理论塔板简捷计算方法

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1、6.4.6理论塔板简捷计算方法目标：了解简捷计算法及使用条件（1）最少理论板数a.全回流操作一精馏塔在操作过程中，将塔顶蒸气全部冷凝，其凝液全部返回塔顶作为回流，称此操作为全回流，回流比R为无穷大（R=∞）。此时通常不进料，塔顶、塔底不采出。故精馏塔内气、液两相流量相等，L=V，两操作线效率均为1，并与对角线重合，如图6.4.15所示。塔内无精馏段和提馏段之分，其操作线方程可表示为：（6.4.8）图6.4.15全回流操作的最小理论塔板由于全回流操作时，使每块理论板分离能力达到最大，完成相同的分离要求，所需理论板数最少，并称其为最小理论板数。最少理论板数由以下芬斯克方程求得：对双组分精馏，A，B

2、两组分相对挥发度表示为j=1，2…N(6.4.9)由塔内操作线方程式（6.4.8）可得或（6.4.10）将各级相平衡关系相乘：运用式（6.4.10）化简，在各板上的相对挥发度近似取为常数，则通过简化和整理获得Fenske方程：该方程也可用于多组分精馏，其区别是以轻、重关键组分的分离代替双组分的精馏。芬斯克方程推导6.4.6理论塔板简捷计算方法（续）（2）简捷计算法　　将许多不同精馏塔的回流比、最小回流比、理论板数及最小理论板数即R、Rmin、N、Nmin四个参数进行定量的关联。常见的这种关联如图所示，称为吉利兰图（Gillilad）图，如图6.4.16所示。　　　　　　　图6.4.16吉利兰图

3、　　　·计算　　·由图6.4.16或式（6.4.11）求解Y值，代入下式。　　　　　　　·解得理论板数N及Nmin均含再沸器理论板。　　采用简捷法也可估算精馏塔精馏段及提馏段理论塔板数或进料位置。如果计算精馏段理论塔板数，则求精馏段最少理论板数，由进料组成代替，为精馏段平均相对挥发度，按以上步骤求得精馏段理论板数。同理，求得提馏段理论板数。　　例6.4.26.4.7几种蒸馏操作方式的讨论目标：介绍几种不同操作的精馏过程　　在精馏过程中，常常有加热、进料方式不同，根据要求，其采出方式也有所区别，对此，分别讨论如下：　（1）直接蒸气加热　　一般精馏是间接加热，主要是为避免对物料污染。如果物料含有水

4、，精馏过程中允许水存在，于是，可将加热蒸气直接通入塔釜内，直接加热。这样加热蒸气将热量、质量均带入塔内，同时参与塔的热量、质量的传递。该过程提高了传热效率，可使用温度相对低的加热蒸气，同时，又省一台再沸器。　　如图6.4.17所示，由物料衡算可知精馏段物料衡算与常规塔完全一致，仅提馏段有所不同，即：　　　　（6.4.12）　　　　（6.4.13）式中S－塔釜蒸气用量。　（a）（b）图6.4.17直接蒸气加热的精馏　　按恒摩尔流假设处理，设近似有，则，因，故式（6.4.13）可整理提馏段操作方程。　　　　　　（6.4.14）　　式（6.4.14）为直接蒸气加热精馏的提馏段操作方程。采用图解法可求

5、理论板数。与间接加热比较，当和相同时，直接加热所需理论板数、回收率、采出量D均有所降低。若要维持相同产品质量及回收率，则应适当增加理论塔板数以降低釜液组成。6.4.7几种蒸馏操作方式的讨论（续1）目标：侧线采出的意义及对分离的影响　　（2）具有侧线采出的精馏过程　　当需要获取浓度不同的两种或多种产品，或某组分在塔某几板上存在富集现象。为获得该组分产品或消出该组分对塔两端产品的影响，应采取侧线出料的方法，在适宜塔板上将其及时采出，如图6.4.18所示。侧线抽出的产品可为塔板上泡点液体或板上的饱和蒸气。图6.4.18带侧线采出的精馏　　如果在精馏段设一侧线采出，则塔被分为三段。塔两端分别同精馏段和

6、提馏段操作线方程，而塔下段（III）操作线同提馏段操作线方程。而中段则由物料衡算获得其操作线方程。无论抽出液相还是气相产品，其段操作线的斜率均小于第I段塔的操作线的斜率。且使最小回流比Rmin增大，减小了回流比的调节范围，显然，不利于节能。采出侧线对操作回流比Rmin的影响动画　　（3）多股进料精馏　　当两股组分相同，组成各异的原料在同一塔中分离，为避免混合增加分离的能耗，则分别在适宜位置加入。如图6.4.19所示。两进料将塔分为三段，各段有相应操作线方程，各进料也有相应的q线方程。图6.4.19多股进料精馏由于进料的加入，使进料下方塔段的操作线斜率大于上方塔段的操作线的斜率。如图6.4.19

7、所示。若混合进料，将使进料处操作线更接近平衡曲线，使所需理论塔板数增多。6.4.7几种蒸馏操作方式的讨论（续2）　　（4）塔顶进料蒸馏塔目标：蒸出塔理论级数　　原料从塔顶加入，则塔只有提馏段没有精馏段，该塔称之为回收塔或蒸出塔、气体塔，如图6.4.19（a）所示。原料应在泡点或接近泡点温度进入塔顶，无回流。而热量则以间接或直接蒸气加热塔底。当该塔为间接加热时，由物料衡算可得：　　　　　　L=V+W