理论塔板数的计算.ppt

6.7. 理论论塔板数的计计算 6.7.2 逐板计算法 6.7.3 图解法 6.7.1 理论论塔板数计计算的依据 6.7.4 理论板数的简捷计算 本节学习要点： 1、掌握逐板计算法和图解法求理论塔板数 。 2、使用逐板计算法和图解法求取理论塔板数， 都要及时更换操作线方程。 6.7.1 理论论塔板数计计算的依据 F、xF、q、xD、xW、R、（D、W可计算 出来），这些参数是研究理论板的最重要的前 提条件； （5-61） 式中： NT理论板数； 全塔效率； NP实际塔板数； 根据： 1、平衡关系： 用某一温度下纯组分的饱和蒸汽压表示； t-x-y图； x-y图； 用相对挥发度表示； 2、操作关系： 提馏段操作关系： 精馏段操作关系： 双组分连续精馏塔所需理论板数，可采 用逐板计算法和图解法。 6.7.2 逐板计算法 假设设塔顶顶冷凝器为为全凝器，泡点回流，塔 釜为间为间 接蒸汽加热热，进进料为为泡点进进料如图图6 35所示。 F, xF D, xD W, xW yW m-1 1 2 n x1 x2 xn xm-1 y2 y1 ym-1 图图635 逐板计计算法示意图图 一、计算方法： 从塔顶或塔底一板一板算下去。 1、条件： 1） F、xF、q、xD、xW、R、； 2）塔顶全凝器不相当于一块塔板（没有分离； 即进一个汽相出一个液相）；塔底为相当于一块 理论板的再沸器（进一个液相出一个液相和一个 汽相）； 3）泡点进料（q=1，两操作线交点xq=xF，用来 判别加料板位置。 2、方法：从塔顶到塔底计算。 精馏段： 当xn xq时，q为加料板，因q点为两点操 作线交点，加料板为提馏段一块板，所以精馏 段理论板数为（n-1）块板。 提馏段：（改用提馏段操作线 ） （加料板下流液相组成） 提馏段：m块板，提馏段内不包括再沸器，而 xW是再沸器内的浓度，所以m块板中包括再沸 器，再沸器相当一个理论板，所以塔内提馏段 为（m-1）块板。 讨论： 1） 逐板计计算法很重要，用计计算机编编程计计算 很快就计计算出结结果。 2）以上理论板数是用泡点进料的情况所得，则 xq=xF，如果不是泡点进料，这时xqxF，我们要 把两条操作线交点q坐标求出，当xxq，即为加 料板。 3）塔顶采用分凝器： 塔顶分凝器相当于第一块理论板（进一个 气相，出一个气相和一个液相）；塔内第一块 板就成为第二块板。 图图6-36 分凝器流程图图 因为第一个分凝器实现了一次气液平衡， 理论上相当于一块理论板（进一个气相，出一 个气相和一个液相）。 4）塔底不相当于一块理论板；进入再沸器一个 液相，出一个气相，这在理论上没有实现气-液 平衡，所以不相当于一块理论板。 yD与xL平衡： yW与xW不平衡： 图图6-37 塔底不平衡蒸发发器流程图图 xW yW 6.7.3 图解法 应应用逐板计计算法求精馏馏塔所需理论论板数的 过过程，可以在y-x图图上用图图解法进进行。 一、具体求解步骤骤如下： 在直角坐标标系中绘绘出待分离的双组组分物系y- x图图，如图图638。 1、相平衡曲线线： （6-10） 图图6-38 理论论板数图图解法示意 图图 e f 加料过早 2、精馏段操作线： （6-39） 3、提馏段操作线： （6-59） 从a点开始，在精馏馏段操作线线与平衡线线之 间间作水平线线及垂直线线，当梯级级跨过过q点时时，则则 改在提馏馏段操作线线与平衡线线之间间作直角梯级级， 直至梯级级的水平线线达到或跨过过b点为为止。 4、画直角梯级级： 其中过过q点的梯级为级为 加料板，最后一个梯 级为级为 再沸器。 塔内总共需要（m+n-2）块理论板。 作梯级时跨q点换线，用提馏段操作线。 讨论： 1、每经过一次平衡需要一块理论板，所以一次 直角梯级仅相当于一块理论板。 2、理论上都会出现非整数板，但理论计算上都 把非整数看作整数板，工程上没有非整数板。 加料过晚加料过早 二、最优加料位置的确定 q q 图6-39 加料过晚与加料过早 e f 图6-40 适宜的加料位置 当某梯级级跨越两操作线线交点q时时（此梯级为级为 进进料板），应应及时时更换换操作线线，因为对为对 一定的 分离任务务，此时时所需的理论论板数最少，这时这时 的 加料板为为最佳加料板。 加料过早或过晚，都会使某些梯级的增浓程 度减少而使理论板数增加。 最优加料板位置： 应应注意的是： 例、在一常压连续压连续 精馏馏塔内分离苯-甲苯混合 物，已知进进料液流量为为80kmol/h，料液中苯含 量40%（摩尔分率，下同），泡点进进料，塔顶顶 流出液含苯90%，要求苯回收率不低于90%， 塔顶为顶为 全凝器，泡点回流，回流比取2，在操作 条件下，物系的相对挥发对挥发 度为为2.47。 求：分别别用逐板计计算法和图图解法计计算所需的 理论论板数。 （1） 根据苯的回收率计算塔顶产品流量： 解： 由物料恒算计算塔底产品的流量和组成： 已知回流比R=2，所以精馏馏段操作线线方程为为 ： （1） 提馏段操作线方程： （2） 相平衡方程式可写成： （3） 利用操作线线方程式（1），式（2）和相 平衡方程式（3），可自上而下逐板计计算所需 理论论板数。 因塔顶为顶为 全凝器，则则： 由（3）式求得第一块板下降液体组成： 利用精馏段操作线计算第二块板上升蒸气组成： 交替使用(1)式和（3）式直到 然后改用提馏馏段操作线线方程， 直到 计计算结结果见见附表。 12345678910 y0.90.8240.7370.652 0.5870.5150.4190.3060.1940.101 x 0.785 0.6550.5280.4310.365xF0.3010.2260.1510.0890.044xW 附表：各层塔板上的汽液 组成 精馏馏塔内理论论塔板数为为10-1=9块块，其中精 馏馏段4块块，第5块为块为 进进料板。 （2）图解法计算所需理论板数 根据式（2）提馏馏段操作线线，通过过 b(0.0667,0.0667)，以1.5为为斜率作直线线bq，即 为为提馏馏段操作线线。 在直角坐标标系中绘绘出y-x图图（图图略）。 根据精馏馏段操作线线方程式（1），找到 a(0.9，0.9)，C(0，0.3)点，联联接ac即得到精馏馏段 操作线线。 从a点开始在平衡线线与操作线线之间绘间绘 直 角梯级级，直至 由图图可见见，理论论板数为为10块块，除去再沸 器一块块，塔内理论论板数为为9块块，其中精馏馏段4 块块，第5块为进块为进 料板，与逐板计计算法结结果一致 。 6.8.4 理论板数的简捷计算 精馏馏塔的理论论板数的计计算除用前述的逐板法 和图图解法求算外，还还可用简简捷法计计算。 图图641是最常用的关联图联图 ，称为为吉利兰兰 (Gilliland)关联图联图 。 图图中横坐标为标为 : 纵纵坐标为标为 : 图图641 吉利兰兰(Gilliland)关联图联图 1、先算Rmin； 2、R=(