精餾塔的基礎知識

概要

精餾是經過利用相對揮發性的差別將液體混合物分離成具備較高濃度某些組分的的過程。在諸如煉油廠和自然氣加工廠的工業環境中，分離過程是使用精餾塔塔進行的。本文將介紹蒸餾的基本原理和操做，以及討論精餾時使用的設備和術語。

一、精餾目的

精餾的基本目的是將進料液體混合物分離爲兩種或更多種與進料流不一樣組成的成分。在鹼性蒸餾塔中，進料流進入塔的中部，經過蒸餾將兩股物流離開，一股在頂部，一股在底部。沸點較低的組分在物流中濃縮而離開頂部，而沸點較高的組分在物流中濃縮而離開底部。

經過控制塔的溫度和壓力曲線以利用混合物組分相對揮發度的差別以及相變的趨勢來實現分離。較輕的、沸點較低的組分蒸發並向上移動到塔頂，從而造成頂部產品；較重的較高沸點組分冷凝並向下移動到塔底，從而造成底部產品。

二、命名法

對蒸餾的討論須要瞭解一些基本的術語。下面列出的術語一般用於描述蒸餾塔的主要成分，並帶有塔板塔的示意圖。

分餾-蒸餾的另外一個術語。

進料-將液體和/或氣體進料到蒸餾塔中。入口噴嘴下方的托盤稱爲進料托盤（the feed tray）。

重組分-相對揮發性較低的組分，對於簡單的烴，這是分子量較高的組分。在塔底產物中發現較高的濃度。

輕組分-相對揮發性較高的組分，對於簡單的烴，這是分子量較低的組分。在塔頂生成且濃度較高。

汽提部分-塔底和進料盤之間的塔盤。在汽提段中，目的是將較重的組分濃縮在液相中。

精餾區-進料塔板和塔頂之間的塔板。在精餾段中，目的是將較輕的組分集中在氣相中。

頂部產品-離開塔頂的產品，也稱爲餾出物。該產品一般經過熱交換器並液化。

底部產品-從精餾塔底部離開的產品。

迴流-來自塔頂的一部分蒸汽，已經冷凝爲液體，並在頂部塔盤上方以液體形式返回到塔。

再沸器-精餾塔底部的熱交換器，用於加熱離開精餾塔的液體到達沸點，產生的蒸氣返回到汽提段底部的塔。

蒸氣-液體平衡（VLE）曲線-對於液相中給定的組分，較輕組分在氣相中的實際組分圖。一般從熱力學數據得出。

分離原理

蒸餾利用進料混合物組分的相對揮發性的差別。一般，對於兩種或多種化合物，在給定的壓力和溫度下，因爲組分分壓，在平衡狀態下，蒸氣和液體成分會有所不一樣。蒸餾經過使液相和睦相在促進所需分離的溫度和壓力下接觸而加以利用。在該接觸期間，具備較低揮發性（一般爲較低沸點）的組分將優先進入液相，而具備更多揮發性的組分進入氣相。

精餾塔可使用塔盤或填充牀使氣體和液體接觸。對於使用塔板的精餾塔，咱們能夠考慮進入和離開單個塔板的氣相和液相組成的變化。進入塔盤的液體將與離開塔盤的氣體接觸。較熱的氣相會在進入的液相經過塔板鼓泡時加熱進入的液相，從而蒸發輕質組分，而後與氣相一塊兒離開塔板。相反地​​，經過液相冷卻氣相將致使氣相中較重的組分冷凝並與液相一塊兒離開塔盤。

穿過托盤的液體：

穿過托盤的氣體：

當使用填料而不是托盤時，原理保持不變，實際上填料一般是用至關於理論板的高度（HETP）來表示的，即填料的高度等於一個理論板的高度。填充只是使液相和睦相與一般在填充材料表面上流動的液體接觸的另外一種方法，而蒸氣則向上經過填充元件之間的空間。

四、精餾塔典型工做參數

精餾塔的操做有一些常見的共同趨勢。經過了解這些趨勢及其發生的緣由，咱們能夠加強對蒸餾過程的瞭解。

溫度曲線

精餾塔的基本溫度曲線在底部較熱，在頂部較冷。對於簡單的兩組分蒸餾，塔底溫度僅比重組分的沸點低。塔頂的溫度恰好高於較輕組分的沸點。

在塔的底部，咱們但願重組分保留爲液體，較輕組分保留爲氣體。所以，咱們在底部設置溫度以符合此要求。經過經由稱爲重沸器的熱交換器增長熱量來設定該溫度。一般，經過蒸汽或熱油流速，添加到塔底的熱量易於控制。

在塔的頂部，狀況相反。咱們但願輕組分保留爲氣體，而較重的組分冷凝爲液體並從色譜柱中回落。最高溫度恰好設置在較輕組分的沸點之上。此處的溫度控制狀況與塔底有所不一樣，這是由於當咱們將頂部產品送去儲存時，咱們一般但願頂部產品爲液體。所以，咱們將從塔頂出來的全部氣體冷凝爲液體。分離該液體流，其中一些返回塔，一些進入儲存。最高溫度一般是經過改變回流速度來控制的，即改變流回塔頂的液體的流速。較高的迴流速率意味着，較冷的液體從塔上落下，而對上升的較熱的氣體而言，

將總熱量添加到塔底，並將熱量提取到塔頂。在塔內，在上升到塔上的熱氣體和降低到塔下的較冷液體之間創建了溫度平衡。

壓力曲線

一般在整個色譜柱上存在壓力梯度，其中色譜柱底部的壓力高於頂部。該壓力梯度是隨着液體從塔中流出而阻止蒸氣向上流，並對流施加壓力損失而產生的。在穩態蒸餾中，塔中的壓力保持恆定，而且改變溫度以控制產物流的組成。

 

來源：精餾塔的基礎知識