第5講：板效率

1、1 精餾精餾 板效率 一、實際板與理論板的差異一、實際板與理論板的差異 二、點效率二、點效率EOG 三、板效率三、板效率EMV 四、濕板效率四、濕板效率Ea 五、塔效率五、塔效率E0 六、系統(tǒng)性質(zhì)對板效率的影響六、系統(tǒng)性質(zhì)對板效率的影響 七、七、 獲取效率的途徑獲取效率的途徑 八、填料塔的理論板當量高度（八、填料塔的理論板當量高度（HETP） 2 精餾精餾 板效率 板式塔（分級接觸式）：理論板板式塔（分級接觸式）：理論板(級級)NT 板板(級級)效率效率ET 填料塔（微分接觸式）：理論板填料塔（微分接觸式）：理論板(級級)NT 等板高度等板高度HETP 工藝參數(shù)工藝參數(shù) 設備參數(shù)設備參數(shù) NT

2、 = f（相平衡、分離要求、操作條件）（相平衡、分離要求、操作條件） 3 精餾精餾 板效率 離板的汽液兩相達到相平衡離板的汽液兩相達到相平衡 受塔板結構、流動情況，物系性質(zhì)受塔板結構、流動情況，物系性質(zhì) 和平衡關系影響，不可能達到平衡和平衡關系影響，不可能達到平衡 板上汽相全混，液相全混，汽液兩板上汽相全混，液相全混，汽液兩 相均勻流動，無停留時間差異相均勻流動，無停留時間差異 小塔近似滿足，大塔完全不滿足，小塔近似滿足，大塔完全不滿足， 汽液兩相存在板上濃度梯度汽液兩相存在板上濃度梯度 汽液兩相完善分離（無板間返混）汽液兩相完善分離（無板間返混） 霧沫夾帶，泡沫夾帶，漏液等，不霧沫夾帶，泡沫

3、夾帶，漏液等，不 可能完善分離可能完善分離 iii xKy P T N N E 0 板上某板上某 點傳質(zhì)點傳質(zhì) 混合混合 流動流動 夾帶夾帶 漏液漏液 平衡線平衡線 操作線操作線 4 精餾精餾 板效率 1 * 1 j j OG yy yy E (1) (1) 板上液層在垂直方向均勻混合板上液層在垂直方向均勻混合 (2) (2) 汽體呈活塞流通過液層。汽體呈活塞流通過液層。 對板上某一點的微元作物料衡算：對板上某一點的微元作物料衡算： 5 精餾精餾 板效率 * ()() yf VdS dykyy aH dS V 汽相流率汽相流率 (kmol/m2s) a 傳質(zhì)比表面?zhèn)髻|(zhì)比表面(m2/m3) Hf

4、 泡沫層高度泡沫層高度(m) S 截面積截面積 (m2) y* 與與x平衡的汽相摩爾分率平衡的汽相摩爾分率 ky 汽相傳質(zhì)系數(shù)汽相傳質(zhì)系數(shù)(kmol/m2s) 1 1 11 * OG jN OG j yy Ee yy 6 精餾精餾 板效率 AICHE根據(jù)泡罩塔和篩板塔實驗結果，歸納出兩個根據(jù)泡罩塔和篩板塔實驗結果，歸納出兩個 0 5 0 5 0 7764 560 241052 4 1970 3940 17 - . . .- .().() ( .) V GwBC f LLBL L NhFS l NDFt 111 OGGL NNAN AL/mG 7 精餾精餾 板效率 1 1 * jj MV jj

5、yy E yy 1 1、塔板上液體混合情況的影響；、塔板上液體混合情況的影響； 2 2、板上液體非均勻流動的影響；、板上液體非均勻流動的影響； 3 3、板間氣體不完全混合和不均勻分布的影響。、板間氣體不完全混合和不均勻分布的影響。 * j jj yx與與離離開開 板板液液體體 成成平平衡衡的的汽汽相相組組成成 8 精餾精餾 板效率 q 液體在板上各方向均勻混合時，稱為全混；液體在板上各方向均勻混合時，稱為全混； q 液體在板上不完全混合，沿液流方向有濃液體在板上不完全混合，沿液流方向有濃 度梯度存在；度梯度存在； q 液體在板上呈活塞流時，液體在板上呈活塞流時， 最大。最大。 q 液體在板上不

6、均勻流動逐漸嚴重時，對傳質(zhì)帶液體在板上不均勻流動逐漸嚴重時，對傳質(zhì)帶 來有害影響。來有害影響。 MVOG EE MVOG EE MV E 軸向 縱 向 橫向 9 精餾精餾 板效率 （路易斯，1936） 汽相在級間全混；汽相在級間全混； 板上各點板上各點EOG相等；相等； 液體在板上呈活塞流；液體在板上呈活塞流； A吸收因子吸收因子L/mG 1 1 1 1 * exp(/) jj OG MV jj yy EA E yyA dGyyLdx j )( 1 dxx 1j ydG L L J J板板 y y x x 10 精餾精餾 板效率 )/(1 1)exp( / )(1)( )(exp1 eee e

7、 OG MV ppp p E E 0 5 4 11 2 . () LV e E eOG e Z L p D F PE Ap 0 5 1 154 0 003780 01713 680 18 . . .(). V EBw w L Duh l 汽相完全混合，各點汽相完全混合，各點 EOG 相同相同 11 精餾精餾 板效率 公式公式(2-188)(2-188)作圖作圖: : 0 EeMV DpE最最大大 0 1 / Ee MVOGMVOG Dp EEEE DE0，Pe0，EMV EOG 12 精餾精餾 板效率 1.1.塔板上非均勻流動塔板上非均勻流動(汽液相) 2.2.級間汽相混合變差級間汽相混合變差

8、 1 D 1.5 6m OG MV E E 13 精餾精餾 板效率 14 精餾精餾 板效率 當：當： a. 液體在相鄰板上同向活塞流；液體在相鄰板上同向活塞流； b. 液體在相鄰板上反向活塞流；液體在相鄰板上反向活塞流； c. , 液體在相鄰板上反向活塞流液體在相鄰板上反向活塞流 a. EOG=0.8 S=1 Emv=1.3 b. EOG=0.8 S=1 Emv=1.15 c. EOG=0.8 S=1 Emv=1.24 12 12 GG yy 15 精餾精餾 板效率 促進促進 （導向浮閥塔板和導向篩板）（導向浮閥塔板和導向篩板） 16 精餾精餾 板效率 17 精餾精餾 板效率 18 精餾精餾

9、板效率 液相在板上液相在板上不完全混合，使不完全混合，使EMV 。 液相在板上不均勻流動，尤其是液相在板上不均勻流動，尤其是，使，使EMV 。 液相在板上液相在板上流動能流動能液相不均勻流動的影響。液相不均勻流動的影響。 汽相級間的不完全混合和通過塔板時不均勻流動對板汽相級間的不完全混合和通過塔板時不均勻流動對板 效率產(chǎn)生不利影響。效率產(chǎn)生不利影響。 AICHE在計算在計算 ()時只考慮了塔板液體軸向流時只考慮了塔板液體軸向流 動的影響，動的影響， 19 精餾精餾 板效率 1.液相在板上全混液相在板上全混 2.汽相在級間全混汽相在級間全混 V,yj eMV,xj L+eMV,xj-1 V,yj

10、+1 eMV,xj+1 L+eMV,xj eM-單位汽流夾帶量 11 () jMjMjD Vye VxL e V xDx 111 1 () jjMjj jjD Yyexx LD Yxx VV 20 精餾精餾 板效率 1.液相在板上全混液相在板上全混 2.汽相在級間全混汽相在級間全混 11 () jMjMjD Vye VxLe V xDx 111 1 () jjMjj jjD Yyexx LD Yxx VV V,yj eMV,xj L+eMV,xj-1 V,yj+1 eMV,xj+1 L+eMV,xj eM-單位汽流夾帶量 21 精餾精餾 板效率 將表觀汽相濃度代入上式并整理，將表觀汽相濃度代入

11、上式并整理， ( (當當C=0時時) )可得：可得： 為漏液量占總液量的分率為漏液量占總液量的分率 1 1 * jj a jj YY E yY 1 MV a M MV E E e V E L 1 1 () MV a MV E E E A 0.1 M e一一般般控控制制 KG L A 22 精餾精餾 板效率 首先用首先用Ea修正平衡曲線：修正平衡曲線： 其次按兩元圖解法步驟得到分其次按兩元圖解法步驟得到分 離所需的實際板離所需的實際板Np 最后得塔效率：最后得塔效率： 多元系簡化成二元處理。多元系簡化成二元處理。 0 T P N E N 11 () () () () ajaj ajaj AD E

12、xADAB Ex AB EF ExEFEG Ex EG 23 精餾精餾 板效率 0 0 0 0 11 1 1 (1 1 ln() / ln , ,) , a a aa a ES ESmG L S SEE SEEE SEE 精餾時，平衡線是曲線，操作線通常是折線，若用此式精餾時，平衡線是曲線，操作線通常是折線，若用此式 計算，至少應將全塔分為幾段，各段近似將計算，至少應將全塔分為幾段，各段近似將S當作常數(shù)。當作常數(shù)。 24 精餾精餾 板效率 1)粘度粘度 L ADLE0 2)相對揮發(fā)度相對揮發(fā)度 K溶解度溶解度RLE0 3)表面張力梯度的影響：表面張力梯度的影響： 正系統(tǒng)正系統(tǒng) 泡沫穩(wěn)定性好，適

13、宜在泡沫工況下操作；泡沫穩(wěn)定性好，適宜在泡沫工況下操作； 負系統(tǒng)負系統(tǒng) 泡沫穩(wěn)定性差，適宜在噴射工況下操作。泡沫穩(wěn)定性差，適宜在噴射工況下操作。 0 (,)Ef操操作作條條件件 設設備備結結構構 物物系系物物性性 0/ddx 0/ddx 25 精餾精餾 板效率 1 1先計算先計算NG，NL，從而算，從而算 2.2. 3. 3. 根據(jù)汽液兩相混合情況計算根據(jù)汽液兩相混合情況計算EMV； 4. 4. 考慮霧沫夾帶得到濕板效率考慮霧沫夾帶得到濕板效率Ea； 5. 5. 由平衡線、操作線得到總板效率由平衡線、操作線得到總板效率E0 LGOG ANNN 111 OG N OG eE 1 26 精餾精餾

14、板效率 0 245 0 0 492 . .() F E DB FFiFi x 1. 根據(jù)根據(jù)31座精餾塔的資料導出；座精餾塔的資料導出； 2. 物系包括：烴類，醇，氯化物物系包括：烴類，醇，氯化物 3. 塔型：泡罩塔塔型：泡罩塔 27 精餾精餾 板效率 19411941年年 玻璃篩板塔玻璃篩板塔 50,30mmmm 用于減壓或常壓精餾一般用于減壓或常壓精餾一般 是玻璃結構，加壓精餾時是玻璃結構，加壓精餾時 需用金屬制作。需用金屬制作。 28 精餾精餾 板效率 試驗在全回流條件下進行。試驗在全回流條件下進行。 根據(jù)表觀操作線方程：根據(jù)表觀操作線方程： 全回流時，全回流時， 1jjD LD Yxx

15、 VV 11 , jjjj Yx Yx 11 1 * jjjj a jjjj YYxx E yYyx 29 精餾精餾 板效率 1 1全回流測得的濕板效率用于部分回流，會有一點誤差；全回流測得的濕板效率用于部分回流，會有一點誤差； 2 2 (EMV)小塔 小塔(EOG)大塔大塔 ，（ ，（Ea)小塔 小塔(EOG，a)大塔大塔 3 3小塔板效率與工業(yè)規(guī)模大塔的點效率在相同的泛點百分小塔板效率與工業(yè)規(guī)模大塔的點效率在相同的泛點百分 條件下相當條件下相當（F%ug / uf）。 4 4由于由于，所以，實，所以，實 驗測得的小塔的板效率用于大塔的效率設計，其驗測得的小塔的板效率用于大塔的效率設計，其

16、，一般不會出問題。，一般不會出問題。 30 精餾精餾 板效率 采用工廠或工業(yè)規(guī)模試驗的實測數(shù)據(jù)，需注意：采用工廠或工業(yè)規(guī)模試驗的實測數(shù)據(jù)，需注意： 1. 實驗塔與設計塔的兩相接觸狀態(tài)要相似；實驗塔與設計塔的兩相接觸狀態(tài)要相似； 2. 操作氣速要適中；操作氣速要適中； 3. 回流比不能太??；回流比不能太小； 一般由此測得的效率是偏保守的。一般由此測得的效率是偏保守的。 31 精餾精餾 板效率 OGOG hNHETP hNH (,)HETPf設設備備結結構構 填填料料形形式式與與尺尺寸寸 操操作作條條件件 物物系系性性質(zhì)質(zhì) HETP與與HOG間的關系間的關系( (平衡線、操作線都是直線平衡線、操作

17、線都是直線) )： 1 ln / OG OGy S HETPH S HVK a 說明：說明：HETPHOG S解吸因子 V汽體流量 Ky汽相總傳質(zhì)系數(shù) a比表面積 塔截面積 32 精餾精餾 板效率 在設計計算中在設計計算中, 獲取獲取HETP的方法是：的方法是： 最好取自工業(yè)規(guī)模塔的實測數(shù)據(jù)；最好取自工業(yè)規(guī)模塔的實測數(shù)據(jù)； 也可參考一些估算方法也可參考一些估算方法 3838； ； 開發(fā)商實測資料是比較可靠的來源。開發(fā)商實測資料是比較可靠的來源。 33 精餾精餾 板效率 拉西環(huán)拉西環(huán) 鮑爾環(huán)鮑爾環(huán) 金屬矩鞍環(huán)金屬矩鞍環(huán)波紋、絲網(wǎng)波紋、絲網(wǎng)(3-5塊塊/米米) P: 板式塔：板式塔： 1 KPa/理論板理論板 散裝填料：散裝填料： 0.3 KPa/理論板理論板 規(guī)整填料：規(guī)整填料： 0.15 KPa/理論板理論板 填料塔填料塔 P小，阻力小，氣速小，阻力小，氣速UOG 同時同時 HETP小小, NT,R ,使使 噴淋密度噴淋密度 , 液體分布器液體分布器 1R V D 34 精餾精餾 板效率 美國在美國在19501970年之間，通過對蒸餾設備的改進年之間，通過對蒸餾設備的改進 創(chuàng)造了近二十億美元的經(jīng)濟效益；創(chuàng)造了近二十億美元的經(jīng)濟效益； 我國，用網(wǎng)板波紋填料對數(shù)百座舊式板式塔進行改我國，用網(wǎng)板波紋填料對數(shù)百座舊式板式塔進行改 造，使分離能力和通量均增加了造，使分離能力和通量均增