甲醇精馏的基础知识Word下载.docx

1、该定律指出，在一定温度下，汽液平衡时，溶液上方气相中任意组分所具有的分压，等于该组分在相同温度下的饱和蒸汽压乘以该组分在液相中的分子分数。用数学式表示为： pA =PAXA式中pA气相中A组分的分压； PA纯组分A在该温度下的饱和蒸汽压； XA液相中组分A的分子分数。3、什么是道尔顿定律？道尔顿定律是表示理想气体混合物的总压和分压的关系的定律。道尔顿定律指出：理想气体混合物的总压，等于个个组成气体分压之后。根据道尔顿定律可以推出一个很重要的结论：混合气体中每个组分气体的分压等于混合气体的总压乘以该气体在混合气体中所占的分子分数。例如，第i个组分气体的分压可用下式表示： pi =P总Yi式中pi

2、组分气体i分压； P总混合气体的总压； Yi组分气体I在混合气体中所占分子分数。4、挥发度和相对挥发度：挥发度和相对挥发度是精馏过程使用的重要基本概念之一，精馏塔设计中也经常应用它。纯物质的挥发性能一般都以饱和蒸汽压力的大小来描述。对处在相同温度的不同物质，饱和蒸汽压力大的称为易挥发物质，否则就是难挥发物质。饱和蒸汽压即是外压时该物质的沸点温度下的蒸汽压，因此习惯上，也用沸点来说明挥发性能。如在101.325kPa下水的沸点为100，乙醇的沸点为78.4，甲醇的沸点为64.7，我们可以说甲醇比乙醇容易挥发，乙醇又比水容易挥发。对纯物质来说，不论是饱和蒸汽压力，还是沸点，都可以用来判断其挥发能力

3、的大小。精馏过程是处理多组分的液态混合物，而与液体成平衡的气相也是由各组分组成的气体混合物。这时各个组分在气相中所具有的分压数值的大小反映了该物质的挥发性能。其挥发性能的大小除与物料性质有关外，根据拉乌定律，还与物料在液体中所具有的浓度大小有关。为此规定挥发度的定义是：组分的气相分压与组分液相的浓度之比。对物质a和物质b组成的溶液, Va= Vb=式中Va、Vb分别为组分a和组分b的挥发度； Pa 、Pb组分a和组分b在气相中的分压； Xa 、Xb组分a和组分b在液相中的分子分数。对符合拉乌定律的理想溶液， Pa=PAXa Pb=PBXb= PB（1Xa）式中PA、PB分别指组分a和b的饱和蒸

4、汽压。由此可见，当溶液浓度不变时，物质挥发度的大小与饱和蒸汽压有关，也就是与温度有关，温度愈高，挥发度愈大。当温度不变时，挥发度的大小与浓度有关。对理想溶液而言，浓度愈大，挥发度愈大，二者成正比关系。 为了比较混合液中各个组分挥发度的大小，同时也便于在精馏中进行计算，因而引出了相对挥发度的概念，其定义是，混合液中各个组分挥发度之比。如对物质a和物质b组成的溶液，其相对挥发度，ab=式中ab为组分a对组分b的相对挥发度。5、什么是露点？什么是泡点？什么是沸点？把气体混合物在压力不变的条件下将温冷却，当冷却到某一温度时，产生第一个微小的液滴，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

5、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。这里提醒一下，第一个液滴不是纯组分，它是露点温度下与气相相平衡关系的液相。其组成是由相平衡关系决定的。由此可见，不同组成的气体混合物它们的露点是不同的。液体混合物在一定的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，则此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，精馏塔的釜液温度，就是处在泡点温度下。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确定的。当纯液体物质的饱和蒸汽压等于外压时，液体就会沸腾，此时的温度叫该液体在指定压力下的沸点。应该

6、指出，纯物质的沸点是随外界压力而改变的。当外压升高，沸点升高；外压降低，沸点降低。对液体混合物来说，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液相中的含量的改变而有所不同，因此，它没有恒定的沸点。液体混合物在泡点至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。6、回流比、全回流、最小回流比：回流比的定义就是：回流液体量与采出量的重量比。通常用R来表示，即R=式中R回流比；L单位时间内塔顶回流液体量，公斤/小时；D单位时间内塔顶采出量，公斤/小时；全回流是指精馏操作中，把停止塔的进料、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，称作全回流

7、。最小回流比是在规定的分离要求下，即塔顶、塔釜采出的组成为一定时，逐渐减少回流比，此时所需理论塔板数逐渐增加。当回流比减少到某一数值时，所需理论塔板数增加到无穷多，这个回流比的数值，称为完成该预定分离任务的最小回流比。它是精馏塔设计计算中的重要数据之一，通常操作时的实际回流比取最小回流比的1.32倍。7、简述回流液在精馏分离过程中的作用：在精馏过程中，混合液加热后所产生的蒸气由塔顶引出，进入塔顶冷凝器。蒸气在此冷凝（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，这部分液体就叫做回流液；将另一部分冷凝液（或未凝蒸气）从塔顶采出，作为产品。在回流液沿塔板下流过程中，与塔内不断气化上升的蒸

8、气进行多次部分气化和部分冷凝，即发生质交换过程，这样一来，就增大了回流下来液体中高沸点组分的含量。回流是构成汽、液两相接触传质的必要条件，没有液两相接触传质也就无从进行物质交换。当然组分挥发度的差异仍然是精馏过程的基础。8、精馏塔的压力降：所谓精馏塔的压力降，就是平时所说的塔顶和塔釜的压力差。对板式塔来说，塔板压降主要由三部分组成，即干板压力降、液层压力降和克服液体表面张力的压力降。塔顶和塔釜的压力差是全塔每块塔板塔顶和塔釜的压力降的总和。所谓干板压力降，就是精馏塔内上升气体（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液体层时产生的压力降，叫做液层压力降；气体克服液

9、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，压力降与气体流速的平方成正比。9、什么是空塔速度？它与孔速有什么关系？空塔速度是指单位时间内精馏塔上升蒸汽的体积与塔截面的比，即塔内上升气体在单位时间内流动的距离。单位为米3/秒米2或米/秒。用公式可表示为：W = Vs/Aa式中W空塔速度, 米/秒；Vs上升蒸气体积流量，米3/秒；Aa塔的总截面积，米2。上式也可以表示为 W = Vs/0.785D2D塔内径，米。孔速是指单位时间内通过升气孔道的上升蒸汽的体积与孔道总截面的比，即上升气体穿过升气孔道的流速，单位为

10、米3/秒W孔= Vs/AT式中W孔孔速度, 米/秒；AT升气孔道总截面积，米2。因为升气孔道总截面积是由塔板开孔率决定的，设开孔率为，则上式可表示为：W孔= Vs/0.785D2= W/空塔速度是影响精馏操作的重要因素之一。对于已经确定的塔来说，如果在允许范围内提高空塔速度，则能提高塔的生产能力。当空塔速度,提高到一定限度时，气液两相在塔板上因接触时间过短，而且会产生严重的雾沫夹带，破坏塔的正常操作。一般是以雾沫夹带量不大于10%来确定空塔速度，称为最大允许速度。当空塔速度过低时，不利于气体穿过孔道，甚至托不住上层塔板的液体，塔板上的液体可以经升气孔道倒流至下层塔板，这种现象通常称为液体泄漏，

11、泄漏严重时，会降低精馏塔的分离效果，特别筛板塔、浮阀塔、舌形塔，尤其是这样。10、什么是流体的流量与流速？两者之间存在什么样的关系？ 流体的流量与流速均可分为重量流量、重量流速与体积流量、体积流速。重量流量：单位时间内流过管道或设备的任一截面（与流向垂直的截面）上的流体重量。重量流量通常用符号G表示，单位为公斤/秒。体积流量：单位时间内流过管道或设备的任一截面（与流向垂直的截面）上的流体体积。体积流量通常用符号V表示，单位为米3/秒。重量流速：单位时间，单位管道或设备的截面（与流向垂直的截面）上流过的流体重量。重量流速通常用符号WG表示，单位为公斤/秒米2。体积流速：单位时间，单位管道或设备的

12、截面（与流向垂直的截面）上流过的流体体积。体积流速通常用符号WV表示，单位为米3/秒它们之间的关系如下：G = WGF = WVF = V式中F管道或设备的截面面积，米2；流体重度，公斤/米3。 在实际应用中，因为液体重度随温度和压力的变化可以忽略不计，所以在研究液体的流动时，常常采用体积流量、体积流速。而气体流动时，由于其重度随温度和压力的变化较大，所以采用重量流量、重量流速比较方便。11、什么是塔的开孔面积？开孔率是怎样确定的？在精馏塔内流动着从下往上的蒸汽和从上往下的液体，而且它们要同时通过每层塔板。气体通过塔板的通道叫升气孔道，升气孔道的总截面就是每块塔板的开孔面积。浮阀塔、袍罩塔的开

13、孔面积，就是每块塔板上所有浮阀孔或所有升气孔截面积的总和。开孔截面积的选定，是根据生产负荷的大小和允许蒸气速度确定的。通常所说的开孔率就是选定的开孔截面积和空塔总截面积之比，以表示，即： = AT/Aa 100%式中开孔率；AT开孔截面积，米2。Aa空塔总截面积，米2。 有时为了适应塔中各板或各段不同的气体负荷，设计时可以选用不同的开孔率。开孔率不同，其传质效率亦不同。另外，开孔率对塔的处理能力也有很大影响。在相同塔径中处理能力随开孔率的增加相应提高；对于同一处理能力而言，开孔率增加，则塔径可以减小，因此开孔率是设计中的重要指标之一。12、什么是液泛？如何处理？在精馏操作中，下层塔板上的液体涌

14、至上层塔板，破坏了塔的正常操作，这种现象叫液泛。液泛形成的原因，主要是由于塔内上升蒸气的速度过大，超过了最大允许速度造成的。另外，在精馏操作中，也常常遇到液体负荷太大，使溢流管内液面逐渐升高，以至上、下塔板的液体连在一起，破坏了塔的正常操作的现象，这也是液泛的一种形式。上述两种现象同属液泛，但引起的原因却是不一样的。出现液泛现象时，不管是板式塔还是填料塔，均应停止或减少进料量，稍减少蒸汽，降低釜温，停止塔顶采出，进行全回流操作，使涌带到塔顶或上层的难挥发组分慢慢流回到塔釜或塔下的正常位置。当生产不允许停止进料时，可将釜温控制在稍低于正常的操作温度下，加大塔顶采出量（该采出品质量不能保证），减小

15、回流比，当塔压差降到正常值后，再将操作条件全面恢复正常。13、什么是雾沫夹带？雾沫夹带是指气体自下层塔板带至上层塔板的液体雾滴。在传质过程中，大量雾沫夹带会使不应该上到塔顶的重组分带到产品中，从而降低产品质量，同时会降低传质过程中的浓度差，致使塔板效率下降。对于给定的塔来说，最大允许的雾沫夹带量（一般最大允许的雾沫夹带量为10%，即10公斤液体/100公斤气体）就限定了气体上升速度，此时的速度称最大允许速度。这时操作上主要表现为塔压差增大，塔顶馏分中重组分含量升高，若塔顶为气相采出，则可看出明显的带液现象。影响雾沫夹带的因素很多，诸如塔板间距、空塔速度、堰高、液流速度及物料的物理化学性质等。同

16、时还必须指出：雾沫夹带量与捕集装置的结构也有很大的关系。虽然影响雾沫夹带量的因素很多，但主要的影响因素是空塔速度和两块塔板之间的气液分离空间。对于固定的塔来说，雾沫夹带量主要随着空塔速度的增大而增大。但是，如果增大塔板的间距，扩大分离空间，则相应可提高空塔速度。14、什么是液体泄漏？塔板上的液体从上升气体通道倒流入下层塔板的现象叫泄漏。在精馏操作中，如上升气体所具有的能量不足以穿过塔板上的液层，甚至低于液层所具有的位能，这时就会托不住液体而产生泄漏。空塔速度越低，泄漏越严重。其结果是使一部分液体在塔板上没有和上升气体接触就流到下层塔板，不应留在液体中的低沸点组分没有蒸出去，致使塔板效率下降。因

17、此，塔板的适宜操作的最低空塔速度是由液体泄漏量所限制的，正常操作中要求塔板的泄漏量不得大于塔板上液体量的10%。泄漏量的大小，亦是评价塔板性能的特性之一。筛板、浮阀塔板和舌形塔板在塔内上升气速变小的情况下比较容易产生泄漏。15、什么是操作弹性？操作弹性是指气体速度的最小允许值（负荷下限）到最大允许值（负荷上限）之间的范围。上升气体速度在此范围内变动时，精馏塔能在一定的分离效果下，维持正常操作。精馏塔的负荷上限是以上升蒸气的雾沫夹带量不超过蒸气流量的10%为限制；负荷下限是以塔板上液体的泄漏量不得大于塔板上液体量的10%为限制。一般地说，浮阀塔操作弹性最大，有的试验表明负荷上限与负荷下限之比可达

18、79左右，泡罩塔次之，筛板塔最小。应当注意的是，当上升气体速度变化时，塔板效率要变化，这会引起分离效果发生变化。三、精馏的分类：1、精馏是怎样分类的？精馏可以从三个角度去分类。第一、按精馏操作的方式不同，可分为间歇精馏和连续精馏。第二、按精馏操作的条件（如压力）不同，可分为加压精馏、常压精馏、减压精馏等。第三、按精馏分离的原理不同，可分为一般精馏和特殊精馏。特殊精馏又包括恒沸精馏、萃取精馏、水蒸气蒸馏及分子蒸馏等。 我厂的甲醇精馏是连续、萃取精馏，并采取加压精馏及常压精馏相结合的流程。2、萃取精馏原理及萃取剂的选择：萃取精馏是向混合液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂）以改变原组分的挥发度而得以

19、分离。此处要求萃取剂的沸点较组分的沸点高得多，且不与组分形成恒沸液。萃取精馏常用于分离各组分沸点（挥发度）差别很小的溶液。对于萃取精馏来说，萃取剂常常可以选择出许多种。一般说来，选择萃取剂的主要依据如下：（1）萃取剂的选择性要大。被分离组分在萃取剂中相对挥发度的大小称为萃取剂的选择性。被分离组分在萃取剂中相对挥发度增大得多，分离就容易，也就是所选择的萃取剂的选择性大。选择性是选择萃取剂的主要依据。因为选择性的大小也就决定了被分离组分中轻重关键组分分离的难易程度。因此塔板数的多少、回流比的大小（它影响到塔径）也与它有密切的关系。（2）萃取剂对被分离组分的溶解度要大，这样塔板上的液体才能形成均相，

20、不会分层。（3）萃取剂的沸点应比被分离组分的沸点高得多，否则萃取剂易从塔顶挥发损失掉。（4）热稳定性、化学稳定性要好，无毒性，不腐蚀设备。（5）回收容易，价廉易得。3、萃取精馏在粗甲醇精馏中的应用：在粗甲醇蒸馏中，甲醇-烷烃形成恒沸物的沸点与甲醇的沸点较为接近。其中甲醇-庚烷、甲醇-异辛烷、甲醇-壬烷、甲醇-癸烷的共沸温度分别为58.8、58.3、63.9、64.3，与甲醇沸点64.7更为接近，用普通蒸馏的方法很难分离。但C6C15烷烃等类杂质只有在浓度很高的甲醇中被溶解。水与甲醇可以任何比例互溶，当溶液中加入了萃取剂水，使甲醇浓度降低，烷烃类等杂质就会从溶液中析出，分离出来。分离出的庚烷、异

21、辛烷、壬烷、癸烷的沸点分别为98.4、109.8、150.7、174比甲醇高出很多。从而实现烷烃等类杂质的分离。四、精馏操作的影响因素1、精馏操作的影响因素有哪些？除了设备问题以外，精馏操作过程的影响因素有以下几方面：（1）塔的温度和压力（包括塔顶、塔釜和某些有特殊意义塔板）；（2）进料状态；（3）进料量；（4）进料组分；（5）进料温度；（6）塔内上升蒸气速度和蒸发釜的加热量；（7）回流量；（8）塔顶冷剂量；（9）塔顶采出量；（10）塔底采出量。塔的操作就是按照塔顶和塔釜产品的组成要求来对这几个影响因素进行调节。此外，在萃取精馏和共沸精馏的操作过程中，萃取剂，共沸剂的加入温度、纯度及加入量的变

22、化，也是影响操作的因素。精馏工要在操作中克服各种影响因素的变化，防止对塔顶、塔釜产品的数量和组成的影响。2、精馏塔操作压力的变化对精馏操作有什么影响？塔的设计和操作都是基于一定的塔压下进行的，因此一般精馏塔总是首先要保持压力的恒定。塔压波动对塔的操作将产生如下的影响。（1）影响产品质量和物料平衡 改变操作压力，将使每块塔板上汽液平衡的组成发生改变。压力升高，则气相中重组分减少，相应地提高了气相中轻组分的浓度；液相中轻组分含量较前增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，气相量减少。总的结果是：塔顶馏分中轻组分浓度增加，但数量却相对减少；釜液中的轻组分浓度增加，釜液量增加。同理，压力降低，

23、塔顶馏分的数量增加，轻组分浓度降低；釜液量减少，轻组分浓度减少。正常操作中，应保持恒定的压力，但若因操作不正常，引起塔顶产品中重组分浓度增加时，则可采用适当提高压力的办法，使产品质量合格，但此时釜液中的轻组分损失增加。（2）改变组分间的相对挥发度 压力增加，组分间的相对挥发度降低，分离效率下降，反之，组分间的相对挥发度增加，分离效率提高。（3）改变塔的生产能力 压力增加，组分的重度增大，塔的处理能力增大。（4）塔压的波动 这将引起温度和组成间对应关系的混乱。我们在操作中经常以温度作为衡量产品质量的间接标准，但这只有在塔压恒定的前提下才是正确的。当塔压改变时，混合物的泡点、露点发生变化，引起全塔

24、的温度发生改变，温度和产品质量的对应关系也将发生改变。从以上分析可看出，改变操作压力，将改变整个塔的操作情况，因此在正常操作中应维持恒定的压力（工艺指标），只有在塔的正常操作受到破坏时，才可根据以上的分析，在工艺指标允许的范围内，对塔的压力进行适当的调节。应该指出，在精馏操作过程中，进料量、进料组成和进料温度的改变，塔釜加热蒸汽量的改变，回流量、回流温度和冷剂压力（对内回流塔而言）的改变以及塔的堵塞等，都可能引起塔压的波动，此时应首先分析引起塔压波动的原因，及时处理，使操作恢复正常。3、进料状态对精馏操作有什么影响？进料情况有五种：冷进料；泡点进料；气液混合进料；饱和蒸气进料；过热蒸气进料。为

25、了便于分析，令 = 从上式可以看出，冷进料时1，泡点进料时=1，气液混合进料时01，饱和蒸气进料时=0，过热蒸气进料时0。在精馏塔内，进料口以上为精馏段，进料口以下为提馏段。精馏塔总的物料平衡是单位时间内进料量（F）等于单位时间内塔顶馏出液量（P）与单位时间内塔底残液量（W）之和。F = P + W精馏段的物料平衡是单位时间内上升到精馏段的蒸气量（V）等于单位时间内下降到提馏段的液量（L）与等于单位时间内塔顶馏出液量（P）之和。V =L + P提馏段的物料平衡是单位时间内下降到提馏段的液量（L）等于上升到精馏段的蒸气量（V）与单位时间内塔底残液量（W）之和。L= V+ W 当进料量为F，则进料

26、板上增添的液流为F，下降到提馏段的液量应该是L= L +F，又因为 F = P + W、V =L + P 、 L= V+ W。则 L= V+ W = V+ F P = V+ F （ VL）= V V+ F + L 又因为V V+ F + L = L +F可得到V= V+（1）F当回流比、塔顶馏出物的组成为规定值时，进料状况发生变化，值也将发生变化，由于L= L +F，这直接影响到提馏段回流液量的改变，最终值的改变将引起理论塔板数和精馏段、提馏段的塔板数分配的改变，从而使进料塔板的位置也随之改变。例如，某塔设计为泡点进料，当改为冷液进料时，则精馏段塔板数过多，提馏段塔板数不足，结果是塔顶产品质量

27、可能提高，而釜液中轻组分的蒸出则不完全。若改为气液混合进料、或饱和蒸气、过热蒸气进料，则精馏段塔板数不足，提馏段塔板数过多，其结果是塔顶产品中重组分含量超过规定，而釜液轻组分含量比规定值低，同时增加了塔顶冷凝器的冷剂的消耗量，减少了塔釜的热剂消耗。在精馏塔内，只有当进料为饱和蒸气时（=0），才能L= L。同理，由V= V+（1）F可知，只有当进料为正在沸点的液体时（=1），才能V= V。 生产中多用泡点进料，此时，精馏段、提馏段上升蒸气的流量相等，故塔径一样，设计计算也比较方便。4、进料组分的变化对精馏操作有什么影响？ 进料组分的变化直接影响精馏操作，当进料中重组分的浓度增加时，精馏段的负荷增加。对于固定了精馏段塔板数的塔来说，将造成重组分带到塔顶，使塔顶产品质量不合格。若进料中轻组分的浓度增加时，此时精馏段的负荷增加。对于固定了提馏段塔板数的塔来说，将造成提馏段轻组分蒸出不完全，釜液中轻组