板效率及回流比选读.ppt

四、理论塔板数与板效率 精馏塔内存在两种关系 相平衡关系和操作线关系 每种关系有两种表示: 线图（相平衡线，操作线） 方程（相平衡方程，操作线方程） 理论板和板效率（Ideal plate and plate efficiency） 实际塔板上气液两相难以达到平衡，且传递过程与物系的性质、操作条件以及塔板结构和安装状况等因素有关，很难用简单地确定离开实际塔板的汽、液两相温度和组成关系。 设计中，为了避免寻求这种难以确定的关系，一般是首先根据分离任务计算出所需的理论板数，然后再根据所选塔板类型以塔板效率进行修正，从而确定出所需的实际塔板数。 板效率（Plate efficiency） 分别代表经过一块板后组成的实际变化，分母则为将该板视为理论板时的组成变化。单板效率通常由实验测定。 注意：单板效率是一块板的平均效率，板上各点的传质差异可进一步由点效率（Local efficiency）来表达。 全塔板效率 （Overall efficiency） 理论板数的求法 理论板数的求法 最宜的加料位置（Feed-plate location） 回流比的选择 (Determination of reflux ratio) 全回流时操作线和平衡线的距离为最远，达到相同的分离程度所需的理论板数最少，以 Nmin 表示。 全回流时的理论板数 Nmin 可用逐板计算法或图解法求得。 对理想溶液，可由芬斯克（Fenske）方程直接计算得。 最少理论板数 (Minimum number of plate) 芬斯克 (Fenske) 方程_捷算法求理论塔板数 最小回流比 (Minimum reflux ratio) 最小回流比(Rmin)：R?，两操作线交点 d 落在平衡线上，所需的理论板数为无穷多。 d 点称为挟点，其附近称为恒浓区或挟紧区。 对最小回流比的说明 xq 与 yq 是q线与相平衡线的交点坐标,可有相平衡图中读取,也可以计算出来. 若泡点进料, xq = xF ,则 yq 由相平衡方程求得. 一般情况下，xq 与 yq 互成平衡（交点 d 在平衡线上）。 平衡线有下凹部分时， R?，交点 d 未落到平衡线上之前，操作线已与平衡线相切（e点）。此时恒浓区出现在 e 点附近，对应的回流比为最小回流比。 最小回流比 (Minimum reflux ratio) 适宜回流比的选择（Optimum reflux ratio） 实际操作的回流比应介于全回流与最小回流比两者之间。 适宜的回流比根据经济核算来确定，即应在操作费用和设备费用之间作出权衡。 操作费用：精馏的操作费用主要决定于再沸器中产生上升蒸汽 V’ 所消耗加热介质的量和冷凝器中冷凝塔顶蒸汽 V 所消耗的冷却介质的量。而塔内蒸汽量与回流比有关，即 选择适宜回流比的原因 当操作费用和设备投资费用之和为最小时，此时的回流比即为最适宜的操作回流比。 精馏操作费用主要包括再沸器中加热蒸汽的消耗量（或其它加热介质）和塔顶冷凝器中冷却水（或其它冷却介质）消耗量，而两者又完全取决于塔内上升的蒸汽量，因V=L+D=（R+1）D，V′=V+（q-1）F所以当F、D、q一定时，上升蒸气量V和V′皆正比于（R+1）。 当R增大时，加热和冷却介质的消耗量亦随之增加，操作费用随之增加。 设备折旧费用：包括再沸器、冷凝器和塔本身的投资费用乘以折旧率。 如果设备材料已选定，则此项费用主要决定于设备的尺寸。 当R=Rmin时，塔板层数为∞，故设备费用为∞.但R稍大于Rmin,塔板层数便从∞下降到某一层数，所以设备费用也随之下降。 但是当R继续增大时，塔板层数下降缓慢，设备费用也下降缓慢，而另一方面由于R的增大，上升蒸气量迅速的增加，从而使塔径、再沸器及冷凝器等尺寸相应的增大，因此当R增大到某一值后，设备费用反而又上升。总费用：总费用为设备费用和操作费用之和，总费用最低时所对应的回流比即为适宜回流比。 思考题:选择回流比的原则是什么?为什么? (什么是最适宜的回流比?为什么?) 总费用最少的R为适宜的回流比。 R=（1.1～2.0）Rmin （1）XD、XW一定，R↑，XD/（R+1）↓，NT↓设备费用↓ （2）V=(R+1)D，V`=V+(q-1)F，R↑ V↑加热介质量↑ V↑冷却介质量↑，操作费用↑ 。 在选择适宜回流比时，要在两者之间作一权衡，使总费用最少。回流比有两个极限值，最大回流比和Rmin，适宜回流比介于二者之间。 适宜回流比的选择（Optimum reflux ratio） 理论板数的简捷求法 吉利兰关联图 纵坐标 (N-Nmin)/(N+1) 横坐标 (R-Rmin)/(R+1) F xF DxD WxW (1)离开塔