼓泡區(qū)即圖中虛線(xiàn)以?xún)?nèi)的區(qū)域，為氣液傳質(zhì)的有效區(qū)域。②溢流區(qū)即溢流管及受液盤(pán)所占的區(qū)域。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置32③安定區(qū)在鼓泡區(qū)和溢流區(qū)之間的面積。目的是為在液體進(jìn)入溢流管前，有一段不鼓泡的安定區(qū)域，以免液體夾帶大量泡沫進(jìn)入溢流管。其寬度一般可按下述范圍選取：外堰前的安定區(qū)可取70～100mm；內(nèi)堰前的安定區(qū)可取50～100mm。在小塔中，安定區(qū)可適當(dāng)減小。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置33④邊緣區(qū)在靠近塔壁的部分，需留出一圈用于支持塔板邊粱使用的邊緣區(qū)域。對(duì)于2.5以下的塔徑，可取為50mm，大于2.5的塔徑則取60mm，或更大些。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置3402任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置35歸納與總結(jié)：1.精餾塔的分類(lèi)與組成。2.蒸餾塔的塔板類(lèi)型與特點(diǎn)。模塊五精餾技術(shù)教學(xué)培訓(xùn)課件02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置

02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置38能力目標(biāo)學(xué)習(xí)要求與目標(biāo)1.具有識(shí)別與選擇的精餾過(guò)程的能力。2.具有根據(jù)工藝要求選擇特殊精餾技術(shù)的能力。知識(shí)目標(biāo)1.掌握精餾塔的工業(yè)應(yīng)用。2.掌握特殊蒸餾與應(yīng)用。素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)誠(chéng)實(shí)守信、團(tuán)結(jié)協(xié)作、愛(ài)崗敬業(yè)精神；2.培養(yǎng)安全、環(huán)保、健康生產(chǎn)意識(shí)；3.培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度及質(zhì)量意識(shí)，具備工程管理能力；4.培養(yǎng)分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力；5.創(chuàng)新能力培養(yǎng)等。子任務(wù)2認(rèn)識(shí)精餾的工業(yè)應(yīng)用子任務(wù)3認(rèn)識(shí)特殊精餾技術(shù)

02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置39子任務(wù)2認(rèn)識(shí)精餾的工業(yè)應(yīng)用精餾是依據(jù)混合液體中各組分的沸點(diǎn)不同而將混合物分開(kāi)的操作。工業(yè)上除了分離液體混合物之外，還可以用來(lái)分離氣體混合物，此時(shí)只需將氣體混合物全部冷凝為液體，再利用精餾方法將其分離，所以精餾操作在工業(yè)上有很多應(yīng)用。精餾操作在石油煉制、石油化工及煤化工等工業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，它既可分離二元物系，也可分離多元物系。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置40以焦?fàn)t煤氣為原料采用ICI低中壓法合成甲醇的工藝，其流程的后半部分就是粗甲醇的精制工藝，即采用精餾的方法將粗甲醇精制為精甲醇。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置41石油的常減壓蒸餾過(guò)程的工藝流程。原油脫鹽、脫水后經(jīng)換熱進(jìn)初餾塔，塔頂出輕汽油餾分或重整原料，塔底為拔頭原油，經(jīng)常壓爐加熱后進(jìn)入常壓分餾塔，塔頂出汽油。側(cè)線(xiàn)自上而下分別出煤油、柴油及其他油料產(chǎn)品。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置42塔底用水蒸氣氣提，塔底重油即常壓渣油用泵抽送至減壓部分。常壓渣油經(jīng)減壓爐加熱后送至減壓塔，為了減少管路壓降和提高減壓塔頂真空度，減壓塔頂一般不出產(chǎn)品而直接與抽空設(shè)備連接。減壓塔大都開(kāi)有3～4個(gè)側(cè)線(xiàn)，根據(jù)煉油廠(chǎng)的加工類(lèi)型不同可生產(chǎn)催化裂化原料或潤(rùn)滑油料。減壓塔底渣油用泵抽出經(jīng)換熱冷卻送出裝置。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置4302任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置子任務(wù)3認(rèn)識(shí)特殊精餾技術(shù)44認(rèn)識(shí)恒沸精餾、萃取精餾以及反應(yīng)精餾等幾種特殊精餾技術(shù)。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置451.恒沸精餾生產(chǎn)中若待分離的物系具有恒沸點(diǎn)，則不能用普通精餾方法實(shí)現(xiàn)完全的分離，這時(shí)可采用恒沸蒸餾的方法加以分離。在待分離的混合液中加入第三組分（稱(chēng)為挾帶劑），該組分與原混合液中的一個(gè)或兩個(gè)組分形成新的恒沸液，且其沸點(diǎn)較原組分構(gòu)成的恒沸液的沸點(diǎn)更低，使組分間相對(duì)揮發(fā)度增大，從而使原料液能用普通精餾方法予以分離，這種精餾方法稱(chēng)為恒沸精餾。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置46恒沸精餾流程示意圖在原料液中加入苯后，可形成苯、乙醇及水的三元最低恒沸液，常壓下其恒沸點(diǎn)為64.6℃,恒沸物組成為含苯0.544、乙醇0.230、水0.226（均為摩爾分率）。制取無(wú)水乙醇的工藝流程如圖所示。原料液與苯進(jìn)入恒沸精餾塔1中，塔底得到無(wú)水乙醇產(chǎn)品，塔頂蒸出苯-乙醇-水三元恒沸物，在冷凝器4中冷凝后，部分液相回流至塔內(nèi)，其余的進(jìn)入分層器5中，上層為富苯層，返回塔1作為補(bǔ)充回流，下層為富水層（含少量苯）。富水層進(jìn)入苯回收塔2的頂部，塔2頂部引出的蒸汽也進(jìn)入冷凝器4中，底部的稀乙醇溶液進(jìn)入乙醇回收塔3中。塔3中的塔頂產(chǎn)品為乙醇-水恒沸液，送回塔1作為原料。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置470102形成新的恒沸液沸點(diǎn)低，與被分離組分的沸點(diǎn)差大，一般兩者沸點(diǎn)差不小于10℃；新恒沸液宜為非均相混合物，可用分層法分離挾帶劑；新恒沸液所含挾帶劑少，這樣挾帶劑用量與氣化量均少，熱量消耗低；04使用安全、性能穩(wěn)定、價(jià)格便宜等。對(duì)挾帶劑的主要要求0302任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置482.萃取精餾萃取精餾也是在待分離的混合液中加入第三組分（稱(chēng)為萃取劑或溶劑），以改變?cè)M分間的相對(duì)揮發(fā)度而得到分離。但不同的是萃取劑的沸點(diǎn)較原料液中各組分的沸點(diǎn)高，且不與組分形成恒沸液。萃取精餾常用于分離相對(duì)揮發(fā)度接近1的物系（組分沸點(diǎn)十分接近）。例如苯與環(huán)己烷的沸點(diǎn)（分別為80.1℃和80.73℃）十分接近，它們難于用普通精餾方法予以分離。若在苯-環(huán)己烷溶液中加入萃取劑糠醛（沸點(diǎn)為161.7℃），由于糠醛分子與苯分子間的作用力較強(qiáng)，從而使環(huán)己烷和苯間的相對(duì)揮發(fā)度增大。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置49原料液從萃取精餾塔1的中部進(jìn)入，萃取劑糠醛從塔頂加入，使它在塔中每層塔板上與苯接觸，塔頂蒸出的是環(huán)己烷。為避免糠醛蒸汽從頂部帶出，在精餾塔頂部設(shè)萃取劑回收段2，用回流液回收?？啡┡c苯一起從塔釜排出，送入溶劑回收塔3中，因苯與糠醛的沸點(diǎn)相差很大，故兩者容易分離。塔3底部排出的糠醛，可循環(huán)使用。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置50選擇性好，即加入少量的萃取劑，使原組分間的相對(duì)揮發(fā)度有較大的提高。性能穩(wěn)定，使用安全，價(jià)格便宜等。沸點(diǎn)較高，與被分離組分的沸點(diǎn)差較大，使萃取劑易于回收。與原料液的互溶性好，不產(chǎn)生分層現(xiàn)象。萃取劑的選擇02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置513.反應(yīng)精餾工業(yè)中多數(shù)情況下反應(yīng)過(guò)程和分離過(guò)程在不同的設(shè)備中各自進(jìn)行。隨著科技的發(fā)展，反應(yīng)和分離結(jié)合在一個(gè)設(shè)備中進(jìn)行，并伴有化學(xué)反應(yīng)的分離過(guò)程已日益引起人們的重視。這些過(guò)程由于反應(yīng)和分離的耦合作用，使反應(yīng)和分離效果得以加強(qiáng)，從而使產(chǎn)品的質(zhì)量和收率得到提高，同時(shí)降低了設(shè)備投資。我們將反應(yīng)與精餾耦合的操作過(guò)程稱(chēng)為反應(yīng)精餾。02任務(wù)二認(rèn)識(shí)精餾裝置52反應(yīng)精餾過(guò)程是在一個(gè)反應(yīng)精餾塔中完成，通過(guò)精餾的作用不斷分離出反應(yīng)產(chǎn)物，使反應(yīng)朝有利于反應(yīng)產(chǎn)物生成的方向進(jìn)行，因此反應(yīng)精餾能使某些化學(xué)反應(yīng)（主要是可逆反應(yīng)）的速率加快，轉(zhuǎn)化率提高，并抑制副產(chǎn)物生成，從而提高產(chǎn)品的收率和純度。隨著固體催化劑的不斷開(kāi)發(fā)，將固體催化劑制成固定形狀裝填于精餾塔內(nèi)，可以同時(shí)起化學(xué)反應(yīng)的催化劑和精餾填料的雙重作用，這種將非均相催化反應(yīng)和精餾分離耦合在一起的反應(yīng)精餾過(guò)程，稱(chēng)為催化精餾。