精馏塔

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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