【正文】 數(shù)越少，設(shè)備投資越低。但回流比越大，則操作費(fèi)用增大。減少回流比，操作費(fèi)用降低 ,但塔的投資增大。所以，對(duì)于一定的分離任務(wù)（ F、 xF、 xw、 xP一定）而言，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)幕亓鞅?，?操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用最低 。 ? 回流比有兩個(gè)極限值 ， 上限為全回流時(shí)回流比 ， 下限為最小回流比 。 實(shí)際回流比為介于兩極限值的某適當(dāng)值 。 全回流和最少理論板數(shù) ? 若塔頂上升蒸汽經(jīng)冷凝后，全部回流到塔內(nèi)，這種方式稱為 全回流 。此時(shí)，塔頂產(chǎn)品 D為 0。通常 F、W也均為零，即既不向塔內(nèi)進(jìn)料，亦不從塔內(nèi)取出產(chǎn)品。全塔也就無精餾段和提餾段之區(qū)分，兩段的操作線合二為一。全回流時(shí)的回流比為： 因此，精餾段操作線的斜率 R/（ R+1） =1。在 y軸上的 截距 xp/( R+1)=0。 操作線與對(duì)角線重合。 ???? 0LDLRxW xF xD 提餾段操作線方程 L→∞ ， y = x ，提餾段操作線與對(duì)角線重合。 ? 顯然，此時(shí)操作線和平衡線的距離為最遠(yuǎn)。因此，達(dá)到給定分離程度所需的理論板層數(shù)為最少。以Nmin表示。 Nmin可在 xy圖上的平衡線和對(duì)角線間直接圖解求得。也可以從芬斯克方程計(jì)算得到， P32。 wxWqFLWxWqFLqFLy??????? 由平衡線和操作線推出： ? Nmin為全塔最少理論塔板數(shù)。 ? N‘ min為精餾段理論塔板數(shù)。 ? 要注意一點(diǎn)，全回流是回流比的上限。這種情況下實(shí)際得不到精餾產(chǎn)品，即生產(chǎn)能力為零。故，在實(shí)際生產(chǎn)中是不采用的。 mWWDDxxxxN?lg)]1)(1lg[(1min?????m為塔頂、塔底平均揮發(fā)度 （ 126） mFFDDxxxxN 39。m in39。lg)]1)(1lg[(1?????（ 127） ?’ m為塔頂、進(jìn)料平均揮發(fā)度 但是全回流得到理想的換熱、傳質(zhì)。因而，主要在實(shí)驗(yàn)室中或開工時(shí)用來評(píng)價(jià)精餾設(shè)備的效率。 最小回流比 ? 當(dāng)回流從全回流逐漸減小時(shí) ， 精餾段操作線的截距隨之逐漸增大 ， 兩操作線的位置將向平衡線靠近 ， 達(dá)到相同分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)逐漸增加 。 當(dāng)回流比減小到使兩操作線正好落在平衡線時(shí) ， 所需的理論板層數(shù)便要無限多 （ 推動(dòng)力為 0） 。 ? 這是因?yàn)樵诮稽c(diǎn)前后各板之間 （ 進(jìn)料板上 、 下區(qū)域 ） 。汽液兩相組成基本不發(fā)生變化 ， 即無增濃作用 ， 故這一區(qū)域也稱為恒濃區(qū) ， 點(diǎn) d稱為夾緊點(diǎn) 。 若在平衡線與操作線之間繪梯級(jí) ， 就要無限多梯級(jí)才能到這交點(diǎn) 。 ? 這時(shí)的回流比稱為 最小回流比 。以 RM表示。 xW xF xD d 最小回流比是回流的下限，當(dāng)回流比比 Rmin還低時(shí)，精餾操作就無法進(jìn)行。若回流比比 RM稍高一點(diǎn)，就可進(jìn)行實(shí)際操作。不過所需的塔板數(shù)很多。 ? 最小回流比可以從作圖法求得，對(duì)于正常的平衡曲線，由精餾段的操作線斜率可知。 XW XF Xq XD q qqqqDqDMMxxyxxyxRR)1(11?????????128 qqqDM xyyxR??? 某些不正常的平衡線， ? 如乙醇 —水的汽液平衡曲線具有下凹部分。在回流比減少到與平衡線相切時(shí)，精餾同樣無法達(dá)到預(yù)期要求，這時(shí)的回流比也是最小回流比。 RM可按相切時(shí)精餾段操作線的斜率或操作線在 y軸上的截距推算出來。見 P34圖 .。 解析法 ? 對(duì)于相對(duì)揮發(fā)度為常量的理想溶液 qqq xxy)1(1 ??? ?? qqqqqDMxxxxxxR???????)1(1)1(1???? 回流比的選擇 ? 對(duì)于一定的分離任務(wù)，若在全回流下操作，雖然所需理論板層數(shù)為最少，但是得不到產(chǎn)品。若在最小回流比下操作，則需要理論板為無窮多。因此實(shí)際回流比總是介于兩種極限情況之間。適宜的回流比應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)核算來解決，即操作費(fèi)用和設(shè)備費(fèi)用之和為最低。 R 費(fèi)用 RM R R∞ 在精餾設(shè)計(jì)中， R是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選取的，一般 R值為最小值的— 2倍 ， R=(－2)RM 七、簡捷法求理論塔板數(shù) ? 精餾塔是在全回流和最小回流比兩個(gè)極限之間進(jìn)行操作的 。 最小回流比時(shí) ，所需的理論板層數(shù)為無限多；全回流時(shí) ， 所需的理論板層數(shù)為最少 。 對(duì)四個(gè)變量之間的關(guān)系進(jìn)行了廣泛的研究 ， 得出了上述四個(gè)變量的關(guān)聯(lián)圖 ， 即為吉利蘭特圖 (P36)。 簡捷法求理論塔板數(shù)，包括下面三個(gè)步驟： 求全回流下的最小理論塔板數(shù)； 求 RM， 確定 R； 利用吉利蘭特圖求 N。 吉利蘭特圖關(guān)聯(lián)了 (NNM)/(N+1)與 (RRM)/(R+1)的關(guān)系 。 求出 (RRM)/(R+1)后 。 查圖 ， 可求出對(duì)應(yīng)的 (NNM)/(N+1)， 求得 N。 確定進(jìn)料板位置 。 例 P37 八、精餾塔、冷凝器和再沸器的工藝設(shè)計(jì) （ 一 ） 、 精餾塔 內(nèi)容很多，主要問題：塔板數(shù)、塔徑。 板式塔 （ 1） 塔高 ? 塔高取決于 實(shí)際塔板數(shù)和板間距 ， 汽液兩相在實(shí)際板上接觸時(shí) ， 一般都不能達(dá)到平衡狀態(tài) ， 實(shí)際塔板數(shù)總是大于理論板數(shù) 。 實(shí)際塔板數(shù)取決于：理論板數(shù)和板效率 。 因?yàn)閷?shí)際上板上很難達(dá)到平衡 ， 實(shí)際塔板分離效果與理論板偏差的程度用 板的效率 來衡量 。 板效率常用的有兩種表示方式 ，單板效率和全塔板效率 。 A、單板效率：又稱 Murphree(默弗里 )效率， 它是以汽相（或液相）經(jīng)過一塊實(shí)際板時(shí)組成的變化值與理論板時(shí)組成的變化值之比來表示： ? 單板效率通常由實(shí)驗(yàn)測(cè)定，若已知每快板的單板效率，可以用圖解法按圖所示的關(guān)系做階梯，求出分離所需的實(shí)際塔板數(shù)。 1*1?????nnnnMVyyyyEnnnnMLxxxxE*11????操作線 平衡線 B、全塔效率，又稱總板效率， 一般來說，塔中各層的單板效率是不同的，為了方便常用全塔效率表示。 ? 全塔效率反映了塔中各層塔板的平均效率。 它是理論板層數(shù)的一個(gè)校正系數(shù)（不是單板的平均效率），由于影響塔板效率的因素很多，目前還不能完全從理論上計(jì)算出全塔效率，一般選用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值或經(jīng)驗(yàn)公式估算。如已知全塔效率可用上式計(jì)算實(shí)際板層數(shù)。 ? 塔高 H=(Np1)HT+Hn(頂 )+Hb（底） HT —— 板間距，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)選擇 %100??PTNNE （ 2）、塔徑 ? 精餾塔直徑，可由塔內(nèi)上升的蒸汽的體積流量及其通過塔橫截面的空塔線速度求得， ? A、精餾段的 Vs（ m3/h)計(jì)算 已知精餾段的蒸汽流量 V（ kmol/h） ? B、提餾段的 Vs計(jì)算 已知提餾段的蒸汽流量 V’ uDV S 24?? uVD s?4?VmS VMV?3600?VmS MVV?360039。 ?? 若兩段蒸汽的體積流量相差相大，可考慮不同的塔徑，如相差不大時(shí)，盡量用同一塔徑。 填料塔 H=Z+hm+hb； Z—— 填料層高度， m； Z=NTHETP； HETP —— 當(dāng)量高度， 等板高度 ，相當(dāng)于一塊理論板傳質(zhì)效果，由實(shí)驗(yàn)測(cè)定或經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得。 （ 二 ） 、 冷凝器 熱負(fù)荷： ? 熱負(fù)荷即冷凝塔全部上升的蒸汽 ， 釋放出的熱量 (潛熱 ) ： 冷劑用量 傳熱面積 Qc=KSΔtm S=Qc/KΔtm （ 三 ） 、 再沸器 熱負(fù)荷 對(duì)再沸器作熱量衡算 ， 有 )( 12 ttcQWpccc??LLmLWVWB QILWIIV ??????V,IVD D,ILD L,ILD L’ ,ILm W,ILW V’ ,IVW Qc=VIVD(L+D)ILD=(R+1)D(IVDILD) 若近似 ILW=ILm 因 V′=L′－ W，則 加熱介質(zhì)耗量 ? 再沸器的熱負(fù)荷也可通過全塔的熱量衡算求得。 ? 例子見 P41 21 BBBhIIQW??rQ Bh ? LLmVWB QIIVQ ???? )( 九、精餾塔的操作和調(diào)節(jié) ? 精餾的塔操作的基本要求是在連續(xù)定態(tài)和最經(jīng)濟(jì)的條件下處理更多的原料液，達(dá)到預(yù)定的分離要求。即在允許范圍內(nèi)采用較小的回流比和較大的再沸器傳熱量。 ? 對(duì)特定的精餾塔和物系，保持精餾定態(tài)操作的條件是：①塔壓穩(wěn)定；②進(jìn)、出塔系統(tǒng)的物料量平衡和穩(wěn)定；③進(jìn)料組成和熱狀況穩(wěn)定；④回流比恒定；⑤再沸器和冷凝器的傳熱條件穩(wěn)定； ⑥ 塔系統(tǒng)與環(huán)境間散熱穩(wěn)定等。由此可見，影響精餾操作的因素十分復(fù)雜，以下就其中主要因素予以分析。 影響因素 １）．物料平衡的影響和制約 ? 保持精餾裝置的物料平衡是精餾塔定態(tài)操作的必要條件。根據(jù)全塔物料衡算可知，對(duì)于一定的原料液流量Ｆ，只要確定了分離程度ｘ D和ｘ ｗ ，餾出液流量Ｄ和釜?dú)堃毫髁? Ｗ也就被確定了。 ? 因此Ｄ和Ｗ或采出率 D/F與 W/F只能根據(jù)ｘ D和ｘ ｗ確定，而不能任意增減，否則進(jìn)、出塔的兩個(gè)組分的量不平衡，必然導(dǎo)致塔內(nèi)組成變化，操作波動(dòng)，使操作不能達(dá)到預(yù)期的分離要求。 ２）．回流比的影響 ? 回流比是影響精餾塔分離效果的主要因素，生產(chǎn)中經(jīng)常用改變回流比來調(diào)節(jié)、控制產(chǎn)品的質(zhì)量。 ? 例如當(dāng)回流比增大時(shí)，精餾段操作線斜率 L/V變大，該段內(nèi)傳質(zhì)推動(dòng)力增加，因此在一定的精餾段理論板數(shù)下餾出液組成變大。同時(shí)回流比增大，提餾段操作線斜率 L‘/V變小，該段的傳質(zhì)推動(dòng)力增加，因此在一定的提餾段理論板數(shù)下，釜?dú)堃航M成變小。反之，當(dāng)回流比減小時(shí)，ｘ D減小而ｘ W增大，使分離效果變差。 ? 回流比增加，使塔內(nèi)上升蒸氣量及下降液體量均增加，若塔內(nèi)氣液負(fù)荷超過允許值，則應(yīng)減小原料液流量?；亓鞅茸兓瘯r(shí)，再沸器和冷凝器的傳熱量也應(yīng)相應(yīng)發(fā)生變化。 ３）．進(jìn)料組成和進(jìn)料熱狀況的影響 ? 進(jìn)料狀況（ｘ F和ｑ）發(fā)生變化時(shí)，應(yīng)適當(dāng)改變進(jìn)料位置。 ? 一般精餾塔常設(shè)幾個(gè)進(jìn)料位置，以適應(yīng)生產(chǎn)中進(jìn)料狀況的變化，保證在精餾塔的適宜位置下進(jìn)料。 ? 如進(jìn)料狀況改變而進(jìn)料位置不變，必然引起餾出液和釜?dú)堃航M成的變化。對(duì)特定的精餾塔，若ｘ F減小，則將使ｘ D和ｘ W均減小，欲保持ｘ D不變，則應(yīng)增大回流比。 ? 以上對(duì)精餾過程的主要影響因素進(jìn)行了定性分析，若需要定量計(jì)算（或估算）時(shí)，則所用的計(jì)算方法與設(shè)計(jì)計(jì)算的方法基本相同，只是更復(fù)雜一些。 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量控制和調(diào)節(jié) ? 精餾塔的產(chǎn)品質(zhì)量通常是指餾出液及釜?dú)堃旱慕M成達(dá)到規(guī)定值。生產(chǎn)中某一因素的干擾（如傳熱量、ｘ F等發(fā)生變動(dòng)）將影響產(chǎn)品的質(zhì)量，因此應(yīng)及時(shí)予以調(diào)節(jié)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)量的溫度來預(yù)示塔內(nèi)組成的變化。 ? 對(duì)于餾出液和釜?dú)堃阂灿袑?duì)應(yīng)的露點(diǎn)和泡點(diǎn)，通?？捎盟敎囟确从仇s出液組成，用塔底溫度反映釜?dú)堃航M成。 在純度分離時(shí)，在塔頂（或塔底）相當(dāng)一段高度內(nèi)，溫度變化極小，典型的溫度分布如圖所示。 ? 因此當(dāng)塔頂（或塔底）溫度發(fā)現(xiàn)有可覺察的變化時(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。可見對(duì)高純度分離時(shí)，一般不能用測(cè)量塔 頂溫度來控制塔頂組成。 ? 在精餾段或提餾段的的某塔板上溫度變化最顯著，也就是說這些塔板的溫度對(duì)于外界因素的干擾反映最為靈敏，通常將它稱之為靈敏板。生產(chǎn)上常用測(cè)量和控制靈敏板的溫度來保證主品的質(zhì)量。 溫度 頂 底 塔高 167。 16 間歇精餾 （分批精餾） ? 間歇精餾的特點(diǎn)： ? （ 1）為非定態(tài)過程； ? （ 2）只有精餾段。 ? 基本操作方式： ? （ 1）餾出液組成恒定，回流比不斷增大； ? （ 2）回流比恒定，餾出液組成逐漸減小。 P16 一、 回流比恒定時(shí)的間歇精餾計(jì)算 ? 確定理論塔板層數(shù) ? 已知 XF ， XDm 或 Xwe , 選擇 R ，確定 NT ? 1）計(jì)算 Rmin ， 確定適宜 R ? 以操作