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蒸馏就是将原油加热,其中轻组分汽化,将其导出冷凝,即使原油中轻重组分分离的过程。原油加热时在换热器和加热炉炉管内进行的,当原油加热到规定的温度后,便引入分馏塔进行分离,原油在分馏塔内分离的过程称为精馏。精馏和蒸馏时 两个不同的过程。 1.2.1相平衡、泡点和露点
任何液体内部的分子都在不停的运动,分子的运动速度受外界影响很大,靠近液体表面的分子,由于受热运动速度快,就有可能克服相邻分子的吸引力跑到液面之上的空间,这就是蒸发或称汽化,除了温度条件外,增加液体蒸发表面积,降低蒸发表面压力。都可以使更多的液体分子离开液体表面蒸发出来。
上面这种蒸发过程,如果发生在密闭的容器中,则蒸发出来的分子不逸散,而是集聚在液体上表面的空间,形成一个汽相,汽相中的分子也是不停的运动,有些分子还能跑回到液体中,这就是冷凝,是蒸发的反过程。蒸发和冷凝式同时存在的,只是在开始时蒸发的速度大于冷凝的速度,此后,蒸发处的分子多了。冷凝回到液相中的分子也随之增多,汽相称为饱和蒸汽,液相称为饱和液体。饱和蒸汽所具有的压力称为饱和蒸汽压。
当外界条件改变时,上述的汽液相平衡即被破坏,直至新的汽液相平衡重新建立,由于液体蒸发随温度上升而增加,所以,不同温度下,油不同的饱和蒸汽压。饱和蒸汽压的大小,表示了液体的蒸发能力,饱和蒸汽压仅与液体性质和外界温度有关,与液体数量多少无关。
一种液体在升高温度时饱和蒸汽压也不断升高,当升高到某一温度时,其饱和蒸汽压和外界压力相等,此时蒸发不仅在液面上进行,液体内部分子也都在汽化,这种现象叫做沸腾,沸腾时的温度称为沸点,低于沸点,蒸发只能在液体表面上进行,在沸腾时,外界供给的热量全部做蒸发潜热(或称汽化热)、沸点不变,直至液体全部汽化为止。 原油和石油馏分都是由各种经类组成的混合物,它们没有固定的沸点,只有一定的沸点范围,在一定压力下,将油品加热,从开始汽化到汽化终了的整个过程也是如此,液体油品加热开始沸腾出现的第一个汽泡的温度称为泡点,液体油品完全蒸干时的温度称为干点。 对于纯物质而言,在一定压力下,它的泡点、露点、沸点均相等,整个蒸发与冷凝过程都是在汽液相平衡状态下进行,所不同的事混合物各组分都在汽液相之间建立各自的平衡关系,同时在汽化过程中,混合物液相组成中重组分浓度不断增加,汽化温度也就不断升高。混合物气体冷凝时,气相中轻组分浓度不断增加,冷凝温度也就不断下降。 1.2.2几种蒸馏方法 1.2.2.1一次汽化和一次冷凝
液体混合物在加热后,产生的蒸汽和液体密切接触,待加热到一定温度时,汽液两相一次分离,这种分离过程叫做汽化。原油的一次汽化(又称平衡蒸发)在一次汽化过程中,混合物中各组分都有部分汽化,由于轻组分的沸点低,易汽化;重组分的沸点高,难汽化,所以一次汽化后的汽相中含有较多的轻组分,液相中则含有较多的重组分,但是不可能将轻重组分完全分离。
一次冷凝于一次汽化是相反的过程,在冷凝过程中形成的冷凝液体不与汽相分开,与汽相成平衡状态,直到混合物冷到一定温度,才将冷凝液体与未冷凝的气体分离,在冷凝过程中,重组分先冷凝,所以气体混合物经过一次冷凝后,汽相中含较多的轻组分,但是同一次汽化一样,不可能将轻重组分完全分离。 1.2.2.2渐次汽化和渐次冷凝
在汽化过程中,随时将汽化处的气体与液体分离称为渐次汽化,是一种间歇式的蒸馏方法,实验室中的恩式蒸馏和实沸点蒸馏属于渐次汽化。
渐次冷凝与渐次汽化相反,冷凝液不断与气体混合物分离,随着气体的温度下降,气体混合中重组分浓度不断减少,经组分浓度不断增加,直至达到规定的冷凝温度为止。蒸馏塔顶产品的冷凝冷却即为渐次冷凝过程。
1.2.2.3两种汽化与冷凝方式的比较
①一次汽化气相与残液始终处于相平衡状态,渐次汽化只有刚生成的微量气体与残液处于相平衡状态,渐次汽化时多次微小的一次汽化所组成。
②同一液体混合物在相同的压力下采用不同的汽化方法,开始的汽化温度时不相同的,一次汽化的泡点,较渐次汽化的初馏点为高。 ③同一液体混合物在相同的压力下,采用不同的汽化方法,一次汽化过程全部汽化时的温度与原始组分有关,如混合物中轻组分多,则全部汽化所需温度就低些。渐次汽化过程全部汽化时的温度与原始组成
无关,由于最后的是残余的重组分,所以汽化终了时的温度,就是重组分的沸点。
④在一定压力下,温度相同,一次汽化的汽化率要比渐次汽化大,在同一汽化率时,一次汽化所需的温度比渐次汽化为低,换句话说,汽化处相同的数量的油品时,一次汽化所需的温度较渐次汽化为低。 1.2.3精馏原理与回流的作用
一次汽化(一次冷凝)和渐次汽化(渐次冷凝),都能使混合物达到一定的分离作用,但都难以分离的精确,工业上 没有实际意义,生产中为取得一定纯度的 产品,必须采用精馏的方法,即多次的同时利用汽化与冷凝的方法来分离混合物。 1.2.3.1精馏的过程与方法
原油的分离是在分馏塔内完成的,加热后的原油以汽液混合状态进入塔中,再进料段经一次汽化,使绝大数应蒸出的馏分与液相分离,油气上升,未汽化部分下降流入塔底,上升的油气在塔内令其温度逐渐降低,就会出现部分冷凝的现象。首先冷凝的时沸点较高的常四蜡油,未冷凝的汽相中主要是沸点较低的汽油、煤油、柴油,再降低温度令其部分冷凝时,依次冷凝的柴油、煤油,最后不能冷凝的是汽油蒸汽。此时在分馏塔底取得较高的高沸点馏分,塔自下而上可取的蜡油、柴油、煤油等馏分,自塔顶可取的汽油馏分。根据需要也可从塔的侧线分出轻重不同的其他产品。
汽相混合物在塔上部逐渐降温冷凝,气体降温冷凝要放出热量,这部分热量是通过回流取走的,同时从塔的不同位置采用中段回流取热,
使分馏塔形成自下而上温度逐渐降低的温度梯度,以便于切割出不同馏分的产品。
精馏过程的实质可概括为:不平衡的汽液两相,经过热交换,汽相多次部分冷凝,与液相多次部分汽化相结合的过程。 1.2.3.2实现精馏的必要条件
混合物各组分间存在着汽化能力的差别,是使用精馏方法将各组分分离的依据,但是没有必要的外部条件,这种分离是不可能的,为使精馏过程能够进行必须具有下面两个条件:
a. 汽液两相必须充分接触,精馏塔内装有多层塔盘(或填料),就是提供汽液接触的条件,汽液两相在塔盘上达到分离的极限是两相达到平衡,如果要使轻重组分达到充分分离,就要用多层塔盘。根据产品的提浓程度和待分离组分的性质,来决定所需的塔板数,塔板数多,分离程度就增加。例如:分离汽油、煤油、柴油一般需要4-8块塔板,而分离苯、甲苯、二甲苯时,由于这些组分间沸点差小,又要求产品纯度高,分离时需要数十块以上的塔板。
b. 气液两相接触时,上升的高温气相中轻组分的浓度要低于平衡时的浓度,而下降的低温液相中轻组分的浓度要高于平衡时的浓度,由于汽液两相不平衡方能发生精馏作用,塔内的回流作用就是提供下降的液体,用来补充气相中的轻组分和接受上升的气相中冷凝下来的重组分,并造成沿塔自下而上温度逐渐降低,塔顶回流应采用塔顶馏出物或组分与塔顶产品相近的产