理论塔板数的计算.ppt

6 7 理论塔板数的计算 6 7 2逐板计算法 6 7 3图解法 6 7 1理论塔板数计算的依据 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理论塔板数计算的依据 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 假设塔顶冷凝器为全凝器 泡点回流 塔釜为间接蒸汽加热 进料为泡点进料如图6 35所示 图6 35逐板计算法示意图 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 逐板计算法很重要 用计算机编程计算很快就计算出结果 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xq xf 我们要把两条操作线交点q坐标求出 当x xq 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6 36分凝器流程图 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6 37塔底不平衡蒸发器流程图 xw yw 6 7 3图解法 应用逐板计算法求精馏塔所需理论板数的过程 可以在y x图上用图解法进行 一 具体求解步骤如下 在直角坐标系中绘出待分离的双组分物系y x图 如图6 38 1 相平衡曲线 6 10 图6 38理论板数图解法示意图 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 在精馏段操作线与平衡线之间作水平线及垂直线 当梯级跨过q点时 则改在提馏段操作线与平衡线之间作直角梯级 直至梯级的水平线达到或跨过b点为止 4 画直角梯级 其中过q点的梯级为加料板 最后一个梯级为再沸器 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 当某梯级跨越两操作线交点q时 此梯级为进料板 应及时更换操作线 因为对一定的分离任务 此时所需的理论板数最少 这时的加料板为最佳加料板 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 应注意的是 例 在一常压连续精馏塔内分离苯 甲苯混合物 已知进料液流量为80kmol h 料液中苯含量40 摩尔分率 下同 泡点进料 塔顶流出液含苯90 要求苯回收率不低于90 塔顶为全凝器 泡点回流 回流比取2 在操作条件下 物系的相对挥发度为2 47 求 分别用逐板计算法和图解法计算所需的理论板数 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 所以精馏段操作线方程为 1 提馏段操作线方程 2 相平衡方程式可写成 3 利用操作线方程式 1 式 2 和相平衡方程式 3 可自上而下逐板计算所需理论板数 因塔顶为全凝器 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 然后改用提馏段操作线方程 直到 计算结果见附表 附表 各层塔板上的汽液组成 精馏塔内理论塔板数为10 1 9块 其中精馏段4块 第5块为进料板 2 图解法计算所需理论板数 根据式 2 提馏段操作线 通过b 0 0667 0 0667 以1 5为斜率作直线bq 即为提馏段操作线 在直角坐标系中绘出y x图 图略 根据精馏段操作线方程式 1 找到a 0 9 0 9 c 0 0 3 点 联接ac即得到精馏段操作线 从a点开始在平衡线与操作线之间绘直角梯级 直至 由图可见 理论板数为10块 除去再沸器一块 塔内理论板数为9块 其中精馏段4块 第5块为进料板 与逐板计算法结果一致 6 8 4理论板数的简捷计算 精馏塔的理论板数的计算除用前述的逐板法和图解法求算外 还可用简捷法计算 图6 41是最常用的关联图 称为吉利兰 gilliland 关联图 图中横坐标为 纵坐标为 图6 41吉利兰 gilliland 关联图 1 先算rmin 2 r 1 1 2 rmin 3