板效率及回流比演示文稿

板效率及回流比演示文稿本文檔共33頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期六\7點2分理論板和板效率（Idealplateandplateefficiency）

(1)離開塔板的汽、液兩相達(dá)平衡，即離開理論板的兩相溫度相等，組成互成平衡。該板稱為理論板(2)汽、液兩相在板上充分接觸混合，塔板上不存在溫度差和濃度差；理論板的概念（Conceptofidealplate）

表達(dá)理論板上傳遞過程特征的溫度和汽、液組成可直接由相平衡關(guān)系描述，如t-x(y)相圖、泡點方程或露點方程。本文檔共33頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期六\7點2分實際塔板上氣液兩相難以達(dá)到平衡，且傳遞過程與物系的性質(zhì)、操作條件以及塔板結(jié)構(gòu)和安裝狀況等因素有關(guān)，很難用簡單地確定離開實際塔板的汽、液兩相溫度和組成關(guān)系。設(shè)計中，為了避免尋求這種難以確定的關(guān)系，一般是首先根據(jù)分離任務(wù)計算出所需的理論板數(shù)，然后再根據(jù)所選塔板類型以塔板效率進(jìn)行修正，從而確定出所需的實際塔板數(shù)。本文檔共33頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期六\7點2分板效率（Plateefficiency）

塔板效率（板效率）表征的是實際塔板的分離效果接近理論板的程度。單板效率與全塔板效率是常用的兩種表示方法。

單板效率

Em又稱默弗里（Murphree）板效率，可用氣相單板效率EmV或液相單板效率EmL表示，其定義分別為xn,yn——離開第n

板的液相與汽相的實際組成；yn*,

xn*——與離開第n

板的液(汽)相組成xn(yn)成平衡的汽(液)相組成；本文檔共33頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期六\7點2分分別代表經(jīng)過一塊板后組成的實際變化，分母則為將該板視為理論板時的組成變化。單板效率通常由實驗測定。注意：單板效率是一塊板的平均效率，板上各點的傳質(zhì)差異可進(jìn)一步由點效率（Localefficiency）來表達(dá)。本文檔共33頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期六\7點2分全塔板效率（Overallefficiency）

全塔板效率ET（總板效率）為完成一定分離任務(wù)所需的理論塔板數(shù)NT

和實際塔板數(shù)NP

之比ET代表了全塔各層塔板的平均效率，其值恒小于1.0。一般由實驗確定或用經(jīng)驗公式計算。經(jīng)驗式：ET=0.49(αμL)-0.245NT表示理論板數(shù);NP表示實際塔板數(shù);對一定結(jié)構(gòu)形式的板式塔，由分離任務(wù)和工藝條件確定出理論板數(shù)后，若已知一定操作條件下的全塔效率，便可求得實際板數(shù)。本文檔共33頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期六\7點2分引入理論板和板效率兩個概念后，為達(dá)到規(guī)定的分離要求，確定精餾塔所需的實際板數(shù)就轉(zhuǎn)變?yōu)榇_定所需理論板數(shù)和板效率兩個問題。對一定的分離任務(wù)，所需理論板數(shù)目只取決于物系的相平衡以及塔內(nèi)汽、液兩相的摩爾流量，與物系的其它性質(zhì)，兩相接觸的傳質(zhì)傳熱情況及塔板的結(jié)構(gòu)形式等復(fù)雜因素?zé)o關(guān)。理論塔板數(shù)NT

是代表了分離任務(wù)的難易程度。本文檔共33頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期六\7點2分對符合恒摩爾流假設(shè)的雙組分精餾過程，N的計算只需應(yīng)用由易揮發(fā)組分衡算得出的操作線方程和相平衡關(guān)系。理論板數(shù)的求法

逐板計算法y1y1x1x2y212yN-2xN-2xN-1yNN-1NmN-2W,xWF,xFD,xDQ本文檔共33頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期六\7點2分一、逐板法

交替使用平衡關(guān)系與操作關(guān)系，從塔頂至塔釜逐板進(jìn)行計算。塔頂采用全凝器。xn<xd(兩操作線交點的橫坐標(biāo)，僅當(dāng)飽和液體進(jìn)料時為xF)

此時第N板為加料板，提餾段第一塊板。NT精=n-1令xn=x1’改用提段操作關(guān)系。

NT提=m(包括塔釜)本文檔共33頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期六\7點2分理論板數(shù)的求法

圖解法

步驟：繪相平衡圖

繪操作線

從a(xD,xD)到c(xW,xW)在相平衡與操作線間畫直角梯級，梯級個數(shù)即理論板層數(shù)（包括塔釜再沸器）。本文檔共33頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期六\7點2分yy1xW12345678910axq線de01.01.0y2y3y6yqxqzFx2x1xD本文檔共33頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期六\7點2分圖解法求理論板數(shù)時，操作線的更換以某梯級跨過兩操作線交點來判斷。將跨過交點的梯級定為加料板，板上汽、液組成與進(jìn)料組成最為相近，對一定分離任務(wù)，作圖所得的梯級最少。最適宜的加料位置是板上汽、液組成與進(jìn)料組成最接近處。

最宜的加料位置（Feed-platelocation）本文檔共33頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期六\7點2分適宜的加料位置123567812346781234567adccdacda0001.01.01.01.01.01.0yxyxxygf本文檔共33頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期六\7點2分回流比是精餾過程計算不可缺的重要參數(shù)，塔所需的理論板數(shù)，塔頂冷凝器和塔釜再沸器的熱負(fù)荷均與回流比有關(guān)。精餾過程的投資費用和操作費用都取決于回流比的值?；亓鞅鹊倪x擇(Determinationofrefluxratio)全回流與最少理論板數(shù)Totalrefluxandminimumnumberofplate全回流時：RD=0W=0F=0精餾段操作線：提餾段操作線：對角線本文檔共33頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期六\7點2分全回流時操作線和平衡線的距離為最遠(yuǎn)，達(dá)到相同的分離程度所需的理論板數(shù)最少，以Nmin表示。全回流時的理論板數(shù)Nmin可用逐板計算法或圖解法求得。對理想溶液，可由芬斯克（Fenske）方程直接計算得。本文檔共33頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期六\7點2分最少理論板數(shù)(Minimumnumberofplate)第n

板汽液相平衡關(guān)系：塔頂為全凝器時，y1=xD全回流操作線：離開第1塊板的汽液平衡為：

芬斯克(Fenske)方程本文檔共33頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期六\7點2分如此類推，可得第N塊板（塔釜）上升蒸汽組成為芬斯克(Fenske)方程_捷算法求理論塔板數(shù)

即塔釜的液體組成對雙組分溶液可略去下標(biāo)A、B式中的塔板數(shù)N即為全回流時所需的最少理論板數(shù)Nmin。若取平均相對揮發(fā)度芬斯克方程

本文檔共33頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期六\7點2分對于一定的進(jìn)料和分離要求：R，精餾段操作線截距增大，操作線向平衡線移動；進(jìn)料不變則q線不變。操作線交點d將向平衡線靠近。R，提餾段操作線也向平衡線移動。結(jié)論：R，達(dá)到指定分離程度所需理論板數(shù)將增多。最小回流比(Minimumrefluxratio)本文檔共33頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期六\7點2分最小回流比(Rmin)：R，兩操作線交點d落在平衡線上，所需的理論板數(shù)為無窮多。d點稱為挾點，其附近稱為恒濃區(qū)或挾緊區(qū)。qadydxWxdxFxD1.001.0本文檔共33頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期六\7點2分對最小回流比的說明xq

與yq

是q線與相平衡線的交點坐標(biāo),可有相平衡圖中讀取,也可以計算出來.若泡點進(jìn)料,xq=xF,則yq

由相平衡方程求得.一般情況下，xq與yq互成平衡（交點d在平衡線上）。平衡線有下凹部分時，R，交點d未落到平衡線上之前，操作線已與平衡線相切（e點）。此時恒濃區(qū)出現(xiàn)在e點附近，對應(yīng)的回流比為最小回流比。本文檔共33頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期六\7點2分最小回流比(Minimumrefluxratio)Rmin公式計算同前，但式中xq與yq不是一對平衡數(shù)據(jù)，需由圖上讀出。yeqdea01.01.0ydxWxdzFxexDqdea01.01.0yeydxWxdzFxexD本文檔共33頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期六\7點2分適宜回流比的選擇（Optimumrefluxratio）實際操作的回流比應(yīng)介于全回流與最小回流比兩者之間。適宜的回流比根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算來確定，即應(yīng)在操作費用和設(shè)備費用之間作出權(quán)衡。操作費用：精餾的操作費用主要決定于再沸器中產(chǎn)生上升蒸汽V’所消耗加熱介質(zhì)的量和冷凝器中冷凝塔頂蒸汽V所消耗的冷卻介質(zhì)的量。而塔內(nèi)蒸汽量與回流比有關(guān)，即本文檔共33頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期六\7點2分可見，當(dāng)F、q、D一定時，R增大，塔內(nèi)上升蒸汽量增加，加熱和冷卻介質(zhì)的消耗量亦隨之增多，操作費用相應(yīng)增加?？傎M用設(shè)備費操作費費用回流比RRopt本文檔共33頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期六\7點2分選擇適宜回流比的原因當(dāng)操作費用和設(shè)備投資費用之和為最小時，此時的回流比即為最適宜的操作回流比。精餾操作費用主要包括再沸器中加熱蒸汽的消耗量（或其它加熱介質(zhì)）和塔頂冷凝器中冷卻水（或其它冷卻介質(zhì)）消耗量，而兩者又完全取決于塔內(nèi)上升的蒸汽量，因V=L+D=（R+1）D，V′=V+（q-1）F所以當(dāng)F、D、q一定時，上升蒸氣量V和V′皆正比于（R+1）。本文檔共33頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期六\7點2分當(dāng)R增大時，加熱和冷卻介質(zhì)的消耗量亦隨之增加，操作費用隨之增加。設(shè)備折舊費用：包括再沸器、冷凝器和塔本身的投資費用乘以折舊率。如果設(shè)備材料已選定，則此項費用主要決定于設(shè)備的尺寸。當(dāng)R=Rmin時，塔板層數(shù)為∞，故設(shè)備費用為∞.但R稍大于Rmin,塔板層數(shù)便從∞下降到某一層數(shù)，所以設(shè)備費用也隨之下降。

本文檔共33頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期六\7點2分但是當(dāng)R繼續(xù)增大時，塔板層數(shù)下降緩慢，設(shè)備費用也下降緩慢，而另一方面由于R的增大，上升蒸氣量迅速的增加，從而使塔徑、再沸器及冷凝器等尺寸相應(yīng)的增大，因此當(dāng)R增大到某一值后，設(shè)備費用反而又上升?？傎M用：總費用為設(shè)備費用和操作費用之和，總費用最低時所對應(yīng)的回流比即為適宜回流比。本文檔共33頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期六\7點2分思考題:選擇回流比的原則是什么?為什么?(什么是最適宜的回流比?為什么?)總費用最少的R為適宜的回流比。

R=（1.1～2.0）Rmin（1）XD、XW一定，R↑，XD/（R+1）↓，NT↓設(shè)備費用↓（2）V=(R+1)D，V`=V+(q-1)F，R↑V↑加熱介質(zhì)量↑V↑冷卻介質(zhì)量↑，操作費用↑。在選擇適宜回流比時，要在兩者之間作一權(quán)衡，使總費用最少?；亓鞅扔袃蓚€極限值，最大回流比和Rmin，適宜回流比介于二者之間。本文檔共33頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期六\7點2分適宜回流比的選擇（Optimumrefluxratio）設(shè)備費用：R=Rmin時，需無窮多塊塔板數(shù)，故設(shè)備費用為無窮大。只要R稍大于Rmin，所需理論板數(shù)急劇減少，設(shè)備費用隨之劇減。隨R的增大，理論板數(shù)減小的趨勢漸緩。最適宜的回流比：精餾過程總費用（操作費用與設(shè)備費用之和）最低時的回流比。根據(jù)實驗和生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計R進(jìn)一步增大，上升蒸汽V’和V增大，塔徑、塔板面積、再沸器及冷凝器換熱面積增大，設(shè)備費用又開始上升。理論板數(shù)NRmin回流比RNmin本文檔共33頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期六\7點2分精餾條件：(1)組分?jǐn)?shù)目=2~11；(2)進(jìn)料熱狀態(tài)包括冷液至過熱蒸汽的五種情況；(3)Rmin=0.53~7.0；(4)組分間相對揮發(fā)度=1.26~4.05；(5)理論板數(shù)=2.4~43.1。吉利蘭(Gilliland)關(guān)聯(lián)圖理論板數(shù)的簡捷求法

在精餾塔設(shè)計中，常借助于最小回流比Rmin以及全回流時對應(yīng)的最少理論板數(shù)Nmin的概念初步估算所需的理論塔板數(shù)。注意：使用該圖計算時，條件應(yīng)盡量與上述條件相近。

本文檔共33頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期六\7點2分（1）根據(jù)物系性質(zhì)及分離要求，求出Rmin，并選擇適宜的R；（2）求出全回流下的Nmin，對于接近理想物系的溶液，可用Fenske方程計算；(3)計算出(R-Rmin)/(R+1)，查吉利蘭圖得(N-Nmin)/(N+1)，即可求得所需的N；（