大学课件-化工原理-蒸馏-5

6.5.5理论塔板数的简捷计算法5668.0minmin)1RRR(175.01NNN注意：NT、Nmin均已包括釜。该关系可以用吉利兰(Gilliland)图表示。简捷法具体步骤是：○根据精馏给定条件计算Rmin○由Fenske方程及给定条件计算Nmin○计算○查得○计算YYNN1min（1）水蒸气直接加热的蒸馏（2）带侧线采出的精馏（3）多股进料（4）回收塔（5）塔顶设部分冷凝器6.5.6.其他方式的蒸馏（1）水蒸气直接加热的蒸馏•物料含水（水为重组分）•加热蒸气直接通入塔釜内•同时参与热量、质量传递•提高了传热效率•省一台再沸器qnSqnW,xWqnF,zFqnD,xDqnVqnLq’nVq’nL提馏段总物料衡算：nWnVnSnLqqqq''设恒摩尔流：nWnLnSnVqqqq''易挥发组分物料衡算：WnWnLnnnVxqxqyq''1WnSnWnnSnWnxqqxqqy1提馏段操作线方程：WnSnWnnSnWnxqqxqqy1过点（xW，0）,斜率为液气比nSnWqq在与间接加热相同xD及回收率时,xW要求更低，需较多理论板。◆特点侧线出料将塔分为多段各段对应各自操作线和操作方程（2）带侧线采出的精馏◆应用获取浓度不同的两种或多种产品某组分在塔某几块板上富集侧线采出对Ｒmin影响（3）多股进料◆特点多股进料将塔分为多段各段对应各自操作线和操作方程◆应用组分相同，组成各异的原料在同一塔中分离避免混合增加分离能耗（4）回收塔（气提塔、蒸出塔）◆应用多用于轻、重组分的初步分离或主要考虑获得较纯重组分的分离或回收稀溶液中易挥发组分◆特点只有提馏段，无精馏段进料液为塔顶回流液◆操作线方程：WnDnWnnDnFnxqqxqqy1◆理论板数的求法图解法q=1恒摩尔流（5）塔顶设部分冷凝器●目的节省高品位冷剂●分凝器相当于一块理论板塔内总理论板数则等于（N－2）块理论板冷回流回流液温度低于泡点温度。对于精馏段的影响：qnV2，qnL1增加。结果实际回流比增加，为达到相同的分离要求，所需的理论塔板数较泡点回流时略少，但以塔釜提供更多的热量为代价。类似于对进料板的处理方法，对第一板作物料和热量衡算：*1qriHqqnLnL冷回流1**qhinLnLqqq*1nLnVnVqqqq)1(*12nDnLnVqqq1塔内实际回流比：nDnLqqR1nDnLqqqRq*R------规定的回流比由物料衡算可知，若以R*代R，冷回流的操作方程即和泡点回流时相同，理论板N计算方法相同。加设中间再沸器和中间冷却器目的:降低所用能量成本，利用低品位热能和冷量。对精馏操作的影响:对一定的分离要求，常需增加理论板。适用条件:在塔温度急变区下的板数较少时才可采用。6.5.7实际塔板数及塔板效率1.实际塔板数TPENN注意：将所求的理论级数减1，为塔内理论塔板数。（不包括塔釜）。2.塔板效率（1）总板效率ET反映了整个塔分离的综合性能。影响ET的因素：①汽、液两相流体的物理性质②操作参数③塔结构、湍动程度、相际接触面积等。ET的来源◆经验公式◆实测数据——来源生产塔和试验塔245.0LT)(49.0EiiLLx原因:L增加,产生的气泡大,相界面小,两相接触差,传质效率低。但精馏温度高，粘度降低，板效率增大，所以精馏塔效率一般高于吸收塔效率。增加，相当于气相溶解度低，或平衡常数大，液相传质阻力大，塔板效率低。说明：1.计算实际板应去掉釜2.进料板属提馏段，实际板取整（2）单板效率（Murphree效率）11nnnnmVyyyyEnnnnmLxxxxE11注意：实际板数要取整6.5.8精馏操作分析1、诊断分析步骤①充分调查，收集数据；②应用物料衡算的关系检验精馏塔采出量的合理性。如果采出不合理，就不可能使塔两端产品同时达到要求。③应用热力学原理，如相平衡关系，分析塔内温度、压力、组成等分布的合理性。④应用理论级及塔板效率的基本概念，分析影响分离能力的主要原因。⑤考查塔板的水力学性能，分析影响塔生产能力和分离能力的原因。（1）塔的一端产品不合格2、故障诊断△考虑塔的物料衡算——措施是调整采出量，使之与分离要求相匹配。（2）塔两端产品不合格◆生产负荷的影响◆进料条件的影响◆理论板数的影响◆回流比的影响◆辅助设备和公用工程的影响（3）塔压波动——生产负荷小时出现，且塔压差持续上升原因：△由于工况改变引起塔内温度变化，导致“淹塔”△对深冷系统，可能形成“冻堵”△对易聚合、易结焦的体系，可能造成液流不畅△刚检修开车时，确认塔内无固体杂物堵塞△改造后，降液管面积或底隙过小设计（4）塔温变化——塔压恒定，塔两端温度同时下降◇塔顶采出少；◇进料中易挥发组分含量增加；◇进料量增加，而采出量未增加模拟计算给定条件：N--与实际板数相当的理论板数；进料位置；平衡关系；操作条件（R,q,F,）；已知某一组分的回收率。求组成分布，温度分布。有唯一解，但较为困难，故用试差。试差方法设Dx物料衡算Wx逐板计算Wx称为模拟计算操作调节N及进料位置确定的塔，若分离要求或其他条件改变，(如F,)改变,如何调节，满足要求。1、调解R2、其它参数zF,q均对分离能力有影响6.6间歇精馏应用：①原料液分批处理；②生产能力低，且分离要求经常改变③多组分混合物的初步分离特点●间歇操作，料液分批加入塔釜。●只有精馏段，无提馏段●非稳态过程6.6.1.回流比恒定的间歇精馏塔顶产品组成不断降低，釜液中组成也不断降低。计算思路：假定xD1，确定Rmin,确定R，求N假定是否合适，以=为判据Dx规Dx（1）理论塔板数的确定已知：选取：R求：NnFqFz2Wx规Dx动画示意计算过程：①设定最初馏出液组成初值②确定Rmin③据Rmin确定适宜操作回流比④图解理论板数N已知：釜中液体量初为W1,N,R、xW1、xW2及求：W2、D、Dx在dτ时间内，对系统作物料衡算，则有：（2）设计校核——操作型计算wiweeixxwD令：eWiWnnlnennWeiW)1(ennnnFWFDeDweWwiWDnxnxnxei则：操作情况又：nWi=nFxWi=zF物料衡算：平均组成：exezxWeFD1整理得：若计算平均组成大于规定平均组成，设计可行，否则重新试算。●总上升蒸汽量由nVT=（R+1）nD确定，由此计算加热蒸汽消耗量；●间歇精馏过程时间为：inVDqnR)1(回流比增大的途径：①提高上升蒸汽量；②减小采出量qnD保持馏出液组成不变，操作回流比不断增大6.6.2恒定产品组成的间歇精馏（1）操作型问题(a)已知：理论板数N确定，釜液初态组成xW1，终态xW2。求：馏出液组成xD不变，求R的变化范围。①图解试差法:给定回流比R，作操作线，在确定塔板数下能否满足要求，如不满足，重设R。②逐板计算法:反复利用操作线方程和平衡方程,直到满足要求为止。操作型问题(b)当给定塔的理论板数N，回流比R调节的范围以及分离要求及最终的釜液组成，则不同工况下的操作线即可确定。回流比从小到大调节，每改变一次回流比，即可由逐板计算法求得经过N个理论级分离结果后，釜液的组成为（k=1,2…m）。（2）设计型问题已知：xW1、xW2、xD求：N方法：按塔的最大分离要求（xW2和xD）确定Rmin,确定R，计算N。c.操作时间τ通过建立时间内的物料衡算方程，导得操作时间τ计算式：dxxxRzxqnFeWzxDFDnVF)(1)(动画示意注：实际生产过程中，为两种操作方式的结合作业：P13121、22、25