文档介绍：计算:设计型计算操作型计算
重点:板式精馏塔的设计型计算
已知:原料液流量、组成和分离程度
计算或确定:
⑴确定产品的流量和组成;
⑵选择或确定适宜的操作条件,如操作压强、回流比和进料热状况等;
两组分连续精馏的计算
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⑶确定精馏塔的类型(如板式塔或填料塔),根据塔型,求算理论板层数或填料层高度;
⑷确定塔高和塔径及塔的其他结构尺寸,并进行流体力学验算;
⑸计算冷凝器和再沸器的热负荷,并确定两者的类型和尺寸。
本节重点讨论前三项,其中第⑷项将在第三章中详细讨论。
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本节的主要内容:
理论板概念及恒摩尔流假定
理论板概念、恒摩尔流假定
物料衡算和操作线方程
全塔物料衡算、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程
进料热状况的影响
进料热状况参数
理论板层数的求法
逐板计算法、图解法
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回流比的影响及其选择
全回流与最少理论板数、最小回流比、适宜回流比的选择
简捷法求理论板层数
几种特殊情况下理论板层数的计算
塔高和塔径的计算
塔高、塔径
连续精馏装置的热量衡算和节能
精馏塔的操作和调节
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理论板概念
塔板上传质过程十分复杂,涉及到进入塔板的两相流量、组成、接触面积及混合情况等诸多因素。
塔板上的传质与传热速率取决于物系性质、操作条件及塔板结构等,很难用简单的方程加以表示。
引入理论板(theoretical plate)概念,将复杂的精馏问题分解为工艺与设备两部分,然后分步解决。
理论板概念及恒摩尔流假定
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理论板:理想化塔板,在其上气、液两相皆充分混合达到平衡状态,传热与传质过程的阻力皆为零。
平衡状态:离开塔板的气、液两相温度相同,两相混合均匀、接触充分、组成互成平衡。
实际板:板上气、液两相接触面积和接触时间是有限的,气、液两相在塔板上难以达到平衡状态。
理论板只是用作衡量实际板分离效果的标准。
引入“板效率”的概念来修正实际板和理论板在分离效率上的差异。
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塔板效率有多种表示方法,在后面进行讨论。
恒摩尔流假定
精馏过程涉及热质传递问题,相互影响因素多,为简化计算作塔内恒摩尔流动的假定。
⑴恒摩尔气流假定
假定:在精馏段内,每层塔板的上升蒸气摩尔流量都是相等的,在提馏段内也是如此,但两段的上升蒸气摩尔流量却不一定相等。
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式中--精馏段中上升蒸气的摩尔流量, ;
--提馏段中上升蒸气的摩尔流量, 。
⑵恒摩尔液流假定
假定:在精馏段内,每层塔板下降的液体摩尔流量都是相等的,在提馏段内也是如此,但两段的液体摩尔流量却不一定相等。
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式中--精馏段中下降液体的摩尔流量, ;
--提馏段中下降液体的摩尔流量, 。
成立的前提:塔板上两相接触时,有的蒸气冷凝就相应有的液体气化。
必须满足的条件:
①各组分的摩尔气化潜热相等;
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②两相接触时因温度不同而交换的显热可以忽略;
③塔设备保温良好,热损失可以忽略。
精馏操作时,有些系统基本上能符合上述条件,可将塔内的气液两相视为恒摩尔流动。
在少数情况下,如果被分离组分的摩尔气化潜热相差较远而单位质量的气化潜热相近,则、应取质量流量,称为恒质量流假定。
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