【正文】 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量通常是指餾出液及釜殘液的組成是否達到規(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 ,因此應及時予以調(diào)節(jié)和控制。 在一定的壓強下 ,混合物的泡點和露點都取決于混合物的組成，因此可以用容易測定的溫度來預示塔內(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殘液組成。但對于高純度分離時，在塔頂或塔底相當一段高度內(nèi)，溫度變化極小，因此當塔頂或塔底溫度發(fā)現(xiàn)有可覺察的變化時 ,產(chǎn)品的組成可能已明顯改變，再設法調(diào)節(jié)就很難了?？梢妼Ω呒兌确蛛x時 ,一般不能用測量塔頂溫度來控制塔頂組成。 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 ,也就是說這些塔板的溫度對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)上常用測量和控制靈敏板的溫度來保證產(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 在化工生產(chǎn)或科學研究中 ,需要分離的物料量少且分離純度要求較高時 ,常采用間歇精餾比較靈活機動 ,其裝置參見教材 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 ,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 ,然后再從新裝料進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，間歇精餾過程具有如下特點 : ,同是間歇操作 ,但間歇精餾有回流比且有多層塔板,即要進行多次部分汽化和冷凝 ,而簡單蒸餾僅有一次部分汽化且無回流； ,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)是時間的函數(shù)。即在精餾過程中，釜液組成將不斷降低。若在操作時保持回流比不變，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 ,則在精餾過程中應不斷加大回流比。為達到預定的要求 ,實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程的進行不斷增大回流比才能實現(xiàn)。此時，釜中料液組成由 xF逐漸降至 xW。對應的設計計算命題是：已知進料量 F及相關組成 xF、 xD和 xW，計算所需理論板數(shù)，回流比的平均值，汽化量和精餾所需時間。其計算內(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，但存在的主要問題是如何確定回流比 R,因為在間歇精餾中 R是變化的。一般方法是：先按餾出液組成 xD和終了釜殘液組成 xW確定最終 Rmin,進而確定最終實際回流比 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算理論板數(shù) ,如圖 524所示。其中 , R終 ＝ nRmin ， 即可從圖 524c中 a點開始，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程中 R不斷變化，故在進行過程衡算時應用微分衡算式。即對任一瞬間衡算有： 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),對該式積分并整理可得整個精餾過程中混合液的汽化量： （ 547） 設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必然會不斷降低，此時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。 設計計算的命題為：已知料液量 F及組成 xF，終了釜殘液組成 xW，餾出液的平均組成 xD均 。其計算方法基本同于連續(xù)精餾 , 不同的是要首先假設一個高于 xD均 的餾出液組成 ,并以此為基準進行計算，具體步驟如下： (1)假設高于 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，驗算所設的 xD始 是否合適。驗算標準是以實際精餾全過程所得的餾出液平均組成 xD,m應大于或等于 xD均 。其中 xD,m的計算同于前述的簡單蒸餾式（ 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)對塔設備的要求 板式塔是由一個圓筒形殼體及其中按一定間距設置的若干層塔板構(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液層。汽相則在壓力差的推動下，自塔底穿過各層塔板上的開孔由下而上穿過塔板上的液層最后由塔頂排出。呈錯流流動的汽相和液相在塔板上進行傳質(zhì)過程。顯然，塔板的功能應使汽液兩相保持密切而又充分的接觸，為傳質(zhì)過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備評價時，主要考慮以下幾個基本性能：第八節(jié) 板式塔 (1)生產(chǎn)能力大。即單位時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。即指最大汽速負荷與最小汽速負荷之比大。 (4)塔內(nèi)持液量少且塔板壓降小以縮短啟動時間和節(jié)省動力或能耗。 (5)塔的結(jié)構(gòu)簡單、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、浮動舌形塔和浮動噴射塔等多種。目前從國內(nèi)外實際使用情況看，主要的塔板類型為浮閥塔、篩板塔及泡罩塔，前兩種使用尤為廣泛，因此本節(jié)只對泡罩塔、浮閥塔、篩板塔作一般介紹，并對浮閥塔的設計作較詳細的討論。 第八節(jié) 板式塔 ： 是最早在工業(yè)上廣泛應用的塔板，結(jié)構(gòu)見圖 526所示。塔板上開有許多圓孔，每孔焊上一個圓短管，稱為升氣管，管上在罩一個 “ 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，液體通過降液管下流，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入液層中，氣體鼓泡通過液層形成激烈的攪拌進行傳熱、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，所以長時間被使用。但隨著工業(yè)發(fā)展需要，對塔板提出了更高的要求。實踐證明泡罩塔板有許多缺點，如結(jié)構(gòu)復雜，造價高，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，使泡罩塔的應用范圍逐漸縮小。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，由于當時對其性能認識不足，使用受到限制，直至二十世紀五十年代初，隨著工業(yè)發(fā)展的需要，開始對篩板塔的性能設計等作了較為充分的研究。當前篩板塔的應用日益廣泛。 篩板塔的結(jié)構(gòu)較為簡單，其結(jié)構(gòu)如圖 527所示。塔板上設置降液管及溢流堰，并均勻地鉆有若干小孔，稱為篩孔。正常操作時，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，鼓泡通過液層，造成氣液兩相的密切接觸。 篩板塔突出的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低。但其缺點是操作彈性小，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 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。篩板塔最簡單。圖 527篩板塔示意圖第八節(jié) 板式塔 ： 該塔板是二十世紀五十年代開始使用的一種塔板，它綜合了上述兩種塔板的優(yōu)點，即取消了泡罩塔板上的升氣管和泡罩，改為在板上開孔，孔的上方安置可以上下浮動的閥片稱為浮閥。浮閥可根據(jù)氣體流量大小上下浮動，自行調(diào)節(jié)，使氣縫速度穩(wěn)定在某一數(shù)值。這一改進使浮閥塔在操作彈性、塔板效率、壓降、生產(chǎn)能力以及設備造價等方面比泡罩塔優(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，用以限制操作時閥片在塔板上張開的最大開度，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仍與塔板間留有一定的間隙。這樣，避免了氣量較小時閥片啟閉不穩(wěn)的脈動現(xiàn)象，同時由于閥片與塔板板面是點接觸，可以防止閥片與塔板的粘結(jié)。 第八節(jié) 板式塔 浮閥的類型很多，國內(nèi)常用的有 F1型、 V4型及 T型等，其結(jié)構(gòu)見圖 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型浮閥見圖 528（ a） ,其結(jié)構(gòu)簡單，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)氣體的壓強降，輕閥慣性小，但操作穩(wěn)定性差。因此，一般場合都采用重閥，只有在處理量大并且要求壓強降低的系統(tǒng)（如減壓塔）中，才用輕閥。 V4型浮閥見圖 528(b)， 其特點是閥孔被沖成向下彎曲的文丘里形，所以減少了氣體通過塔板時的壓強降，閥片除腿部相應加長外，其余結(jié)構(gòu)尺寸與 F1 型輕閥無異。 V4型輕閥適用與減壓系統(tǒng)。 T型浮閥的結(jié)構(gòu)比較復雜，見圖 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動范圍，多用于易腐蝕、含顆?；蛞拙酆系慕橘|(zhì)。第八節(jié) 板式塔 三、浮閥塔設計 在浮閥塔的工藝設計中，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。需要設計的內(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 為實際塔板數(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)驗值。在決定板間距時還應考慮安裝檢修的需要，例如在塔體的人孔手孔處應留有足夠的工作空間。在設計時可參考表 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 ～ 。 當再沸器在塔外時，塔底空間高度是指最末一塊塔板到塔底封頭切線的距離。液體自離開最末一塊塔板至流出塔外，需要有 10～ 15分鐘的停留時間，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