精馏塔用于根据沸点差异将液体混合物分离成各个组分。精馏塔基于传热传质原理,加热进料混合物使其部分汽化,使挥发性较强的组分在塔内上升,而重组分则冷凝下降。塔内设有塔盘或填料,以促进气液反复接触,从而实现多级高纯度分离。关键部件包括再沸器(底部热源)、冷凝器(顶部冷却装置)、进料口和回流系统,回流系统将部分冷凝后的塔顶产物返回,以提高分离效率。精馏塔的应用范围广泛,从原油精炼和乙醇净化到药品生产和废水处理,可根据所处理物质的热敏性在常压、真空或加压条件下运行。如今,先进的设计注重能源效率、自动化和高性能内部构件,以提高化学加工的生产效率和可持续性。
设备类型 | 分类方式 | 特点 | 应用场景 |
板式塔 | 按塔内结构分类 | 塔内装有若干层塔板(或称塔盘),液体在塔板上流动,气体通过塔板上的孔或阀与液体接触,实现气液传质。 | 适用于处理量较大、液体黏度较低的场合,如石油精馏、酒精蒸馏等。 |
填料塔 | 按塔内结构分类 | 塔内装有填料,填料的比表面积大,空隙率高,能够提供大量的气液接触面积,促进传质。 | 适用于处理量较小、液体黏度较高或需要高传质效率的场合,如精细化工、生物化工等。 |
喷射塔 | 按塔内结构分类 | 通过喷头将液体喷入塔内,形成液滴或雾状,与气体充分接触,实现传质。喷射塔的传质效率高,但需要较高的液体喷射压力。 | 适用于处理量较小、液体黏度较低的场合,如某些吸收过程。 |
常压精馏塔 | 按操作压力分类 | 操作压力接近常压,结构简单,成本较低,但分离效率可能受到限制。 | 适用于沸点差异较大、对分离要求不高的场合,如酒精蒸馏。 |
加压精馏塔 | 按操作压力分类 | 操作压力高于常压,可以提高分离效率,降低塔的高度,但需要耐高压设备。 | 适用于沸点较高的混合物,如石油精馏、合成氨精馏等。 |
减压精馏塔 | 按操作压力分类 | 操作压力低于常压,可以降低操作温度,减少热敏性物质的分解,但需要配备真空系统。 | 适用于热敏性物质的分离,如某些精细化工产品、生物制品等。 |
分离塔 | 按塔的用途分类 | 主要用于将液体混合物分离成不同的组分。通过控制塔的温度、压力和进料位置,实现不同组分的分离。 | 如石油精馏塔,将原油分离成汽油、煤油、柴油等不同馏分。 |
提纯塔 | 按塔的用途分类 | 主要用于提高某一组分的纯度。通过多次精馏,去除杂质,提高目标产物的纯度。 | 如在生产高纯度乙醇时,通过提纯塔去除杂质,提高乙醇的纯度。 |
吸收塔 | 按塔的用途分类 | 主要用于吸收气体中的某些成分。通过液体吸收剂与气体接触,实现气体中某些成分的吸收。 | 如在废气处理中,用碱液吸收废气中的酸性气体(如二氧化硫、氯化氢等)。 |
解吸塔 | 按塔的用途分类 | 主要用于将吸收剂中的被吸收成分解吸出来,回收有用成分。 | 如在某些溶剂回收过程中,将溶剂从吸收剂中解吸出来,实现溶剂的回收利用。 |
筛板塔 | 按塔的内部结构特点分类 | 塔板上有许多小孔,气体通过小孔分散到液体中,形成气泡,实现气液传质。 | 适用于处理量较大、液体黏度较低的场合。 |
浮阀塔 | 按塔的内部结构特点分类 | 塔板上的浮阀可根据气体流量自动调节开度,使气体分布更加均匀,提高传质效率。 | 适用于处理量较大、对传质效率要求较高的场合。 |
泡罩塔 | 按塔的内部结构特点分类 | 塔板上装有泡罩,气体通过泡罩进入液体,形成气泡,实现气液传质。 | 适用于处理量较大、液体黏度较低的场合。 |
填料塔 | 按塔的内部结构特点分类 | 塔内装有填料,填料的比表面积大,空隙率高,能够提供大量的气液接触面积,促进传质。 | 适用于处理量较小、液体黏度较高或需要高传质效率的场合。 |
规整填料塔 | 按塔的内部结构特点分类 | 塔内装有规整填料,如波纹填料、网孔填料等,传质效率高,压降小。 | 适用于处理量较小、对传质效率要求较高的场合。 |
文献 | 作者 | 摘要 | DOI |
精馏塔控制与节能优化研究综述 | 薛美盛,祁飞,吴刚,孙德敏 | 在分析精馏过程原理和精馏塔基本结构的基础上,综述了国内外精馏塔控制与节能优化的研究现状,指出了当前研究中存在的不足,并提出了未来可能的研究方向。 | 10.3969/j.issn.1000-3932.2006.06.001 |
动态流程模拟及其在精馏塔的操作分析中的应用 | 王亮,吕文祥,黄德先 | 采用HYSYS过程仿真软件对丙烯丙烷精馏塔进行动态过程仿真,分析了操作工况、进料流量、进料组分干扰等变化时丙烯丙烷精馏塔的动态响应变化过程,研究了常规PID控制方案和常见的先进控制方案存在的问题,为设计一种集实时优化和先进控制于一体的改进控制方案提供依据。 | 10.3969/j.issn.1001-4160.2006.01.016 |
ASPEN Plus在工业精馏塔故障诊断与参数寻优中的应用 | 孙巍,李琳,陈晓春 | 在生产实践中运用ASPENPlus软件模拟实际生产过程,对实际操作中可能出现的故障进行诊断;在系列化流程模拟优化的基础上,以理论计算为指导,提出有针对性的操作参数调整方案和精馏塔内件维护策略。实际运行结果表明,以最小的成本投入取得了最佳的改造效果,故障诊断和参数优化是成功的。 | 10.3321/j.issn:1000-6613.2005.08.025 |
精馏塔的线性混合模型 | 卡洛斯·罗德里格斯,普拉尚特·马哈斯卡,弗拉基米尔·马哈莱克 | 在本研究中,作者提出了一种由简化的第一性原理模型 (SFPM) 和误差修正模型组成的稳态混合模型。SFPM 代表设备的内部结构和线性修正模型,这与近期使用更简单形式的 SFPM 和非线性数据驱动模型的研究不同。在 SFPM 中保留精馏塔结构可以精确计算灵敏度,成分修正模型为线性,并且由于塔效率变化引起的误差可以通过额外的线性修正来修正。本研究使用乘性修正项,并表明加性修正通常会导致混合模型计算出负浓度。由于模型的结构,使用 PLS 估计参数,因为 PLS 预测比神经网络更准确。修正模型是线性的,易于迭代更新,并确保在不更新 SFPM 参数的情况下准确预测高达 10% 的塔效率变化。 | 10.1016/j.compchemeng.2023.108160 |
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