第六章分离过程及设备的效率与节能综合

Chongqinguniversityoftechnology第六章分离过程及设备的效率与节能综合Chongqinguniversityoftechnology掌握第六章主要内容6.2分离过程的最小分离功6.3分离过程的节能6.4分离过程系统合成本章小结本章要求重点掌握掌握6.1气液传质设备的效率了解Chongqinguniversityoftechnology（1）气液传质设备的效率1）理解、识记气液传质设备级效率的各种定义。2）掌握影响级效率的因素和塔板上流动液相的三种混和类型。3）掌握级效率计算方法中的机理模型方法。（2）分离过程的最小分离功1）理解分离过程的最小分离功定义2）掌握多组分混合物的最小分离功、净功消耗、热力学效率计算本章要求Chongqinguniversityoftechnology（3）分离过程的节能1）理解分离过程热力学分析；2）掌握节能的主要途径；3）识记有关分离操作的节能经验规则（4）分离过程系统合成1）理解离顺序数定义及计算公式；2）掌握分离过程系统合成三种方法。3）掌握有序试探法中的四大规则。本章要求Chongqinguniversityoftechnology§6-1气液传质设备的效率6.1分离设备的级效率一、级效率的定义和影响因素二、级效率的计算方法三、气液传质设备的选择了解了解了解Chongqinguniversityoftechnology§6-1气液传质设备的效率为确定传质设备的高度，可通过多级平衡过程的计算，决定完成一定分离任务所需的理论级数将其他因素的影响归于传质分离的级效率板式塔:一种塔内浓度为不连续变化的逐板接触型设备，每一塔板就是一个传质交换级，并构成多级平衡过程的一个单元传质交换的两流体在一块塔板上接触后并不可能达到理论上的平衡状态，为表示板式塔传质效率的大小，常用板效率6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology§6-1分离设备的级效率填料塔:一种塔内浓度为连续变化的微分接触型设备用相当于一个传质单元的高度，或一个理论级的填料高度来表示填料塔的传质效率，称之为传质单元高度或理论板当量高度讨论传质分离的级效率，就是讨论影响板式塔的板效率和填料塔的传质单元高度或理论板当量高度的各个因素及其计算方法6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology塔型板式塔填料塔条形方形圆形泡罩塔筛板塔浮阀6.1分离设备的级效率浮舌塔板结构填料塔结构筛板泡罩填料类型填料支撑液体分布装置液体再分布装置Chongqinguniversityoftechnology一、级效率的定义和影响因素Definationandinfluencingfactorsofstageefficiency⑴实际板和理论板的差异6.1分离设备的级效率理论板（级）实际板（级）iiiixKyy*)(*iiyyV汽液两相完全混合，板上浓度均一，等于离开该板溢流液的浓度离开板的汽液相浓度达到平衡：传质量：均匀流动，各点停留时间相同无雾沫夹带、漏液和液相夹带汽相现象等板上液相浓度径向分布，液体入口处浓度高，进入的汽相各点浓度不相同达到平衡要无限长时间影响因素：平衡关系、塔板结构，流动情况、物性不均匀流动，各点停留时间有明显差异雾沫夹带、漏液和液相夹带汽相现象等Chongqinguniversityoftechnology⑵级效率的定义1）全塔效率实理NNET2）Murphree板效率（干板效率）1*1,jjjjmViyyyyE6.1分离设备的级效率y*i,j也可液相浓度计算且不同组分计算结果不同（二元除外）但mLiE,mVimLiEE,,Chongqinguniversityoftechnology⑵级效率的定义3）点效率1*1jjOGyyyyE4）理论板当量高度（HETP）相当于一个理论板的分离程度所需的填料层高度HETPNZT6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology⑵级效率的定义5）传质单元高度OGOGNHZOLOLNHZNOG和NOL分别为气相和液相总传质单元数bayyOGyydyN*HOG和HOL分别为气相和液相的总传质单元的填料层高度akVHGmOGakLHLmOLkG，kL为气相、液相总传质系数a为填料的有效表面积6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology⑶影响级效率的因素1）点效率与传质间的关系6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology⑶影响级效率的因素1）点效率与传质间的关系ANNNLGOG111点效率OGNOGeE1LGNN,，P189（6-10）（6-11）式可经验求6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology1）点效率与传质间的关系美国化工学会（AIChE）对泡罩塔和筛板塔提出了下列经验式：2/1)/()](84.1042377.2567.4776.0[CfvWGSlLFhN)(GuF)/(GGGCDSLLLtFDN)15.0213.0()10127.4(2/18fvCLlLlZt/FlLhZfvWC0135.0)(454.219.00419.06.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology2）液体混合情况对板效率的影响①板上液体完全混合OGmvEE②液相完全不混合——活塞流OGmvEE1AEmvOGeAE6.1分离设备的级效率当NOG一定时，液体混合作用减弱，使EmV增大，且A越小，EmV越大Chongqinguniversityoftechnology2、液体混合情况对板效率的影响③液体部分混合混合程度介于活塞流和完全混合之间，常称为存在返混6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology2、液体混合情况对板效率的影响完全混合级效率等于点效率液相纵向不完全混合，使EmV/EOG↑对级效率起明显有利的影响不均匀流动，环流会产生不利影响，液相横向混合，能削弱这种影响，使EmV/EOG↑随塔径增大，纵向不完全混合性的有利影响下降，不均匀流动趋于严重6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology③液体部分混合0PePe]1[1/)(1)[(1)(eeePOGmVPePPeEEeLEetDlP2wfvGEhlLuD18.0)(68.30171.000378.0)(5.0]1)41[(22/1eOGePEP完全混合完全不混合6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology③液体部分混合6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology3）雾沫夹带两个相在传质交换后的分离，对塔设备就是气速较高时造成的雾沫夹带影响：使重组分含量高的液体进入上层塔板，轻组分浓度下降湿板效率e：单位液体流率的雾沫夹带量，对不同的塔型，可用经验式估算e)1(1eeEEEmVmVa6.1分离设备的级效率EaEmVChongqinguniversityoftechnology3）雾沫夹带GLGFvuK6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology3）雾沫夹带Fuu/泛点百分率求得由vKFu6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology4）物性的影响①液相粘度，粘度高，两相接触差，同时液相扩散系数变小，故效率低②相对挥发度，大则相当于汽相溶解度低，Ki小，液相阻力大，效率低③表面张力梯度a.正系统重轻01dxd泡沫状态下操作b.负系统重轻01dxd喷射状态下操作c.中性系统重轻01dxd6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology二、级效率的计算方法Calculationofstageefficiency1、经验法1）奥康奈尔（O’Connell）关系曲线6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology二、级效率的计算方法Calculationofstageefficiency1）奥康奈尔（O’Connell）关系曲线245.0)(49.0LTE468.0ln164.0xET443.0ln0687.0xET1x1xiLixxL：全塔平均温度下进料的粘度：相对挥发度6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology2）VanWinkle关系式08.025.014.007.0ecgmvRSDE表面张力准数：vLLgUD液体Schmidi准数：LKLLcDSReynolds准数：ALvvweFUhR6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology3）HETP6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology3）HETP①乱堆填料HETP=0.45-0.6米②鲍尔环，25mm，HETP=0.3m；38mm，HETP=0.45m；50mm，HETP=0.6m。③规整填料金属丝网波纹填料：CY型，HETP=0.125-0.166m；BX型，HETP=0.2-0.25m。麦勒派克填料，HETP=0.25-0.33m6.1分离设备的级效率Chongqinguniversityoftechnology2、机理模型1）用（6-10，11）式计算出板上的气相传质单元数NG和液相传质单元数NL。2）用（6-9）式求出气相总传质单元数NOG3）用（6-8）式求出点效率EOG4）计算板上液相返混程度Pe5）查图6-5或（6-16）计算得EMV/EOG，并得干板效率EMV6）从图6-6，7求雾沫夹带量并按式（6-19）求Ea特点：预测放大塔径后的板效率计算繁复6.1分离设备的级效率•§6-2分离过程的最小分离功•Minimumworkofseparationprocess6.2分离过程的最小分离功一、分离的最小功二、非等温分离和有效能（Exergy）三、净功和热力学效率了解掌握掌握分离过程为什么要节能？什么是分离过程的最小功？分离过程的特征？•§6-2分离过程的最小分离功•Minimumworkofseparationprocess6.2分离过程的最小分离功Chongqinguniversityoftechnology一、分离的最小功Minimumwordofseparation（1）定义当分离过程完全可逆时，分离消耗的功完全可逆①体系内所有的变化过程必须是可逆的②体系只与温度为T0（绝对温度）的环境进行可逆的热交换min0WHSTWid6.2分离过程的最小分离功Chongqinguniversityoftechnology（1）定义进出进出)(0minjjkkjjkkSnSnTHnHnSTHWTSHGiiiiZGZG)ˆlnˆ(ln00iiiiffRTconstT出进)ˆln()ˆln(,,,,minjijijkikikfZnfZnRTGnW物质分离的难易程度，取决于待分离混合物和分离所得产物的组成（xi，yi）、温度和压力6.2分离过程的最小分离功Chongqinguniversityoftechnology（2）分离理想气体的混合物理想气体混合物iiyzpyfiiˆ出进)ln()ln(,,,,min,jijijkikikTyynyynRTW