分离过程及设备的效率与节能综合培训教材(.ppt

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1、第六章分离过程及设备的效率与节能综合６.1气液传质设备的效率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（1）掌握等温分离的最小功的计算方法，了解非等温分离和有效能、净功消耗和热力学效率的计算。（2）了解精馏过程的热力学不可逆分析方法，掌握精馏过程的节能技术。（3）掌握简单分离和复杂塔的分离顺序的合成的原则。本章要求：6.1气液传质设备的处理能力和效率6.1.1气液传质设备的处理能力的影响因素气液传质设备有板式塔和填料塔两类。影响气液传质设备的处理能力的因素有：6.1.1.1液泛板式塔：，处理

2、能力增加；填料塔：，处理能力增加。规整填料处理能力大于乱堆填料。6.1.1.2雾沫夹带6.1.1.3.压力降板式塔中，雾沫夹带程度用雾沫夹带量（<0.1kg液体／kg气体）或泛点百分率表示。随。真空操作设备的往往成为限制生产能力的主要原因，还影响降液管内液位高度，↑，液位高度↑，以造成液泛。6.1.1.4.停留时间精馏中液体在降液管内停留时间一般≮3～5秒。6.1.2气液传质设备的效率及影响因素6.1.2.1实际板和理论板的差异⑴理论板假定离开该板的汽、液两相达到平衡⑵理论板上相互接触的汽液两相完全混合，板上液相浓度

3、均一⑶实际板上汽液两相存在不均匀流动，停留时间有明显差异⑷实际板存在雾沫夹带、漏液和液相夹带泡沫现象。6.1.2.2级效率的定义（1）全塔效率ET（总板效率，塔效率）－－为完成给定分离任务所需要的理论塔板数（N）与实际塔板数（Nact）之比。ET的特点是容易测定和使用。⑵板式塔①默弗里（Murphree）板效率默弗里板效率――实际板上浓度变化与平衡时应达到的浓度变化之比。――与成平衡的气相摩尔分率。默弗里气相板效率yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1一般默弗里液相板效率yi,j+1xi,j-1yi,jxi

4、,jjj-1②默弗里（Murphree）点效率板上气液两相错流，假定液体在垂直方向上完全混合。若气液两相完全混合，则＝。――与成平衡的气相摩尔分率。xi,j-1xi,jjj-1⑶填料塔①传质单元高度②等板高度（HETP）对于填料塔:为相当于一块理论板所需的填料高度。对于板式塔:6.1.2.3影响级效率的因素⑴点效率与传质间的关系由双膜理论得：G一定，。塔板上液层愈厚，气泡愈分散，表面湍动程度愈高，点效率愈高。NG、NL可由经验式求得。⑵液体混合情况对板效率的影响液体流经塔板时，板上任一点的液体会在三个垂直方向上发生混

5、合：纵向混合、横向混合和垂直于塔板液面，沿气流的混合。这些混合将影响板效率。描述流型对效率影响的数学模型：yi,j+1xi,j-1yi,jxi,jjj-1①板上液体完全混合板上各点均相同，并等于该板出口溢流液的xi,j组成，即，若进入板各点的是均一的，则有：②液体完全不混合（活塞流）且停留时间相同默弗里板效率和点效率间关系式：由上式得右图知：液体混合作用的减弱使默弗里板效率增大。1.05.000.53.0EOG／λEMV／EOG完全不混合完全混合③液体部分混合纵向混合将使下降；横向混合将使上升。不完全混合使得。不均匀

6、流动，尤其是环流会对效率产生不利影响；横向混合能削弱液相不均流动的不利影响；塔径加大，纵向不完全混合有利影响减弱，不均匀流动则趋于加强。液体流程的平均宽度完全混合完全不混合30（3）雾沫夹带雾沫夹带为级间混合，降低分离设备的分离效果，板效率下降。Colburn（可尔本）1936年推导出下关系：――有雾沫夹带下的板效率。此外，漏液和气体被液体夹带也会使板效率降低。求得由泛点百分率Ea求取步骤①由公式求出ＥOG②求出彼克来准数由图或公式求出EMV/EOG，进而求出EMV。③查图得到液泛极限KV，进而求出液泛速度uf④查图

7、得夹带分率e，由公式求出有雾沫夹带下的板效率。（4）物性的影响①液体粘度②密度梯度当易挥发组分的大于难挥发组分的时，能形成混合旋流，可提高液相传质系数。大，产生气泡大，相界面小，两相接触差，且液相扩散系数小，效率低。因精馏T一般较吸收T高，小，故精馏塔效率高于吸收塔。③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④表面张力梯度a.正系统泡沫状态下操作b.负系统喷射状态下操作c.中性系统6.1.3.级效率的计算方法由理论板数求实际板数需要板效率数据。获取方法有三种：A、由工业塔数据归纳出的经验关联式求算

8、；B、依赖传质速率的半理论模型求得；C、从实验装置或中间工厂直接得到数据。⑴奥康奈尔（O’Connell）关系曲线(图6-8）6.1.3.1经验关联式朱汝瑾公式：⑵VanWinkle关系式⑶HETP乱堆填料HETP一般为0.45~0.6米；鲍尔环25mm的HETP为0.3m，38mm的HETP为0.45m，50mm的HETP为0.6m；规整填料