1. 石油炼制的基本原理是什么
石油炼制过程之一,是在热的作用下(不用催化剂)使重质油发生裂化反应,转变为裂化气(炼厂气的一种)、汽油、柴油的过程。热裂化原料通常为原油蒸馏过程得到的重质馏分油或渣油,或其他石油炼制过程副产的重质油。
沿革 1912年热裂化已被证实具有工业化价值。1913年,美国印第安纳标准油公司将W.M.伯顿热裂化法实现工业化。1920~1940年,随着高压缩比汽车发动机的发展,高辛烷值汽油用量激增,热裂化过程得到较大发展。第二次世界大战期间及战后,热裂化为催化裂化所取代,双炉热裂化大都改造为重质渣油的减粘热裂化。
化学反应 热裂化反应很复杂。每当重质油加热到450℃以上时,其大分子分裂为小分子。同时,还有少量叠合(见烯烃叠合)、缩合发生,使一部分分子转变为较大的分子,热裂化是按自由基反应机理进行的。在400~600℃,大分子烷烃分裂为小分子的烷烃和烯烃;环烷烃分裂为小分子或脱氢转化成芳烃,其侧链较易断裂;芳烃的环很难分裂,主要发生侧链断裂。热裂化气体的特点是甲烷、乙烷-乙烯组分较多;而催化裂化气体中丙烷-丙烯组分、丁烷-丁烯组分较多。
工艺过程 工业装置类型主要有双炉热裂化和减粘热裂化两种。前者的原料转化率(轻质油收率)较高,大于45%,目的是从各种重质油制取汽油、柴油;后者的转化率较低(20%~25%),目的是降低减压渣油的粘度和凝点,以提高燃料油质量,双炉热裂化汽油的辛烷值和安定性不如催化裂化汽油,目前已不发展;减粘热裂化在石油炼厂中仍有较广泛的应用。
双炉热裂化 所谓双炉,是指在流程中设置两台炉子以分别加热反应塔的轻重进料,操作时原料油直接进入分馏塔下部,与塔进料油气换热蒸出原料中所含少量轻质油和反应产物中的汽油、柴油后,在塔中部抽出轻循环油。塔底为重循环油。两者分别送往轻油、重油加热炉(为避免在炉管中结焦,故将轻、重循环油分别在两炉中加热到不同温度),然后进入反应塔进行热裂化反应。反应温度为485~500℃,压力1.8~2.0MPa;反应产物经闪蒸塔分出裂化渣油后,进入分馏塔分馏。汽油和柴油总产率约为60%~65%。所得柴油凝点-20℃以至-30℃、十六烷值(见柴油)约60(比催化裂化柴油高约20个单位);汽油辛烷值较低(马达法辛烷值约55~60)且安定性差,热裂化渣油是生产针状焦(见石油焦)的良好原料。双炉热裂化的能耗约1900MJ/t原料(为催化裂化的65%~70%)。
减粘热裂化 是一种浅度裂化过程,用以降低渣油的凝点和粘度以生产燃料油,从而可以减少燃料油中掺和轻质油的比例。同时,还生产裂化汽油和柴油。减粘热裂化流程有加热炉式和反应塔式两种类型,主要差别是前者不设反应塔,热裂化反应在炉管中进行,加热温度高(约450~510℃)、停留时间短(决定于温度);后者在加热炉后设反应塔,主要热裂化反应在反应塔内进行,加热温度低(约445~455℃)、停留时间长(10~20min)。两者产品产率基本相同,轻质油产率约为18%~20%。反应塔式减粘热裂化的操作周期较长、能耗较低,是近年来应用较多的一种工艺。
常减压蒸馏流程
二、石油炼制过程-催化重整-芳烃抽提
也称芳烃萃取,用萃取剂从烃类混合物中分离芳烃的液液萃取过程。主要用于从催化重整和烃类裂解汽油中回收轻质芳烃(苯、甲苯、各种二甲苯),有时也用于从催化裂化柴油回收萘,抽出芳烃以后的非芳烃剩余物称抽余油。轻质芳烃与相近碳原子数的非芳烃沸点相差很小(如苯80.1℃,环己烷80.74℃,2,2,3-三甲基丁烷80.88℃),有时还形成共沸物,因此实际上不能用精馏方法分离。利用芳烃在某些溶剂中溶解度比非芳烃大的特点,采用液液萃取方法可以回收纯度很高的芳烃。常用萃取剂有二乙二醇醚(二甘醇)、三乙二醇醚(三甘醇)、四乙二醇醚(四甘醇)、环丁砜等,也用二甲基亚砜、N-甲基吡咯烷酮、N-甲酰基吗啉等。1952年美国环球油品公司开发以二乙二醇醚为溶剂的尤狄克斯(Udex)法抽提芳烃,在休斯敦投产后,广为应用。
芳烃在重整汽油中含量高,不含烯烃、硫化物等杂质,处理较易。裂解汽油中含较多的二烯烃、烯烃、苯乙烯及少量的含硫、氮、氧的有机物,二烯烃很易聚合,硫化物很难从芳烃中除去。因此,从裂解汽油中抽提芳烃之前,必须进行二段加氢处理,以除去上述杂质。
工艺流程 以二乙二醇醚处理催化重整汽油为例。原料在抽提塔中与溶剂逆流接触进行萃取,温度125~140℃,溶剂对原料比约15:1。抽提塔底物含溶解在溶剂中的芳烃,将后者送入汽提塔(见解吸)与溶剂分离,塔底的溶剂循环去抽提塔,塔顶产物送入芳烃水洗塔洗去残余溶剂后即为纯芳烃混合物。抽提塔顶的非芳烃,送水洗塔洗除残余溶剂。两个水洗塔底均为水与溶剂,去溶剂回收塔,蒸出水后,塔底溶剂去抽提塔循环使用。
催化重整流程简图
芳烃抽提示意图
三、石油炼制过程-石油产品精制-加氢精制
也称加氢处理,石油产品最重要的精制方法之一。指在氢压和催化剂存在下,使油品中的硫、氧、氮等有害杂质转变为相应的硫化氢、水、氨而除去,并使烯烃和二烯烃加氢饱和、芳烃部分加氢饱和,以改善油品的质量。有时,加氢精制指轻质油品的精制改质,而加氢处理指重质油品的精制脱硫。
20世纪50年代,加氢方法在石油炼制工业中得到应用和发展,60年代因催化重整装置增多,石油炼厂可以得到廉价的副产氢气,加氢精制应用日益广泛。据80年代初统计,主要工业国家的加氢精制占原油加工能力的38.8%~63.6%。
加氢精制可用于各种来源的汽油、煤油、柴油的精制、催化重整原料的精制,润滑油、石油蜡的精制,喷气燃料中芳烃的部分加氢饱和,燃料油的加氢脱硫,渣油脱重金属及脱沥青预处理等。氢分压一般分1~10MPa,温度300~450℃。催化剂中的活性金属组分常为钼、钨、钴、镍中的两种(称为二元金属组分),催化剂载体主要为氧化铝、或加入少量的氧化硅、分子筛和氧化硼,有时还加入磷作为助催化剂。喷气燃料中的芳烃部分加氢则选用镍、铂等金属。双烯烃选择加氢多选用钯。
各种油品加氢精制工艺流程基本相同,原料油与氢气混合后,送入加热炉加热到规定温度,再进入装有颗粒状催化剂的反应器(绝大多数的加氢过程采用固定床反应器)中。反应完成后,氢气在分离器中分出,并经压缩机循环使用。产品则在稳定塔中分出硫化氢、氨、水以及在反应过程中少量分解而产生的气态氢。
柴油加氢精制工艺流程示意图
四、石油炼制过程-石油产品精制-溶剂精制
用萃取的方法除去原料(或半成品)中所含杂质和非理想组分的工艺过程。在石油炼制过程中它是石油产品精制常用的方法之一。早期,用于除去煤油中的芳烃,以改善煤油的燃烧性能;20世纪30年代以后,大规模用于润滑油馏分的精制,以除去其中的杂质和非理想组分。在中国,1955年糠醛精制装置投产,目前绝大多数的润滑油都是通过溶剂精制生产的。
过程原理 各种来源的润滑油馏分,通常含有多环短侧链烃类,硫、氮、氧化合物以及胶质、沥青质等杂质和非理想组分。这些物质的存在会影响润滑油的粘温性、抗氧化安定性和颜色的稳定性等(见润滑油)。在润滑油溶剂精制过程中,所选用的溶剂对润滑油中的杂质和非理想组分的溶解度很大,而对油中的理想组分的溶解度则很小。通过液相萃取将非理想组分除去。当所用润滑油馏分中蜡质含量较高(如石蜡基或中间基原油得到的润滑油料)时,除了进行溶剂精制外,尚需经溶剂脱蜡与加氢精制(或白土精制);对胶质、沥青质含量较大的润滑油原料(如减压渣油),需先经溶剂脱沥青再进行溶剂精制、溶剂脱蜡与加氢精制(或白土精制)。润滑油精制常用的溶剂有糠醛、苯酚和N-甲基吡咯烷酮等。
工艺流程 一般包括萃取和溶剂回收两部分。以糠醛精制为例(见图糠醛精制工艺流程),原料与糠醛在萃取塔(以往用填充塔,近期采用转盘塔)内逆向接触,在一定的温度(一般为60~130℃)与溶剂比(一般为1~4:1)条件下,分成两相。非理想组分存在于下部的萃取液中,为了既保证萃余油质量,又不降低产率,萃取塔应保持较高的塔顶温度和较低的塔底温度(一般温差为20~50℃)。原料进萃取塔前需脱除空气,以免糠醛氧化。糠醛进萃取塔前需经干燥,以免降低其溶解能力。
萃余液中含糠醛较少,采用一次蒸发及汽提回收糠醛;萃取液中含糠醛较多,采用多效蒸发及汽提回收糠醛以降低能耗。糠醛的热稳定性较差,因而溶剂回收的加热温度不应超过230℃。
含水糠醛的回收流程,是根据下述特点制定的,即糠醛和水的共沸物蒸气冷凝并冷却至一定温度后,能分成含少量糠醛的水溶液相与含少量水的糠醛溶液相。
发展趋势 为提高溶剂精制的技术水平,降低其能耗,各国正在进一步寻找选择性更好的溶剂,发展高效的萃取设备,改进溶剂回收的流程和操作条件等。此外,对性质很差的润滑油原料,采取加氢精制,代替溶剂精制。
五、石油炼制过程-石油产品精制-溶剂脱蜡
石油产品精制的一种重要方法,将润滑油原料通过溶剂稀释和冷冻,使其中的蜡结晶析出,从而降低润滑油凝固点的过程。工业上将含蜡原油通过原油蒸馏所得到的润滑油馏分,经过溶剂精制、溶剂脱蜡和加氢精制(或白土精制),可制成润滑油(基础油)和石蜡;若以原油蒸馏的减压渣油为原料通过溶剂脱沥青、溶剂精制、溶剂脱蜡和加氢精制(或白土精制)过程,可以制成润滑油(基础油)和地蜡(见石油蜡)。
过程原理 由石蜡基和中间基原油(见原油评价)蒸馏得到的润滑油原料中都含有蜡。这些蜡的存在会影响润滑油的低温流动性能。由于蜡的沸点与润滑油馏分相近,不能用蒸馏的方法进行分离,但蜡的凝固点较高,逐渐降低温度,蜡就从润滑油中结晶析出,从而可通过过滤或离心分离的方法将蜡与油分离。在低温条件下,润滑油的粘度很大,所生成的蜡结晶细小,使过滤或离心分离很困难。因此,需加入一些在低温时对油的溶解度很大而对蜡的溶解度很小的溶剂进行稀释。苯类溶剂能很好地溶解润滑油,但它对蜡的溶解度也较大。酮类溶剂对蜡的溶解度则很小。因此,常在苯类溶剂中加入一些丙酮或甲基乙基酮以降低苯类溶剂对蜡的溶解度。
工艺流程 第一套丙酮-苯脱蜡装置建于1927年,以后,采用的溶剂还有甲基乙基酮-甲苯、丙烷、甲基正丙基酮和烃类的氯化物等溶剂脱蜡过程的工艺流程大体相同,以酮苯脱蜡为例,包括结晶、过滤、溶剂回收、冷冻等部分。原料与溶剂在带刮刀的套管结晶器内先与滤液换冷,并加入部分溶剂,再经氨冷和溶剂稀释后进行过滤。过滤后的滤液和蜡液分别进行蒸发和汽提以回收溶剂。
所加混合溶剂的组成与溶剂比因原料性质(沸程、含蜡量和粘度等) 及脱蜡深度的不同而异,一般甲基乙基酮-甲苯溶剂中含甲基乙基酮40%~60%,溶剂比为 1~4:1。稀释溶剂分几次加入, 有利于形成良好的蜡结晶,减少脱蜡温差(即脱蜡油凝固点与脱蜡温度的差值)及提高脱蜡油产率。原料在套管结晶器中的冷却速度不宜过快,以免生成过多的细小蜡结晶,不利于过滤。
过滤是在转鼓式真空过滤机内进行的,按照原料含蜡量的多少,分别采用一段或两段过滤,从滤液和蜡液中回收溶剂,均采用多效蒸发及汽提,以降低能耗。此外,为减少溶剂损失和防爆,还设有惰性气体防护系统。
发展趋势 润滑油溶剂脱蜡是一种昂贵的石油炼制过程,投资和操作费用都很高。因此,各国致力于寻找合适的溶剂,发展新的结晶设备,改进过滤设备,改进溶剂回收流程和操作条件,以提高溶剂脱蜡的技术水平。此外,正在进行加氢脱蜡的研究。
2. 萃取蒸馏的萃取
萃取,又称溶剂萃取或液液萃取,亦称抽提,通用于石油炼制工业。 萃取又称溶剂萃取或液液萃取(以区别于固液萃取,即浸取),亦称抽提(通用于石油炼制工业),是一种用液态的萃取剂处理与之不互溶的双组分或多组分溶液,实现组分分离的传质分离过程,是一种广泛应用的单元操作。利用相似相溶原理,萃取有两种方式:
液-液萃取,用选定的溶剂分离液体混合物中某种组分,溶剂必须与被萃取的混合物液体不相溶,具有选择性的溶解能力,而且必须有好的热稳定性和化学稳定性,并有小的毒性和腐蚀性。如用苯分离煤焦油中的酚;用有机溶剂分离石油馏分中的烯烃; 用CCl4萃取水中的Br2.
固-液萃取,也叫浸取,用溶剂分离固体混合物中的组分,如用水浸取甜菜中的糖类;用酒精浸取黄豆中的豆油以提高油产量;用水从中药中浸取有效成分以制取流浸膏叫“渗沥”或“浸沥”。
虽然萃取经常被用在化学试验中,但它的操作过程并不造成被萃取物质化学成分的改变(或说化学反应),所以萃取操作是一个物理过程。
萃取是有机化学实验室中用来提纯和纯化化合物的手段之一。通过萃取,能从固体或液体混合物中提取出所需要的化合物。这里介绍常用的液-液萃取。 利用化合物在两种互不相溶(或微溶)的溶剂中溶解度或分配系数的不同,使化合物从一种溶剂内转移到另外一种溶剂中。经过反复多次萃取,将绝大部分的化合物提取出来。
分配定律是萃取方法理论的主要依据,物质对不同的溶剂有着不同的溶解度。同时,在两种互不相溶的溶剂中,加入某种可溶性的物质时,它能分别溶解于两种溶剂中,实验证明,在一定温度下,该化合物与此两种溶剂不发生分解、电解、缔合和溶剂化等作用时,此化合物在两液层中之比是一个定值。不论所加物质的量是多少,都是如此。属于物理变化。用公式表示。
CA/CB=K
CA.CB分别表示一种化合物在两种互不相溶地溶剂中的量浓度。K是一个常数,称为“分配系数”。
有机化合物在有机溶剂中一般比在水中溶解度大。用有机溶剂提取溶解于水的化合物是萃取的典型实例。在萃取时,若在水溶液中加入一定量的电解质(如氯化钠),利用“盐析效应”以降低有机物和萃取溶剂在水溶液中的溶解度,常可提高萃取效果。
要把所需要的化合物从溶液中完全萃取出来,通常萃取一次是不够的,必须重复萃取数次。利用分配定律的关系,可以算出经过萃取后化合物的剩余量。
设:V为原溶液的体积
w0为萃取前化合物的总量
w1为萃取一次后化合物的剩余量
w2为萃取二次后化合物的剩余量
w3为萃取n次后化合物的剩余量
S为萃取溶液的体积
经一次萃取,原溶液中该化合物的浓度为w1/V;而萃取溶剂中该化合物的浓度为(w0-w1)/S;两者之比等于K,即:
w1/V =K w1=w0 KV
(w0-w1)/S KV+S
同理,经二次萃取后,则有
w2/V =K 即
(w1-w2)/S
w2=w1 KV =w0 KV
KV+S KV+S
因此,经n次提取后:
wn=w0 ( KV )
KV+S
当用一定量溶剂时,希望在水中的剩余量越少越好。而上式KV/(KV+S)总是小于1,所以n越大,wn就越小。也就是说把溶剂分成数次作多次萃取比用全部量的溶剂作一次萃取为好。但应该注意,上面的公式适用于几乎和水不相溶地溶剂,例如苯,四氯化碳等。而与水有少量互溶地溶剂乙醚等,上面公式只是近似的。但还是可以定性地指出预期的结果。
仪器:分液漏斗
常见萃取剂:水, 苯 ,四氯化碳
要求:萃取剂和原溶剂互不混溶
萃取剂和溶质互不发生反应
溶质在萃取剂中的溶解度远大于在原溶剂中的溶解度
相关规律:有机溶剂溶易于有机溶剂,极性溶剂溶易于极性溶剂,反之亦然
audislee简单点说给你听:萃取是利用两者的溶解度不同。萃取,溶解原理,比如说现在A跟B混在一块,有一种溶剂C,它与A相溶,但不与B相溶,那么我们可以在AB的混合液中加入C,此时A溶入于C,与B分离,化学里边讲的分层。 向待分离溶液(料液)中加入与之不相互溶解(至多是部分互溶)的萃取剂,形成共存的两个液相。利用原溶剂与萃取剂对各组分的溶解度(包括经化学反应后的溶解)的差别,使它们不等同地分配在两液相中,然后通过两液相的分离,实现组分间的分离。如碘的水溶液用四氯化碳萃取,几乎所有的碘都移到四氯化碳中,碘得以与大量的水分开。
最基本的操作是单级萃取。它是使料液与萃取剂在混合过程中密切接触,让被萃组分通过相际界面进入萃取剂中,直到组分在两相间的分配基本达到平衡。然后静置沉降,分离成为两层液体,即由萃取剂转变成的萃取液和由料液转变成的萃余液。单级萃取达到相平衡时,被萃组分B的相平衡比,称为分配系数K,即:
K=yB/xB
式中yB和xB分别为B组分在萃取液中和萃余液中的浓度。浓度的表示方法需考虑组分的各种存在形式,按同一化学式计算。
若料液中另一组分D也被萃取,则组分B的分配系数对组分D的分配系数的比值,即B对D的分离因子,称为选择性系数α,即:
α=KB·KD=yB·xD/(xB·yD)
α》1时,组分B被优先萃取;α=1表明两组分在两相中的分配相同,不能用此萃取剂实现此两组分的分离。
单级萃取对给定组分所能达到的萃取率(被萃组分在萃取液中的量与原料液中的初始量的比值)较低,往往不能满足工艺要求,为了提高萃取率,可以采用多种方法:①多级错流萃取。料液和各级萃余液都与新鲜的萃取剂接触,可达较高萃取率。但萃取剂用量大,萃取液平均浓度低。②多级逆流萃取。料液与萃取剂分别从级联(或板式塔)的两端加入,在级间作逆向流动,最后成为萃余液和萃取液,各自从另一端离去。料液和萃取剂各自经过多次萃取,因而萃取率较高,萃取液中被萃组分的浓度也较高,这是工业萃取常用的流程。③连续逆流萃取。在微分接触式萃取塔(见萃取设备)中,料液与萃取剂在逆向流动的过程中进行接触传质,也是常用的工业萃取方法。料液与萃取剂之中,密度大的称为重相,密度小的称为轻相。轻相自塔底进入,从塔顶溢出;重相自塔顶加入,从塔底导出。萃取塔操作时,一种充满全塔的液相,称连续相;另一液相通常以液滴形式分散于其中,称分散相。分散相液体进塔时即行分散,在离塔前凝聚分层后导出。料液和萃取剂两者之中以何者为分散相,须兼顾塔的操作和工艺要求来选定。此外,还有能达到更高分离程度的回流萃取和分部萃取。 1、通过蒸馏操作,可以直接获得所需要的产品,而吸收和萃取还需要如其它组分。
2、蒸馏分离应用较广泛,历史悠久。
3、能耗大,在生产过程中产生大量的气相或液相。 1、按方式分:简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊精馏
2、按操作压强分:常压、加压、减压
3、按混合物中组分:双组分蒸馏、多组分蒸馏
4、按操作方式分:间歇蒸馏、连续蒸馏 利用液体混合物中各组分挥发度的差别,使液体混合物部分汽化并随之使蒸气部分冷凝,从而实现其所含组分的分离。是一种属于传质分离的单元操作。广泛应用于炼油、化工、轻工等领域。
其原理以分离双组分混合液为例。将料液加热使它部分汽化,易挥发组分在蒸气中得到增浓,难挥发组分在剩余液中也得到增浓,这在一定程度上实现了两组分的分离。两组分的挥发能力相差越大,则上述的增浓程度也越大。在工业精馏设备中,使部分汽化的液相与部分冷凝的气相直接接触,以进行汽液相际传质,结果是气相中的难挥发组分部分转入液相,液相中的易挥发组分部分转入气相,也即同时实现了液相的部分汽化和汽相的部分冷凝。
液体的分子由于分子运动有从表面溢出的倾向。这种倾向随着温度的升高而增大。如果把液体置于密闭的真空体系中,液体分子继续不断地溢出而在液面上部形成蒸气,最后使得分子由液体逸出的速度与分子由蒸气中回到液体的速度相等,蒸气保持一定的压力。此时液面上的蒸气达到饱和,称为饱和蒸气,它对液面所施的压力称为饱和蒸气压。实验证明,液体的饱和蒸气压只与温度有关,即液体在一定温度下具有一定的蒸气压。这是指液体与它的蒸气平衡时的压力,与体系中液体和蒸气的绝对量无关。
将液体加热至沸腾,使液体变为蒸气,然后使蒸气冷却再凝结为液体,这两个过程的联合操作称为蒸馏。很明显,蒸馏可将易挥发和不易挥发的物质分离开来,也可将沸点不同的液体混合物分离开来。但液体混合物各组分的沸点必须相差很大(至少30℃以上)才能得到较好的分离效果。在常压下进行蒸馏时,由于大气压往往不是恰好为0.1MPa,因而严格说来,应对观察到的沸点加上校正值,但由于偏差一般都很小,即使大气压相差2.7KPa,这项校正值也不过±1℃左右,因此可以忽略不计。
将盛有液体的烧瓶放在石棉网上,下面用煤气灯加热,在液体底部和玻璃受热的接触面上就有蒸气的气泡形成。溶解在液体内的空气或以薄膜形式吸附在瓶壁上的空气有助于这种气泡的形成,玻璃的粗糙面也起促进作用。这样的小气泡(称为气化中心)即可作为大的蒸气气泡的核心。在沸点时,液体释放大量蒸气至小气泡中,待气泡的总压力增加到超过大气压,并足够克服由
于液柱所产生的压力时,蒸气的气泡就上升逸出液面。因此,假如在液体中有许多小空气或其它的气化中心时,液体就可平稳地沸腾,如果液体中几乎不存在空气,瓶壁又非常洁净光滑,形成气泡就非常困难。这样加热时,液体的温度可能上升到超过沸点很多而不沸腾,这种现象称为“过热”。一旦有一个气泡形成,由于液体在此温度时的蒸气压远远超过大气压和液柱压力之和,因此上升的气泡增大得非常快,甚至将液体冲溢出瓶外,这种不正常沸腾的现象称为“暴沸”。因此在加热前应加入助沸物以期引入气化中心,保证沸腾平稳。助沸物一般是表面疏松多孔、吸附有空气的物体,如碎瓷片、沸石等。另外也可用几根一端封闭的毛细管以引入气化中心(注意毛细管有足够的长度,使其上端可搁在蒸馏瓶的颈部,开口的一端朝下)。在任何情况下,切忌将助沸物加至已受热接近沸腾的液体中,否则常因突然放出大量蒸气而将大量液体从蒸馏瓶口喷出造成危险。如果加热前忘了加入助沸物,补加时必须先移去热源,待加热液体冷至沸点以下后方可加入。如果沸腾中途停止过,则在重新加热前应加入新的助沸物。因为起初加入的助沸物在加热时逐出了部分空气,再冷却时吸附了液体,因而可能已经失效。另外,如果采用浴液间接加热,保持浴温不要超过蒸馏液沸点20ºC,这种加热方式不但可以大大减少瓶内蒸馏液中各部分之间的温差,而且可使蒸气的气泡不单从烧瓶的底部上升,也可沿着液体的边沿上升,因而可大大减少过热的可能。
纯粹的液体有机化合物在一定的压力下具有一定的沸点,但是具有固定沸点的液体不一定都是纯粹的化合物,因为某些有机化合物常和其它组分形成二元或三元共沸混和物,它们也有一定的沸点。不纯物质的沸点则要取决于杂质的物理性质以及它和纯物质间的相互作用。假如杂质是不挥发的,则溶液的沸点比纯物质的沸点略有提高(但在蒸馏时,实际上测量的并不是不纯溶液的沸点,而是逸出蒸气与其冷凝平衡时的温度,即是馏出液的沸点而不是瓶中蒸馏液的沸点)。若杂质是挥发性的,则蒸馏时液体的沸点会逐渐升高或者由于两种或多种物质组成了共沸点混合物,在蒸馏过程中温度可保持不变,停留在某一范围内。因此,沸点的恒定,并不意味着它是纯粹的化合物。
蒸馏沸点差别较大的混合液体时,沸点较低者先蒸出,沸点较高的随后蒸出,不挥发的留在蒸馏器内,这样,可达到分离和提纯的目的。故蒸馏是分离和提纯液态化合物常用的方法之一,是重要的基本操作,必须熟练掌握。但在蒸馏沸点比较接近的混合物时,各种物质的蒸气将同时蒸出,只不过低沸点的多一些,故难于达到分离和提纯的目的,只好借助于分馏。纯液态化合物在蒸馏过程中沸程范围很小(0.5~1℃)。所以,蒸馏可以利用来测定沸点。用蒸馏法测定沸点的方法为常量法,此法样品用量较大,要10 mL以上,若样品不多时,应采用微量法。
分馏实验原理
定义:分馏是利用分馏柱将多次气化—冷凝过程在一次操作中完成的方法。因此,分馏实际上是多次蒸馏。它更适合于分离提纯沸点相差不大的液体有机混合物。
进行分馏的必要性:⑴蒸馏分离不彻底。⑵多次蒸馏操作繁琐,费时,浪费极大。
混合液沸腾后蒸气进入分馏柱中被部分冷凝,冷凝液在下降途中与继续上升的 蒸气接触,二者进行热交换,蒸汽中高沸点组分被冷凝,低沸点组分仍呈蒸气上升,而冷凝液中低沸点组分受热气化,高沸点组分仍呈液态下降。结果是上升的蒸汽中低沸点组分增多,下降的冷凝液中高沸点组分增多。如此经过多次热交换,就相当于连续多次的普通蒸馏。以致低沸点组分的蒸气不断上升,而被蒸馏出来;高沸点组分则不断流回蒸馏瓶中,从而将它们分离。 含有非挥发性组分的溶液蒸馏时,溶剂蒸气由冷凝管导出,不挥发性的组分留在瓶内残液中,一次简单蒸馏即可将大部分溶剂蒸出,从而达到分离目的。由拉乌尔定律,在一定压力下,稀溶液中溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以该溶剂在溶液中的摩尔分数:
p溶剂=po溶剂x溶剂
式中p溶剂、po溶剂分别是溶液中溶剂的蒸气压和纯溶剂的蒸气压;
由于溶液中x溶剂<1,溶液中溶剂的蒸气压总比纯溶剂的蒸气压低一些。蔗糖水溶液的蒸馏曲线。曲线1和曲线2分别表示水和蔗糖水溶液的温度-蒸气压曲线。溶液中蔗糖分子的存在会降低溶液表面上水分子的密集度,从而降低溶液的蒸气压。因此在相同的温度下溶液的蒸气
压(B点)低于水的蒸气压(A点)。在100oC时水会沸腾(在1个大气压下),而溶液还不会沸腾。只有在更高的温度下(B′点)溶液才会沸腾。对于这一类溶液,蒸馏操作或者是用来回收纯溶剂,或者是用来得到固体溶质。 ①闪急蒸馏。将液体混合物加热后经受一次部分汽化的分离操作。
②简单蒸馏。使混合液逐渐汽化并使蒸气及时冷凝以分段收集的分离操作。
③精馏。借助回流来实现高纯度和高回收率的分离操作 ,应用最广泛。对于各组分挥发度相等或相近的混合液,为了增加各组分间的相对挥发度,可以在精馏分离时添加溶剂或盐类,这类分离操作称为特殊蒸馏,其中包括恒沸精馏、萃取精馏和加盐精馏;还有在精馏时混合液各组分之间发生化学反应的,称为反应精馏。 蒸馏操作是化学实验中常用的实验技术,一般应用于下列几方面:
⑴分离液体混合物,仅对混合物中各成分的沸点有较大的差别时才能达到较有效的分离;
⑵测定纯化合物的沸点;
⑶提纯,通过蒸馏含有少量杂质的物质,提高其纯度;
⑷回收溶剂,或蒸出部分溶剂以浓缩溶液。
加料:将待蒸馏液通过玻璃漏斗小心倒入蒸馏瓶中,要注意不使液体从支管流出。加入几粒助沸物,安好温度计,温度计应安装在通向冷凝管的侧口部位。再一次检查仪器的各部分连接是否紧密和妥善。
加热:用水冷凝管时,先由冷凝管下口缓缓通入冷水,自上口流出引至水槽中,然后开始加热。加热时可以看见蒸馏瓶中的液体逐渐沸腾,蒸气逐渐上升。温度计的读数也略有上升。当蒸气的顶端到达温度计水银球部位时,温度计读数就急剧上升。这时应适当调小煤气灯的火焰或降低加热电炉或电热套的电压,使加热速度略为减慢,蒸气顶端停留在原处,使瓶颈上部和温度计受热,让水银球上液滴和蒸气温度达到平衡。然后再稍稍加大火焰,进行蒸馏。控制加热温度,调节蒸馏速度,通常以每秒1~2滴为宜。在整个蒸馏过程中,应使温度计水银球上常有被冷凝的液滴。此时 的温度即为液体与蒸气平衡时的温度,温度计的读数就是液体(馏出物)的沸点。蒸馏时加热的火焰不能太大,否则会在蒸馏瓶的颈部造成过热现象,使一部分液体的蒸气直接受到火焰的热量,这样由温度计读得的沸点就会偏高;另一方面,蒸馏也不能进行得太慢,否则由于温度计的水银球不能被馏出液蒸气充分浸润使温度计上所读得的沸点偏低或不规范。
观察沸点及收集馏液:进行蒸馏前,至少要准备两个接受瓶。因为在达到预期物质的沸点之前,带有沸点较低的液体先蒸出。这部分馏液称为“前馏分”或“馏头”。前馏分蒸完,温度趋于稳定后,蒸出的就是较纯的物质,这时应更换一个洁净干燥的接受瓶接受,记下这部分液体开始馏出时和最后一滴时温度计的读数,即是该馏分的沸程(沸点范围)。一般液体中或多或少地含有一些高沸点杂质,在所需要的馏分蒸出后,若再继续升高加热温度,温度计的读数会显著升高,若维持原来的加热温度,就不会再有馏液蒸出,温度会突然下降。这时就应停止蒸馏。即使杂质含量极少,也不要蒸干,以免蒸馏瓶破裂及发生其他意外事故。
蒸馏完毕,应先停止加热,然后停止通水,拆下仪器。拆除仪器的顺序和装配的顺序相反,先取下接受器,然后拆下尾接管、冷凝管、蒸馏头和蒸馏瓶等。
操作时要注意:⑴在蒸馏烧瓶中放少量碎瓷片,防止液体暴沸。⑵温度计水银球的位置应与支管口下缘位于同一水平线上。⑶蒸馏烧瓶中所盛放液体不能超过其容积的2/3,也不能少于1/3。⑷冷凝管中冷却水从下口进,上口出。⑸加热温度不能超过混合物中沸点最高物质的沸点。 考古人员在西安市张家堡广场东侧发掘出四百四十余座汉代墓葬,其中一处规格较高的西汉王莽时期墓葬中,发现一盅工艺奇特的铜蒸馏器,可能是历史上最早的蒸馏器。
这盅铜蒸馏器通高三十六厘米,由筒形器、铜鍑和豆形盖组成。其中筒形器底部有一米格形箅,为古代炊具中用作隔层的器具。底边有一小管状流,铜鍑三蹄形足,豆形器盖上部呈盘形,相合处为榫铆结构,可在一定范围内自由活动。出土时放置有序,铜鍑置于筒形器内,豆形盖置于铜鍑之上。这样组合的蒸馏器此前从未发现,尽管其工作原理尚不明确,但从构造看来,应是用作蒸馏药、酒。
据了解,此前中国曾出土东汉时期的青铜蒸馏器,而西安张家堡汉墓发现的铜蒸馏器则较其更早。西安文物保护考古所副所长程林泉表示,其出土为汉代饮食和医药技术的研究提供了十分珍贵的实物资料。
另外,在蒸馏器出土所在的编号M115墓葬中,考古人员还发掘出二百多件器物,其中包括五件大型铜鼎和四件大型釉陶鼎。据《周礼》记载,西周时天子用九鼎随葬。M115的墓主追慕周代礼制,使用九鼎随葬,可见其特殊身份地位。九鼎和另一件随葬品仿铜釉陶鼎是王莽托古改制的真实物证,具有极为重要的学术价值和历史意义。
是次发掘的四百四十余座汉墓群位于汉长安城东侧,距长安城仅二千五百米,共出土陶、铜、铁、铅、玉石、骨等各类文物近三千件。这批墓葬以小型汉墓为主,其中三座西汉晚期至新莽时期的中型墓葬最为重要,不仅出土了西汉时期墓葬常见的器物,如红彩陶器、
釉陶器、鼎、盒、壶、仓、奁、灶等,在M110号墓葬中,还出土了玉衣残片。而M114号墓葬中出土的大型精美釉陶器,在西安地区两汉墓葬中亦十分罕见。专家表示,是次发掘对于研究汉代社会生活、汉长安城布局等方面提供了重要的材料,并有助进一步解读汉文化的形成与发展。
3. 空冷是干什么的
压力容器焊接加工之后,为了消除应力,需要进行热处理;加热升温之后,需要降温处理,放置在空气中冷却,称为空冷。
空冷器是一种用环境空气为冷却介质介质降温的设备。在空冷器上有很多管束,管束内走液体,使管内高温流体得到冷却或冷凝。在空冷器的上方有风机,通过风机向上抽或者向下抽,从而将介质的温度降下来。也称空气冷却式换热器,也叫做翅片风机,常用它代替水冷式管壳式换热器冷却介质,在水资源短缺地区尤为突出。
空冷器以冷却方式分类可分为:干式空冷器、湿式空冷器、干-湿联合空冷器和两侧喷淋联合空冷器;以空冷器管束布置型式分类可分为:水平式空冷器、斜顶式空冷器、立式空冷器和圆环式空冷器;以空冷器通风方式分类可分为:自然通风式空冷器、鼓风式空冷器和引风式空冷器。
主要优点:
一、提高电子管使用寿命(高频设备)。普通水易结垢,需定期清洗,一旦结垢就已经影响到电子管的发射功率及寿命,严重时电子管阳极易被烧穿。
二、节省电能。(以100KW高频电子管设备为例)在直流高压作用下阳极水路对地耗电量为:普通水在8KW左右,蒸馏水则在70W左右。
三、降低电解腐蚀。阳极高压通过水阻对地形成直流电流。造成电子管水套进出口电解腐蚀,普通水的电解腐蚀速度是蒸馏水的一百倍以上。
空冷器的储水箱根据设备功率不同约为0.4~2.0m3,每吨纯水价格250元至300元之间。因为使用了闭合循环,所以蒸馏水消耗量极低,为使用蒸馏水创造了条件,同时如按一定比例加入我公司专门研制的防冻产品可彻底解决高频水路的冬季冻结难题。使用蒸馏水不仅提高了设备及元件寿命,而且减少维修费用,从而达到提高生产率,节电的目的。
四、通过空气和软化水间壁换热,把电炉感应器、可控硅、电子管等电气元件发出的热量排放于空气中。高导热性能的传热管,组合后形成很高的热流密度,所以该装置冷却效率很高。使用空气连续换热,将热量传到空气中,清除了积热,满足了感应加热系统温度的要求。
该冷却系统使用蒸馏水在空冷器和感应加热设备内闭路循环,水质干净,使被冷却的电气系统长期不结水垢,不被异物堵塞。冬季可在冷却水中加入防冻剂,杜绝了水路被冻坏的故障,减少了感应加热设备的故障发生,该冷却系统不需要水池和冷却塔。
五、解决了常规水冷系统存在的许多问题:
1、无需水池、冷却塔,占地面积小。
2、纯净水循环,水质干净,不结水垢。
3、闭路循环,无杂物进入,不长青苔,管路不会堵塞。
4、体积小,整体性好,安装方便。
5、使用闭合循环,耗水量极少。
6、能避免夏季设备出现冷凝水造成的故障。
7、储水箱体积小,冬季可使用高频水路防冻液,避免高频系统结冰造成的水路故障。
8、本设备在突然停电、停水情况下仍然能够继续冷却。
9、耗电量低。
六、密封式,闭合循环。设备出水经观察水箱后进入储水箱,由管道泵将软化水打入传热管组,强制风冷,冷却后进入分水包,分水包上设有与设备相对应的水管,再通过软管或硬管分别接到设备所需的进水口。
喷淋装置是为夏季最炎热的天气时准备的,它由喷淋泵、托水盘、喷淋管等组成独立的循环系统。在风机和传热管之间增设喷头,少量的水喷射至传热管的翅片表面上,使表面温度降至大气温度以下,从而满足换热温差的要求,喷射到传热管表面的水经过汽化可带走大量的热量,起到对散热能力的补充作用。
风机选用大风量、低噪音、小功率的轴流风机,循环泵选用管道泵,因此,在同等扬程和流量的情况下,常规水冷系统使用的离心泵的电机功率与空冷器使用的风机和循环泵功率之和基本相当。本空冷器设置了配电箱,可控制循环泵、风机、喷淋泵及数字温度显示仪,还能和设备互锁。
使用翅片管的原因:管内侧水的换热很强,对流换热系数大约5800 W/(m2℃),而如果不加翅片,管外空气侧换热系数仅仅120 W/(m2℃),总传热系数k就很低(一定低于120:这是传热学中一个最基本的原理),加了翅片以后,k就可以一下子提高几倍,达到700(钢管),1100(复合管),这是增强换热最有效、最经济的途径。
空冷器用途
冷风机主要用于食品行业中的肉食、家禽、水产品、果蔬、蛋奶、冷饮制品的冷却加工和冷冻储藏,啤酒、白酒等各种酒类和各种饮料的冷却冷藏,另外还可满足化工、制药行业、机械、电子、水电等行业工艺性冷却加工原料和场所的冷却需要。
盘管
高效冷风机的盘管材质有铝管铝片、钢管钢片两种。铝管铝片冷风机翅片与换热管采用胀接工艺,管片接触紧密,接触热阻小,传热效率高,防腐性能好。钢管钢片冷风机翅片与换热管采用整体热浸锌工艺,管片接触更紧密,接触热阻小,传热效率高,防腐能力强。翅片为整体波纹状多孔铝片或钢片。可采用定片距(8、10、12mm)和变片距(8/16、10/20、12/24mm)的翅片组合形式。翅片为深位延长套筒和定距片相组合的定位方式、定位准确。
盘管制成后经2.0MPa气压试验方可出厂。
风机
冷风机均选用冷风机专用轴流风机,具有效率高、噪音小、寿命长等特点,叶片采用压铸铝合金机翼型前掠式扭曲叶片,强度高,表面光洁卫生。使用温度-40℃~-50℃ 。
外壳
高效冷风机外壳有优质钢板喷漆或静电喷漆、不锈钢板、铝板四种可供选择。风机面板采用独特设计,刚性强,外型美观,防腐性能好,使用寿命长。
选型
产品目录中的名义负荷是指空气冷却器换热外表面无冰霜,制冷剂为氨(R717),氨泵供液,传热温差Dtm=10℃ ,蒸发温度to=-10℃ 。
选型步骤
符号说明:
QN—名义冷负荷(kW)
to—蒸发温度(℃ ) Dtm—进口空气平均温度与蒸发温度之差(℃ ) QNC—计算冷负荷(kW) f—修正系数(与to、Dtm、供液方式、结霜厚度有关) f=f1·f2·f3 f1:与to、Dtm有关的参数(见图1) f2:与供液方式有关的参数,氨泵供液f2=1.0,重力供液f2=0.94 f3:与结霜总厚度有关的系数 选型计算方法: 不同的to、Dtm氨泵供 液时的名义冷负荷计算图 1.确定空气冷却器所需的QO; 2.确定设计条件to、Dtm; 3.根据to、Dtm、结霜厚度及供液方式确定f; 4.根据QNC=QO/f,其中f=f1·f2·f3;
5.从参数表中查找QN值,按QN³QNC;
6.确定空气冷却器的规格型号。
产品型号及名称
产品名称型式
制冷装置用空气冷却器简称冷却器或冷风机。冷风机按其安装形式分为落地式和吊顶式两种;按其用途分为冷却物冷藏间用、冻结物冷藏间用和冻结间用三种。
产品型号及示例
冷风机的型号由大写汉语拼音字母和阿拉伯数字组成,其表示方法如下:
冷风机用途型号对照表
符号说明: LDD-200L II表示名义冷却面积为200平方米的冻结物冷藏间用落地式顶部上吹第二次设计改型的铝管铝片冷风机。
DJ-150G表示名义冷却面积为150平方米的冻结间用吊顶式第一次设计改型的钢管钢片热浸锌冷风机。
希望我的回答对您有所帮助。
4. 芳烃抽提蒸馏塔温度倒置是什么原因
塔底重沸器没有工作,请检查用于加热的蒸汽是否有问题,是否没有蒸汽了。
5. 空冷器的主要优点
一、提高电子管使用寿命(高频设备)。普通水易结垢,需定期清洗,一旦结垢就已经影响到电子管的发射功率及寿命,严重时电子管阳极易被烧穿。
二、节省电能。(以100KW高频电子管设备为例)在直流高压作用下阳极水路对地耗电量为:普通水在8KW左右,蒸馏水则在70W左右。
三、降低电解腐蚀。阳极高压通过水阻对地形成直流电流。造成电子管水套进出口电解腐蚀,普通水的电解腐蚀速度是蒸馏水的一百倍以上。
空冷器的储水箱根据设备功率不同约为0.4~2.0m3,每吨纯水价格250元至300元之间。因为使用了闭合循环,所以蒸馏水消耗量极低,为使用蒸馏水创造了条件,同时如按一定比例加入我公司专门研制的防冻产品可彻底解决高频水路的冬季冻结难题。使用蒸馏水不仅提高了设备及元件寿命,而且减少维修费用,从而达到提高生产率,节电的目的。
四、空冷器通过空气和软化水间壁换热,把电炉感应器、可控硅、电子管等电气元件发出的热量排放于空气中。高导热性能的传热管,组合后形成很高的热流密度,所以该装置冷却效率很高。使用空气连续换热,将热量传到空气中,清除了积热,满足了感应加热系统温度的要求。
该冷却系统使用蒸馏水在空冷器和感应加热设备内闭路循环,水质干净,使被冷却的电气系统长期不结水垢,不被异物堵塞。冬季可在冷却水中加入防冻剂,杜绝了水路被冻坏的故障,减少了感应加热设备的故障发生,该冷却系统不需要水池和冷却塔。
五、本空冷器解决了常规水冷系统存在的许多问题:
1、无需水池、冷却塔,占地面积小。
2、纯净水循环,水质干净,不结水垢。
3、闭路循环,无杂物进入,不长青苔,管路不会堵塞。
4、体积小,整体性好,安装方便。
5、使用闭合循环,耗水量极少。
6、能避免夏季设备出现冷凝水造成的故障。
7、储水箱体积小,冬季可使用高频水路防冻液,避免高频系统结冰造成的水路故障。
8、本设备在突然停电、停水情况下仍然能够继续冷却。
9、耗电量低。
六、本空冷器为密封式,闭合循环。设备出水经观察水箱后进入储水箱,由管道泵将软化水打入传热管组,强制风冷,冷却后进入分水包,分水包上设有与设备相对应的水管,再通过软管或硬管分别接到设备所需的进水口。
喷淋装置是为夏季最炎热的天气时准备的,它由喷淋泵、托水盘、喷淋管等组成独立的循环系统。在风机和传热管之间增设喷头,少量的水喷射至传热管的翅片表面上,使表面温度降至大气温度以下,从而满足换热温差的要求,喷射到传热管表面的水经过汽化可带走大量的热量,起到对散热能力的补充作用。
风机选用大风量、低噪音、小功率的轴流风机,循环泵选用管道泵,因此,在同等扬程和流量的情况下,常规水冷系统使用的离心泵的电机功率与空冷器使用的风机和循环泵功率之和基本相当。本空冷器设置了配电箱,可控制循环泵、风机、喷淋泵及数字温度显示仪,还能和设备互锁。
使用翅片管的原因:管内侧水的换热很强,对流换热系数大约5800 W/(m2℃),而如果不加翅片,管外空气侧换热系数仅仅120 W/(m2℃),总传热系数k就很低(一定低于120:这是传热学中一个最基本的原理),加了翅片以后,k就可以一下子提高几倍,达到700(钢管),1100(复合管),这是增强换热最有效、最经济的途径
用途
冷风机主要用于食品行业中的肉食、家禽、水产品、果蔬、蛋奶、冷饮制品的冷却加工和冷冻储藏,啤酒、白酒等各种酒类和各种饮料的冷却冷藏,另外还可满足化工、制药行业、机械、电子、水电等行业工艺性冷却加工原料和场所的冷却需要。
盘管
高效冷风机的盘管材质有铝管铝片、钢管钢片两种。铝管铝片冷风机翅片与换热管采用胀接工艺,管片接触紧密,接触热阻小,传热效率高,防腐性能好。钢管钢片冷风机翅片与换热管采用整体热浸锌工艺,管片接触更紧密,接触热阻小,传热效率高,防腐能力强。翅片为整体波纹状多孔铝片或钢片。可采用定片距(8、10、12mm)和变片距(8/16、10/20、12/24mm)的翅片组合形式。翅片为深位延长套筒和定距片相组合的定位方式、定位准确。
盘管制成后经2.0MPa气压试验方可出厂。
风机
冷风机均选用冷风机专用轴流风机,具有效率高、噪音小、寿命长等特点,叶片采用压铸铝合金机翼型前掠式扭曲叶片,强度高,表面光洁卫生。使用温度-40℃~-50℃ 。
外壳
高效冷风机外壳有优质钢板喷漆或静电喷漆、不锈钢板、铝板四种可供选择。风机面板采用独特设计,刚性强,外型美观,防腐性能好,使用寿命长。
选型
产品目录中的名义负荷是指空气冷却器换热外表面无冰霜,制冷剂为氨(R717),氨泵供液,传热温差Dtm=10℃ ,蒸发温度to=-10℃ 。
选型步骤
符号说明:
QN—名义冷负荷(kW)
to—蒸发温度(℃ ) Dtm—进口空气平均温度与蒸发温度之差(℃ ) QNC—计算冷负荷(kW) f—修正系数(与to、Dtm、供液方式、结霜厚度有关) f=f1·f2·f3 f1:与to、Dtm有关的参数(见图1) f2:与供液方式有关的参数,氨泵供液f2=1.0,重力供液f2=0.94 f3:与结霜总厚度有关的系数 选型计算方法: 不同的to、Dtm氨泵供 液时的名义冷负荷计算图 1.确定空气冷却器所需的QO; 2.确定设计条件to、Dtm; 3.根据to、Dtm、结霜厚度及供液方式确定f; 4.根据QNC=QO/f,其中f=f1·f2·f3;
5.从参数表中查找QN值,按QN³QNC;
6.确定空气冷却器的规格型号。
产品型号及名称
产品名称型式
制冷装置用空气冷却器简称冷却器或冷风机。冷风机按其安装形式分为落地式和吊顶式两种;按其用途分为冷却物冷藏间用、冻结物冷藏间用和冻结间用三种。
产品型号及示例
冷风机的型号由大写汉语拼音字母和阿拉伯数字组成,其表示方法如下:
冷风机用途型号对照表
符号说明: LDD-200L II表示名义冷却面积为200平方米的冻结物冷藏间用落地式顶部上吹第二次设计改型的铝管铝片冷风机。
DJ-150G表示名义冷却面积为150平方米的冻结间用吊顶式第一次设计改型的钢管钢片热浸锌冷风机。