【正文】 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量通常是指餾出液及釜?dú)堃旱慕M成是否達(dá)到規(guī)定值。生產(chǎn)中某一因素的干擾（如傳熱量、 q、 xF） 將影響產(chǎn)品的質(zhì)量 ,因此應(yīng)及時(shí)予以調(diào)節(jié)和控制。 在一定的壓強(qiáng)下 ,混合物的泡點(diǎn)和露點(diǎn)都取決于混合物的組成，因此可以用容易測(cè)定的溫度來(lái)預(yù)示塔內(nèi)組成的變化。通常可用塔頂溫度反映餾出液的組成 ,用塔底的溫度反映釜?dú)堃航M成。但對(duì)于高純度分離時(shí)，在塔頂或塔底相當(dāng)一段高度內(nèi)，溫度變化極小，因此當(dāng)塔頂或塔底溫度發(fā)現(xiàn)有可覺(jué)察的變化時(shí) ,產(chǎn)品的組成可能已明顯改變，再設(shè)法調(diào)節(jié)就很難了?？梢?jiàn)對(duì)高純度分離時(shí) ,一般不能用測(cè)量塔頂溫度來(lái)控制塔頂組成。 分析塔內(nèi)沿塔高的溫度分布可以看出 ,在精餾段或提餾段的某塔板上溫度變化最顯著 ,也就是說(shuō)這些塔板的溫度對(duì)于外界因素的干擾反映最為靈敏 ,通常將它稱為靈敏板。因此生產(chǎn)上常用測(cè)量和控制靈敏板的溫度來(lái)保證產(chǎn)品的質(zhì)量。 第六節(jié) 間歇精餾 一、間歇精餾的裝置及特點(diǎn) 在化工生產(chǎn)或科學(xué)研究中 ,需要分離的物料量少且分離純度要求較高時(shí) ,常采用間歇精餾比較靈活機(jī)動(dòng) ,其裝置參見(jiàn)教材 P264圖 516。從精餾裝置看，間歇精餾與連續(xù)精餾大致相同。作間歇精餾時(shí) ,料液是成批投入精餾釜，逐步加熱氣化，待釜液組成降至規(guī)定值后將其一次排出 ,然后再?gòu)男卵b料進(jìn)行另一批物料的精餾。所以間歇精餾也稱為分批精餾。由此不難理解，間歇精餾過(guò)程具有如下特點(diǎn) : ,同是間歇操作 ,但間歇精餾有回流比且有多層塔板,即要進(jìn)行多次部分汽化和冷凝 ,而簡(jiǎn)單蒸餾僅有一次部分汽化且無(wú)回流； ,由于同是精餾所以裝置基本相同 ,但前者為間歇操作 ,故操作參數(shù)是不斷變化的 ,且只有精餾段無(wú)提餾段。因此，獲得同樣的塔頂、塔底組成的產(chǎn)品 ,間歇精餾的能耗必大于連續(xù)精餾。 ,塔內(nèi)操作參數(shù)是時(shí)間的函數(shù)。即在精餾過(guò)程中，釜液組成將不斷降低。若在操作時(shí)保持回流比不變，則塔頂餾出液組成將隨之下降；反之為使餾出液組成保持不變 ,則在精餾過(guò)程中應(yīng)不斷加大回流比。為達(dá)到預(yù)定的要求 ,實(shí)際操作可以靈活多樣。 第六節(jié) 間歇精餾 二、 餾出液組成恒定的間歇精餾 如前所述，在一定的塔板數(shù)下，要使餾出液組成不變，在間歇精餾中只有隨著過(guò)程的進(jìn)行不斷增大回流比才能實(shí)現(xiàn)。此時(shí)，釜中料液組成由 xF逐漸降至 xW。對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)計(jì)算命題是：已知進(jìn)料量 F及相關(guān)組成 xF、 xD和 xW，計(jì)算所需理論板數(shù)，回流比的平均值，汽化量和精餾所需時(shí)間。其計(jì)算內(nèi)容如下： 總物料衡算： F=D+W 易揮發(fā)組分衡算： FxF=DxD+WxW 聯(lián)立得： (546) 注意： F、 D及 W在這里僅代表摩爾數(shù)。 第六節(jié) 間歇精餾 方法上同于連續(xù)精餾，但存在的主要問(wèn)題是如何確定回流比 R,因?yàn)樵陂g歇精餾中 R是變化的。一般方法是：先按餾出液組成 xD和終了釜?dú)堃航M成 xW確定最終 Rmin,進(jìn)而確定最終實(shí)際回流比 R終 ,然后采用與連續(xù)精餾一樣的步驟用圖解或逐板法計(jì)算理論板數(shù) ,如圖 524所示。其中 , R終 ＝ nRmin ， 即可從圖 524c中 a點(diǎn)開(kāi)始，在平衡線和終了操作線間求出理論板數(shù)。在操作初期可采用較小的回流比，此時(shí)的操作線如圖 524c中虛線所示。 圖 524餾出液組成不變的間歇精餾 第六節(jié) 間歇精餾 由于間歇精餾在具體操作過(guò)程中 R不斷變化，故在進(jìn)行過(guò)程衡算時(shí)應(yīng)用微分衡算式。即對(duì)任一瞬間衡算有： d(V)=d(L+D),令 R=d(L)/d(D),稱為瞬間回流比，那么上式變?yōu)椋?d(V)=（ R+1)d(D),對(duì)該式積分并整理可得整個(gè)精餾過(guò)程中混合液的汽化量： （ 547） 設(shè)蒸餾釜的綜合汽化能力（指摩爾流量 , ）為 qV ,則完成上述汽化量所需的精餾時(shí)間為： (548) 第六節(jié) 間歇精餾 三、回流比恒定的間歇精餾 在間歇精餾過(guò)程中，若回流比不變，那么釜液組成 xW和餾出液組成 xD必然會(huì)不斷降低，此時(shí)只有提高精餾初期餾出液的組成，才能保證 餾出液的平均濃度符合產(chǎn)品的質(zhì)量要求。 設(shè)計(jì)計(jì)算的命題為：已知料液量 F及組成 xF，終了釜?dú)堃航M成 xW，餾出液的平均組成 xD均 。其計(jì)算方法基本同于連續(xù)精餾 , 不同的是要首先假設(shè)一個(gè)高于 xD均 的餾出液組成 ,并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，具體步驟如下： (1)假設(shè)高于 xD均 的餾出液組成為 xD始 ,釜液的初始組成為 xW,1=xF 。 (2)求最小回流比以確定適宜回流比。 (3)據(jù) R,xD始 ,xF,xW,用圖解法或逐板法求所需理論板數(shù)，如圖 525所示。 (4)根據(jù)規(guī)定的 xD均 和 xW，驗(yàn)算所設(shè)的 xD始 是否合適。驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)是以實(shí)際精餾全過(guò)程所得的餾出液平均組成 xD,m應(yīng)大于或等于 xD均 。其中 xD,m的計(jì)算同于前述的簡(jiǎn)單蒸餾式（ 518） ,即 第六節(jié) 間歇精餾由于 R恒定，則每批精餾的汽化量為： V=(R+1)D （ 549）每批精餾所需時(shí)間為： (550)圖 525回流比恒定的間歇精餾第八節(jié) 板式塔 （第七節(jié)特殊精餾略，自選閱讀） 一、工業(yè)生產(chǎn)對(duì)塔設(shè)備的要求 板式塔是由一個(gè)圓筒形殼體及其中按一定間距設(shè)置的若干層塔板構(gòu)成。相鄰塔板間有一定距離，稱為板間距。塔內(nèi)液體依靠重力作用自上而下，流經(jīng)各層塔板后自塔底排出，在各層塔板上保持一定深度的流動(dòng)液層。汽相則在壓力差的推動(dòng)下，自塔底穿過(guò)各層塔板上的開(kāi)孔由下而上穿過(guò)塔板上的液層最后由塔頂排出。呈錯(cuò)流流動(dòng)的汽相和液相在塔板上進(jìn)行傳質(zhì)過(guò)程。顯然，塔板的功能應(yīng)使汽液兩相保持密切而又充分的接觸，為傳質(zhì)過(guò)程提供足夠大且不斷更新的相際接觸面積，減少傳質(zhì)阻力。在具體選擇塔型或?qū)λO(shè)備評(píng)價(jià)時(shí)，主要考慮以下幾個(gè)基本性能：第八節(jié) 板式塔 (1)生產(chǎn)能力大。即單位時(shí)間單位塔截面上的處理量大。 (2)分離效率高。是指每層塔板的分離程度大 (3)操作彈性大。即指最大汽速負(fù)荷與最小汽速負(fù)荷之比大。 (4)塔內(nèi)持液量少且塔板壓降小以縮短啟動(dòng)時(shí)間和節(jié)省動(dòng)力或能耗。 (5)塔的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造安裝容易以節(jié)省材料和降低成本。 (6)耐腐蝕且不易堵塞，方便操作、調(diào)節(jié)和檢修。 二、常用板式塔類(lèi)型 板式塔的核心部件是塔板。塔板主要由以下幾部分組成：汽相通道、溢流堰、降液管。根據(jù)塔板上汽相通道的形式不同，可分為泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形塔、浮動(dòng)舌形塔和浮動(dòng)噴射塔等多種。目前從國(guó)內(nèi)外實(shí)際使用情況看，主要的塔板類(lèi)型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，前兩種使用尤為廣泛，因此本節(jié)只對(duì)泡罩塔、浮閥塔、篩板塔作一般介紹，并對(duì)浮閥塔的設(shè)計(jì)作較詳細(xì)的討論。 第八節(jié) 板式塔 ： 是最早在工業(yè)上廣泛應(yīng)用的塔板，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 526所示。塔板上開(kāi)有許多圓孔，每孔焊上一個(gè)圓短管，稱為升氣管，管上在罩一個(gè) “ 罩 ” 稱為泡罩。升氣管頂部高于液面，以防止液體從中漏下，泡罩底緣有很多齒縫浸入在板上液層中。操作時(shí)，液體通過(guò)降液管下流，并由于溢流堰保持一定的液層。氣體則沿升氣管上升，折流向下通過(guò)升氣管與泡罩間的環(huán)形通道，最后被齒縫分散成小股氣流進(jìn)入液層中，氣體鼓泡通過(guò)液層形成激烈的攪拌進(jìn)行傳熱、傳質(zhì)。 泡罩塔具有操作穩(wěn)定可靠，液體不易泄漏，操作彈性大等優(yōu)點(diǎn)，所以長(zhǎng)時(shí)間被使用。但隨著工業(yè)發(fā)展需要，對(duì)塔板提出了更高的要求。實(shí)踐證明泡罩塔板有許多缺點(diǎn)，如結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高，氣體通道曲折，造成塔板壓降大，氣體分布不均勻效率較低等。由于這些缺點(diǎn)，使泡罩塔的應(yīng)用范圍逐漸縮小。第八節(jié) 板式塔 圖 526 泡罩塔板（ a） 泡罩塔板操作示意圖；（ b） 泡罩塔板平面圖；（ c） 圓形泡罩第八節(jié) 板式塔 篩板塔板也是較早出現(xiàn)的一種板型，由于當(dāng)時(shí)對(duì)其性能認(rèn)識(shí)不足，使用受到限制，直至二十世紀(jì)五十年代初，隨著工業(yè)發(fā)展的需要，開(kāi)始對(duì)篩板塔的性能設(shè)計(jì)等作了較為充分的研究。當(dāng)前篩板塔的應(yīng)用日益廣泛。 篩板塔的結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，其結(jié)構(gòu)如圖 527所示。塔板上設(shè)置降液管及溢流堰，并均勻地鉆有若干小孔，稱為篩孔。正常操作時(shí)，液體沿降液管流入塔板上并由于溢流堰而形成一定深度的液層，氣體經(jīng)篩孔分散成小股氣流，鼓泡通過(guò)液層，造成氣液兩相的密切接觸。 篩板塔突出的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低。但其缺點(diǎn)是操作彈性小，必須維持較為恒定的操作條件。 第八節(jié) 板式塔篩篩板降液管管板距 h0 溢流堰 高 hw 長(zhǎng) lw汽相流向液相流向保證液體正常下落及板上滯流 h0＜ hw汽相通道其形狀不同成為不同塔板的主要區(qū)別。篩板塔最簡(jiǎn)單。圖 527篩板塔示意圖第八節(jié) 板式塔 ： 該塔板是二十世紀(jì)五十年代開(kāi)始使用的一種塔板，它綜合了上述兩種塔板的優(yōu)點(diǎn)，即取消了泡罩塔板上的升氣管和泡罩，改為在板上開(kāi)孔，孔的上方安置可以上下浮動(dòng)的閥片稱為浮閥。浮閥可根據(jù)氣體流量大小上下浮動(dòng)，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進(jìn)使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設(shè)備造價(jià)等方面比泡罩塔優(yōu)越。但在處理黏度大的物料方面，還不及泡罩塔可靠。 浮閥有三條 “ 腿 ” ，插入閥孔后將各腿腳板轉(zhuǎn) 90。 角，用以限制操作時(shí)閥片在塔板上張開(kāi)的最大開(kāi)度，閥片周邊沖有三片略向下彎的定距片，使閥片處于靜止位置時(shí)仍與塔板間留有一定的間隙。這樣，避免了氣量較小時(shí)閥片啟閉不穩(wěn)的脈動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)由于閥片與塔板板面是點(diǎn)接觸，可以防止閥片與塔板的粘結(jié)。 第八節(jié) 板式塔 浮閥的類(lèi)型很多，國(guó)內(nèi)常用的有 F1型、 V4型及 T型等，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 528所示。 圖 528幾種浮閥型式（ a） F1型浮閥；（ b） V4型浮閥；（ c） T型浮閥第八節(jié) 板式塔 F1型浮閥見(jiàn)圖 528（ a） ,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，節(jié)省材料。 F1型浮閥又分輕閥和重閥兩種，重閥約重 33g，輕閥約重 25g。 浮閥的重量直接影響塔內(nèi)氣體的壓強(qiáng)降，輕閥慣性小，但操作穩(wěn)定性差。因此，一般場(chǎng)合都采用重閥，只有在處理量大并且要求壓強(qiáng)降低的系統(tǒng)（如減壓塔）中，才用輕閥。 V4型浮閥見(jiàn)圖 528(b)， 其特點(diǎn)是閥孔被沖成向下彎曲的文丘里形，所以減少了氣體通過(guò)塔板時(shí)的壓強(qiáng)降，閥片除腿部相應(yīng)加長(zhǎng)外，其余結(jié)構(gòu)尺寸與 F1 型輕閥無(wú)異。 V4型輕閥適用與減壓系統(tǒng)。 T型浮閥的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，見(jiàn)圖 528(c)， 此型浮閥是借助固定于塔板上的支架以限制拱形閥片的運(yùn)動(dòng)范圍，多用于易腐蝕、含顆?；蛞拙酆系慕橘|(zhì)。第八節(jié) 板式塔 三、浮閥塔設(shè)計(jì) 在浮閥塔的工藝設(shè)計(jì)中，一般原料量及其組成，餾出液及殘液組成，操作壓力及操作方式等均為生產(chǎn)工藝條件所規(guī)定。需要設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：塔高、塔徑、溢流裝置的結(jié)構(gòu)與尺寸、確定塔板板面布置、塔板的校核及繪制負(fù)荷性能圖。 全塔的高度為有效段（汽液接觸段）、塔頂及塔釜三部分高度之和。板式塔有效段高度由實(shí)際板數(shù)和板間距決定。即　　　　　　　　　　　 （ 551） 式中 Z為塔的有效段高度，ｍ； N實(shí) 為實(shí)際塔板數(shù)； Ｈ Ｔ 為板間距， m。 所以有： Z全塔 ＝ Z有效 ＋ Z塔頂 ＋ Z塔釜 （ 552）第八節(jié) 板式塔 板間距的數(shù)值大都是經(jīng)驗(yàn)值。在決定板間距時(shí)還應(yīng)考慮安裝檢修的需要，例如在塔體的人孔手孔處應(yīng)留有足夠的工作空間。在設(shè)計(jì)時(shí)可參考表 81選取。 表 51 不同塔徑的板間距參考值 塔頂空間高度是指塔頂?shù)谝粔K塔板到頂部封頭切線的距離。為了減少出口氣體中夾帶的液體量，這段高度常大于一般塔板間距，通常取 ～ 。 當(dāng)再沸器在塔外時(shí)，塔底空間高度是指最末一塊塔板到塔底封頭切線的距離。液體自離開(kāi)最末一塊塔板至流出塔外，需要有 10～ 15分鐘的停留時(shí)間，據(jù)此由釜液流量和塔徑即可求出此高度。第八節(jié) 板式塔 根據(jù)圓管內(nèi)流量公式，塔徑可表示為　　 　　　　　 （ 553） 式中　為塔徑 ,m