双作用发生精馏塔的工艺计算及原理分析

精馏过程是氨吸收式机组所特有的。一般要求进入冷凝器的氨气质量分数ξ″_s＞0.995。但自发生器出来的二元溶液气相氨质量分数，一般都达不到此要求，必须采用精馏来提高氨气的纯度。通常发生、精馏和分凝回流都是在一个塔中进行，通称为精馏塔。图14-4所示为双作用发生精馏塔，采用内回流方式（也有采用外回流方式）。该塔上部为回流冷凝器，下部是发生器，浓溶液自塔中部某一部位进入，将中部的蒸馏器分为两部分：浓溶液入口以下称之为提馏段，一般采用填料层，也可设立塔板；入口以上称为精馏段，一般采用泡罩塔板或浮阀塔板。采用精馏，增加了发生器的热负荷，但可使氨吸收式制冷机组的热力系数提高。

图14-4 双作用发生精馏塔(www.xing528.com)

1—回流冷凝器 2—精馏段 3—提馏段 4—发生器

精馏实际上是多次重复的蒸发和冷凝的过程，在每一块塔板上所进行的热质传递，相当于一次简单的蒸馏。在塔内，部分氨水蒸汽被回流冷凝器冷凝成液相，自上而下流动，而来自发生器的氨水蒸汽则自下而上流动。如图14-4所示，自发生器上升的蒸汽D1，穿过塔板Ⅰ，与板上液体F₁接触而冷凝，其质量分数为ξ′_F1，较发生终了的稀溶液质量分数ξ′_a为高。在t_F1=t₂温度下，塔板Ⅰ上的液体沸腾，得到比板上溶液质量分数更高的蒸汽D2（t_D2=t_F1、质量分数为ξ″_D2），升至塔板Ⅱ，因为，所以。同样，升至塔板Ⅱ的蒸汽，与该塔板上的溶液接触，得到蒸汽D₃，其氨的质量分数。依次类推，上升的气相以最高的质量分数……进入回流冷凝器。回流冷凝器流下的回流液F，先流入最高一层塔板（如塔板Ⅶ），各层塔板溢出的溶液，依次经塔板上的降液管，流至下一层塔板，而液相的质量分数是依次下降的。当具有足够数目的塔板，塔顶回流冷凝器使部分冷凝液不断回流并充满塔板的情况下，使可以在精馏塔顶部得到纯度很高（ξ″_s≥0.998）的氨气。精馏塔的工艺计算，是根据进塔氨水溶液质量akg，出塔顶氨气质量1kg、出塔底稀溶液质量（a-1）kg，以及氨、水二元溶液的气液平衡数据，确定适宜的回流比、精馏段和提馏段的直径，以及所需要的塔板数或填料层的高度。由于氨、水的相对挥发度较大、氨水二元溶液可以视为理想溶液，遵守拉乌尔定律。低压时，其气相可按理想气体考虑，遵守道尔顿定律。氨水二元系统的精馏是属于易于分离的、较为简单的化工蒸馏单元操作过程。