传质分离过程理论塔板数的简捷计算.pdf

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1、82王竞哮素2014年第3期(总第137期)传质分离过程理论塔板数的简捷计算～一兰～一一～一一一～一一～宗原，齐鸣斋(华东理工大学化学工程联合国家重点实验室，上海200237)[摘要]本文在图解法的基础上，通过分析理论塔板与操作线、平衡线之问的关系，建立了适用于气体吸收、液体精馏及液液莘取过程的传质单元数与理论板数间的对应关系，并利用工业低含量物质传质过程，对此关系式进行验证。与实际比较，结果基本一致，且计算过程简单、快捷，可帮助学生加深对传质过程的认识。[关键词]气体吸收；传质单元数；理论板SimpleCalculationofTheoreticalPlateNumb

2、erfortheProcessofMassTransferSeparatio删一n～一M．一一～一_n一耋～一哟一ZongYuan，QiMingzhai"∞∽mm㈣一一玳一眦螂l呈_詈噜一～_鬲一化工单元操作中的传质过程，如气体吸收／解多，但基本上可以分为两大类：逐级接触式和微分吸、液体精馏、液液萃取过程，广泛应用于石油化接触式。无论何种传质设备，理论塔板数的计算工、天然气化工及资源环境等领域。这些操作分是传质过程设计和操作中的一项重要内容oEO别利用物质在相内部／相际间的物性来实现混合求理论塔板数的方法，常用方法是图解法，即物的分离或提纯。溶剂萃取利用液体混合物各组将

3、相平衡线方程以及组分的操作线方程绘制成图分在萃取剂中溶解度的差异而实现分离；精馏过线，然后在操作线与平衡线之间，按照组分的初值程利用两组分挥发度差异来实现连续的高纯度分及终值逐级划出阶梯线，所得的梯级数即为理论离；吸收过程则利用气体各组分在溶剂中的溶解塔板数。【2逐板计算法与此法类似，取吸收塔的任度不同而实现分离。虽然这些过程分别基于不同意两板间与塔顶／塔底问区域作为衡算范围，对溶的物理化学原理，但所用设备皆需提供充分的相质作物料衡算，直到气相组成一出为止oEal虽一相接触，因而具有很多共性。传质设备种类繁然这些方法直观、简便，但实施过程较为繁琐。特[作者简介]宗原(1

4、982一)，女，讲师，博士。传质分离过程理论塔板数的简捷计算83别当逐步离开塔段即在曲线末端时，与实际误差剂与溶剂互溶度较小时)过程类似，利用操作线与较大。平衡线可实现对过程的描述。对于低含量物质传本文针对低含量物质的传质过程，采用理论递过程而言，两相流率沿塔高无明显变化，且传质板概念，利用数学计算，建立了传质单元数与理论过程为等温操作，传质系数也视为常量。因此，在板数之间的关系。计算结果与实际吻合，与其他这三种操作中，描述低含量物质传递过程的操作方法比较，且过程简单、快捷。线均为一直线，斜率为两相流率之比。表1分别一、捷算法推导过程给出了这三种操作所对应的操作线和平衡

5、线方气体吸收／解吸、液体精馏及液液萃取(稀释程，以及各参数的物理含义。表1气体吸收／解吸、精馏及萃取的操作线及平衡线方程传质操作操作线方程平衡线方程气体吸收L，、lL：液体流率一黼y一Lz～进J十出G：气体流率：相平衡常数液体精馏一+YN+I～)LV：液体流率Y==Kx：气体流率K：汽液平衡常数液液萃取B：稀释剂流率YA—KXAⅢz十l一／S：溶剂流率K：分配系数注：均以逆流、低含量物质传质过程为对象。下面以低含量气体吸收过程为例，推导传质N一ln[二](3)单元数N与理论塔板数目之间的关系。对于出一进InmG图1(a)所示的吸收过程，当相平衡关系为一条通有时为了使用方

6、便，可以结合全塔物料衡算式消过原点的直线时，可将传质单元数NB整理为：去x。Nfr；一—lnI二l进出卜出一一士1nI二l(1)1_去出一砌】式中A—L／(raG)为吸收因数。上式推导过程在3此不再赘述，可参见文献E23。0fY：2出图l(b)给出了吸收过程的操作线及平衡线。x：t1从操作线上A点开始，在操作线及平衡线之间作xy】m梯级三角形。根据理论板概念可知，在出口处(a】fb出一N，一1。当达到Y一YN时，即可视为图1逆流操作吸收塔的理论板数求解最后一块理论板。仔细观察可发现，由于ZxABC当相平衡线为不过原点的直线时，即一与△cDE为相似三角形，并且线段AB与线

7、段BC舭+6，依据推动力的概念不难导出式(1)和式之比即为操作线斜率L／G，而线段CD与线段BC(3)中对数数群为[(y进一mx出一b)／(y出一nix进一的比值则为平衡线斜率m。因此可得，一b)]。对比式(1)和式(3)可得：L／(zG)一A。这样，线段AB与线段FG之比等1一N一——÷N((4)于A，即In进一7船出一(出一脚进)A～(2)同理，对于双组分精馏在很低的浓度范围内，整理上式，可得所需理论板数气液平衡关系近似为一直线，即Y—Kx。根据恒84传质分离过程理论塔板数的简捷计算摩尔流假定，操作线方程式也是直线，如图2所某连续精馏