第七章 蒸馏2(课件）-《化工单元操作》同步教学（化学工业出版)

第七章　 蒸 馏 汇报人姓名 第一节 塔板数和回流比的确定 一、理论塔板数的求法 利用汽液两相的平衡关系和操作关系可求出所需的理论板数 通常采用的方法有逐板计算法和图解法 逐板计算法通常是从塔顶(或塔底)开始，交替使用气-液相平衡方程和操作线 方程去计算每一块塔板上的气-液相组成，直到满足分离要求为止。如图7-13所示， 图7-13 逐板计算示意图 计算步骤如下： (1)若塔顶采用全凝器，从塔顶第一块理论板上升的蒸气 进入冷凝器后全部被冷凝，故塔顶馏出液组成及 回流液组成均与第一块理论板上升蒸气的组成相同， 即 由于离开每层理论板气-液相组成互成平衡， 故可由y1利用气-液相平衡方程求得 ，即 所以 (2)由第一块理论塔板下降的回流液组成 ，按照精馏段操作线方程求出第二块理论板 上升的蒸气组成 ，即 同理，第二块理论塔板下降的液相组成 与 互成平衡，可利用气-液相平衡方程由 由 求得。 (3)按照精馏段操作线方程再由 求得 ，如此重复计算，直至计算到 (仅指泡 点液体进料的情况)时，表示第n块理论板是进料板(即提馏段第1块理论板)，因此精馏段所 需理论板数为(n-1)。对其他进料热状况，应计算到 为止, 为两操作线交点处的 液相组成。在计算过程中，每利用一次平衡关系式，表示需要一块理论板。 (4)从此开始，改用提馏段操作线方程和气-液相平衡方程，继续采用与上述相同的方法 进行逐板计算，直至计算到 为止。因再沸器相当于一块理论板，故提馏段 所需的理论板数为（m—1)。精馏塔所需的总理论塔板数为(n+m-2)。 逐板计算法计算结果准确，同时可得各层理论塔板上的汽液相组成及对应的平衡温度， 虽然计算过程繁琐，但计算机应用技术的普及，这已不是主要问题。因此该法是计算理论塔 板数的一种行之有效的方法。 2．图解法 图解法计算精馏塔的理论板数和逐板计算法一样， 图7-14 操作线的作法 也是利用汽液平衡关系和操作关系。 图解法求理论板数的步骤： ①在直角坐标纸上绘出待分离的双组分混合物 在操作压强下的 平衡曲线， 并作出对角线。如图7-14所示。 ②依照前面介绍的方法作精馏段的操作线ac，q线ef，提馏段操作线bd。 ③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构成直角梯级，当梯级 跨过d点时，则改在提馏段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梯级数目减一即为所需理论板数。每一个直角梯级代表一块理论板，这结合逐板计算法分析 不难理解。其中过d点的梯级为加料板，最后一级为再沸器。因再沸器相当于一块理论板， 故所需理论板数应减一。 在图7-16中梯级总数为７。第四层跨过d点， 即第4层为加料板，精馏段共3层，在 提馏段中，除去再沸器相当的一块理论板， 则提馏段的理论板数为4-1=3。 该分离过程共需6块理论板（不包括再沸器）。 图解法较为简单，且直观形象，有利于对问题的了解和分析，目前在双组分连续精馏 计算中仍广为采用。但对于相对挥发度较小而所需理论塔板数较多的物系，结果准确性较差。 3．适宜的进料位置 适宜的进料位置一般应在塔内液相或汽相组成与进料组成相近或相同的塔板上。当采用图解法 计算理论板时，适宜的进料位置应为跨过两操作线交点所对应的阶梯。对于一定的分离任务， 选此位置所需理论板数为最少，跨过两操作线交点后继续在精馏段操作线与平衡线之间作阶 梯，或没有跨过交点就更换操作线，都会使所需理论板数增加。 对于已有的精馏装置， 通常在加料版相邻的几层塔板上均装有进料管，以便调整操作时选用。 二、塔板效率和实际塔板数 1.塔板效率 （1）单板效率　单板效率又称默弗里（Murphree）板效率。 它用汽相（或液相）经过一实际塔板时组成变化与经过一理论板时组成变化的比值来表示。 以汽相表示的单板效率 以液相表示的单板效率 （2）全塔效率 　 理论板数与实际板数之比称为全塔效率又称为总板效率，用 表示。 图7-18 精馏塔效率关联曲线 图7-18 精馏塔效率关联曲线 全塔效率反映了全塔的平均传质效果，但它并不等于所有单板效率是某种简单的平均值。 如已知全塔效率，就很容易由理论板数，算出所需的实际板数。 三、回流比的影响及其选择 回流比有两个极限值，上限为全回流（即回流比为无穷大），下限为最小回流比， 实际回流比为介于两极限值之间的某一适宜值。 1.全回流和最少理论塔板数 若塔顶上升之蒸汽冷凝后全部回流至塔内，这种回流方式称为全回流。 在全回流操作下，塔顶产品量D为零