【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 11 21 3xDxFx圖 9 － 9 (b ) 例 9 － 7 泡 點(diǎn) 進(jìn) 料 時(shí) 加 料 板 在 第 8 塊 時(shí) 理 論 板 數(shù) 的 圖 解a91 4通常稱跨越點(diǎn) d的加料板為最佳加料板，任何偏離該位置的加料都會(huì)使全塔理論板數(shù)增多，偏離程度越遠(yuǎn)，料液濃度與塔內(nèi)濃度的差異越大，混合效應(yīng)也越大，需要的理論塔板數(shù)也就越多。 31 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 三、回流比的選取和理論板數(shù)的捷算法 R??FW?xx? 1 全回流和最少理論板數(shù) 回流比的上限是全回流 ，這時(shí)子塔頂上升的蒸氣經(jīng)冷凝后全部回 流入塔，不采出餾出液。因 D=0，由全塔物料恒算得， ， ，故進(jìn)料和出料已顯得無(wú)意義，事實(shí)上全回流時(shí)無(wú)進(jìn)料和出料，因而無(wú)精餾段和提餾段之分，如圖９－２０所示。 L,xDV,y11yN－ 1xN12N1V,yWL,xNN圖 9－ 20 全 回 流 流 程32 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 若逐板計(jì)算至進(jìn)料位置，令 ，可得到精餾段所需的最少理論 板數(shù)： 在任意一塊理論板 n上，存在如下關(guān)系： （ 1）相平衡方程，有 （ 2）操作線方程，可寫(xiě)成 ， 從塔頂開(kāi)始交替應(yīng)用平衡線和操作線方程進(jìn)行逐板計(jì)算，求得最少理論板數(shù) ( / ) ( / )A B n n A B ny y x x??1( ) ( )A n A nyx? ?1( ) ( )B n B n? ?m in l g[ ( ) ( ) ] / l gAADWBBxxNxx ??1 DF? ? ?? 1m in 1 l g[ ( ) ( ) ] / l gDFN ??33 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 最小回流比 minR最小回流比 可用作圖法或解析法求得。 yeymin1DxR?cxexwxFxfdeaxDb圖 9－ 21 最小回流比的分析34 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 min1DxR?xW xF xDxfgecyda(a)min1DxR?gcyxw xFx xDeafb(b)圖 9－ 22 特殊理想體系的最小回流比 （ 1）作圖法 作出最小回流比時(shí)的操作線，如圖９－２１和９－２２所示。再利用下式計(jì)算： 或者 m inm in 1DdDdxyRR x x????m in DdDdxyR xx?? ?35 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 2）解析法 對(duì)于理想體系，最小回流比時(shí)靜六段的操作線通過(guò)平衡線與ｑ線的交點(diǎn)ｅ。 當(dāng)泡點(diǎn)進(jìn)料 （ q＝１ ） 時(shí) ， q線方程為 ， 點(diǎn)ｅ的坐標(biāo)為 。 求得的最小回流比為 同樣 ， 露點(diǎn)進(jìn)料 （ q＝０ ） 時(shí) ， ｑ線方程為 ， 點(diǎn)ｅ的坐標(biāo)為 ， 求得的最小回流比為 Fxx?[ , ]1 ( 1)FFFxx x????m in 1( 1 )1( ) [ ]11DDq FFxxR ????????Fyx?[ , ]( 1)F FFx xx????m in 011( ) ( ) 1DDq FFxxR ????? ? ?36 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 吉利蘭關(guān)聯(lián)圖近似用如下的數(shù)學(xué)式表示： 研究表明，精餾段和全塔的理論板數(shù)之比 近似滿足： 利用吉利蘭關(guān)聯(lián)圖及上式可進(jìn)行精餾塔理論塔板數(shù)的簡(jiǎn)捷計(jì)算，簡(jiǎn)稱理論板數(shù)的捷算法。 適宜回流比的選取和理論板數(shù)的捷算法 全回流和最小回流比十精餾塔設(shè)計(jì)中的最大值和最小值，實(shí)際選用的回流比應(yīng)該介于兩者之間。 0. 566 5 (1 )YX??( 8 )X ?1/NN1 min1minNN?37 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 四、進(jìn)料熱狀況的選取 精餾操作的進(jìn)料可采用冷液到過(guò)熱蒸汽等五種方式，對(duì)應(yīng)的進(jìn)料熱狀況參數(shù)ｑ值從大至小變化。進(jìn)料預(yù)熱程度愈高，對(duì)精餾分離愈不利。 從分離角度來(lái)看 ， 應(yīng)盡可能降低進(jìn)料的溫度 。 但另一方面 ， 進(jìn)料余熱程度愈高 ， 需要再沸器提供的上升蒸氣量愈小 ， 從而再沸器負(fù)荷也愈小 。 通常料液預(yù)熱至泡點(diǎn)附近最為常見(jiàn) ， 除綜合考慮了上述因素外 ， 泡點(diǎn)進(jìn)料還有一個(gè)好處：可以避免季節(jié)變化引起料液溫度變化而影響精餾塔操作的穩(wěn)定性 。 當(dāng)然若精餾塔的進(jìn)料受前段工序的影響本身就是氣相 ， 那么為減少能耗 ， 一般不再將它冷卻而直接采用氣相加料 。 38 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 五、實(shí)際塔板數(shù)的計(jì)算 理論板假定是一種極限情況，操作中的實(shí)際塔板因氣液相接觸界面有限，接觸的時(shí)間也不可能無(wú)窮大，故離開(kāi)塔板的氣液兩相通常大不到相平衡，即實(shí)際塔板的分離效果常常不如理論板。一般用單板效率也稱默弗里（ Murphree）板效來(lái)描述實(shí)際塔板的分離能力． 板的氣相單板效率為 1*1() nnmVnnyy nEny y n??????經(jīng)過(guò)第 塊塔板后氣相的實(shí)際增富程度經(jīng)過(guò)第 塊塔板后氣相的理論增富程度()mLEn 1 *1() nnmLnnxx nx x n????經(jīng)過(guò)第 塊塔板后液相的實(shí)際減富程度經(jīng)過(guò)第 塊塔板后液相的理論減富程度若一液相濃度的變化 來(lái)定義，則第ｎ塊塔板的液相默弗里板效為 39 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 0E0 0NEN?除單板效率外，工程中還常用全塔效率 或稱總板效率來(lái)描述塔板上傳質(zhì)的完善程度。 影響塔板效率的因素很多，可概括為以下三大類(lèi)： （ 1）物性參數(shù)，主要為氣液兩相的物性如密度、黏度、表面張力、相對(duì)揮發(fā)度、擴(kuò)散系數(shù)等； （ 2）結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要為塔板的結(jié)構(gòu)如塔板型式、板間距、板上開(kāi)孔和排列情況等； （ 3）操作參數(shù)，主要為氣液相的流速、回流比、溫度、壓力等。 40 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 精餾操作型問(wèn)題中塔板數(shù)和進(jìn)料位置確定，餾出液和釜液組成則通常未知，故塔內(nèi)的操作線方程難以直接確定，且加料不一定在最佳位置。因此求解該類(lèi)問(wèn)題是常常需要試差。 精餾操作型問(wèn)題包括定性分析和定量計(jì)算兩部分。在精餾操作型問(wèn)題的定性分析中應(yīng)首先判斷精餾段、提餾段斜率的變化，然后再 M－ T圖上畫(huà)出操作線（或者直接判斷精餾段、提餾段分離能力的變化），最終確定餾出液和釜液濃度的變化，采用逐板計(jì)算或 M－ T圖解得出另一個(gè)，最后用全塔物料恒算關(guān)系來(lái)校驗(yàn)。 41 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 一、直接蒸汽加熱流程 F,xFW,xwxDV39。L39。Sm+1m圖9－27（a）直接蒸氣加熱流程yxdfabb39。x*WxWxFxD圖 9 － ２ ７ (b ) 乙 醇 － 水 體 系 直 接蒸 氣 加 熱 流 程 的 M － T 圖 解 示 意直接蒸氣加熱流程如圖９－２７（ a）所示。 42 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 根據(jù)全塔物料衡算 將上式與間接蒸汽加熱的全塔物料衡算式比較得 *F S D W? ? ? **0F D WFx S D x W x? ? ? ?*W W S??**WWW x Wx?現(xiàn)再分析直接蒸氣加熱時(shí)的操作線。 物料衡算方程得 即 另一方面 ， 根據(jù)恒摩爾流假定 ， ， ， 故 39。 39。 * *10m m WL x S V y W x?? ? ? ?**39。1 39。39。Wmm WxLyxVV? ??39。VS?39。*LW? ***1 WWxWSS?43 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 12ny2ynx2xnD,xDL,x1V,y2圖9－28 分凝器流程yn+1y3x3 1分凝器二、分凝塔和冷回流流程 生產(chǎn)上有時(shí)采用圖９－２８所示的冷凝流程：從塔頂上升的蒸氣先經(jīng)過(guò)一個(gè)分凝器部分冷凝，冷凝液作為回流進(jìn)入塔內(nèi)，為冷凝的氣體進(jìn)入后續(xù)的全凝器繼續(xù)冷凝并冷卻作為產(chǎn)品采用。該流程實(shí)際是將蒸汽逐級(jí)冷凝，可避免冷凝器過(guò)大，同時(shí)易實(shí)現(xiàn)跑電回流操作。若離開(kāi)分凝器的兩相達(dá)到氣液相平衡，則分凝器可看成是一塊理論板，此時(shí)的徑流相當(dāng)于全塔多了一塊理論板。 44 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 由于精流操作線是以塔內(nèi)氣液相負(fù)荷計(jì)算的，所以在精餾段操作線方程中回流比 R（內(nèi)回流比）與外回流比 （即通常說(shuō)的回流比）之間存在如下關(guān)系： 為便于控制回流液量，生產(chǎn)中也常將塔頂上升蒸汽經(jīng)全凝器直接冷凝、冷卻至泡點(diǎn)以下，其中的一部分在回流入塔，這就是冷回流流程，如圖９－２９所示，此時(shí)回流入塔的液體量 （稱外回流）與塔內(nèi)下降的液體量 L（稱內(nèi)回流）不再相等，同時(shí)Ｖ也不等于 。設(shè)回流液溫度為 ，塔內(nèi)第一塊板的溫度為 。由于冷回流類(lèi)似于冷液加料，有 0L0VD,xDL0,xD,tR圖9－2 冷回流流程V0VLRt 1t1 0()[1 ]pL Rc t tLLr ???0R1 0[1 ]pL Rc t tRRr ?45 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 V LV 39。 39。 L 39。 39。V 39。 L 39。W , xWF1 ,xF 1, q1F2 ,xF 2, q2D , xDII II I I( a )q1e1d1f1aq2e2d2f2bII II I IyxWxF 2x xF 1xD( b )圖 ９ － ３ ０ 多 股 加 料 流 程生產(chǎn)上有時(shí)需要將不同濃度的幾股原料同時(shí)在一個(gè)塔內(nèi)進(jìn)行精餾，就是多股加料流程，通常它較很和加料效果好。圖９－３０（ a）是一個(gè)具有兩股加料的精餾塔 ,圖９－３０（ b）給出了該流程的操作線示意圖。 三、多股加料和側(cè)線出料流程 46 返回 西 安 交 大 化 工 原 理 電 子 課 件 對(duì)該塔的操作線分析應(yīng)根據(jù)塔內(nèi)氣液相符合分為三段來(lái)進(jìn)行 ， 其中 Ⅰ 、 Ⅲ 段就是普通精餾塔的精餾段和提餾段 ， 而第 Ⅱ 段的操作線可通過(guò)虛線范圍內(nèi)的物料衡算 ， 得 塔內(nèi)各段氣液相負(fù)荷之間滿足：