理论塔板数和回流比.ppt

§４、理论塔板数和回流比 理论塔板（又叫平衡塔板）自该板 升向上一板的蒸气与该板流向下一 板的液体互成平衡。 一、逐板法 逐板计算就是反复地利用物料的气液平衡关系 和操作线方程去计算每一块理论 板上的气液相浓度。 离开第一板的液相组成x1与第一板上升蒸 气组成y1平衡关系，x1又与y2成操作关系。 即， 当计算到xn≤xf 时（仅指饱和液体进料情况），说明第n板是加料板。由此往下利用操作关系时应该改用提馏段操作线方程，直至计算到xm ≤ xw为止。在计算中每使用一次平衡关系，表示通过一块理论板。 二、图解法 用图解法代替逐板法，虽然准确度要差一些，但因方法简单，迄今广泛为双组分精馏塔的计算所采用。 图解理论板的 依据，仍是平 衡关系和操作 关系。 3、画阶梯 从a点开始，在精馏段操作线与平衡线之间画阶梯。 当阶梯跨过b点时，则改在提馏段操作线与平衡线之间画阶梯，直至阶梯跨过c点，或正好交于c点为止。 所画的每一个阶梯代表一块理论板。塔釜内的气液两相一般视为平衡，相当于一块理论板。 三、回流比 在精馏过程中，塔顶产品的一部分送入塔中，称为回流，回流量的大小对传质过程有一定的影响。 1．全回流 若塔顶蒸气冷凝以后，全部回入塔中，称为全回流。 因在全回流时，操作线与平衡线间的距离最大，故达到规定的分离要求，所需要的理论板数最少。因此，全回流总是与最少理论板数联系在一起的。 对于相对挥发度在塔中接近常数的体系，最少理论板数除用图解法求取外，还可用芬斯克方程式求取。 全回流时，求算理论板数的公式可由平衡方程和操作线方程导出： 气液平衡关系 第n板 ∵全回流时操作线与对角线重合， 第一 、二两板间的操作关系 第二、三板间的操作关系 上式为芬斯克方程。用此式求出的最少理论板数Nm不包括塔釜。 式中 —平均相对挥发度。可由纯组分的饱和蒸气压或纯组分的正常沸点计算得到。也可取塔顶塔底的相对相应挥发度的几何平均值。 全回流是回流比的最大极限，由于塔顶无产品，∴对正常生产无实际意义，仅在开车阶段，为缩短塔的稳定操作所需时间而临时采用。在进行实验或科研时，为了采取数据和便于操作控制也常采用。 若用xf代替xw代入（1）式，可求的精馏段最小理论板数 2、最小回流比 最小回流比是回流比的下限。 对于一定的分离任务，当回流比由无限大逐渐减小，操作线逐渐离开对角线向平衡线移动，要达到同样的分离要求，需要的理论板数逐渐增多。当回流比小到使操作线与q线的交点在平衡线上时，加料板出现 y* = y 。 在加料板处无分离作用，好象两个组分在此被夹住一样，故又称为“夹点”。这时，在加料板附近推动力=0，传质过程停止。所需理论板数=∞，这种情况下的回流比，称为最小回流比，用RM表示。 在y-x图上，对于沸点液体进料，操作线、q线与平衡线在x = xf处相交，如图。 由图看出：最小回流比时，精馏段操作线的斜率是： 3、适宜的回流比 全回流 —上限 在实际生产中 最小回流比—下限 均不能采用 最适宜的回流比介于二者之间。到底采用多大才适宜呢？这要由经济核算来决定。 精馏过程的设备费和操作费（生产单位质量的精馏产品所消耗的费用叫做操作费用）。这些均与回流比密切相关。 例如分离苯—甲苯的精馏塔。 若xf=0.79 ,xd=0.99 ,xw=0.01 ,RM=0.81 (此数据来自 Chemical engineering Vo1.2) RM = 0.81,N理 = ∞,对于不同的R，由图解法求得的理论板数如下： 可见：靠近RM时，R↑，N显著↓， 塔高H↓，设备费↓. R较高时，R再↑由(1.1—1.2)，N↓慢，V显著↑，塔径D↑ 从图中看出，总费用随回流比的变化有一个最低值，最适宜的回流比就是总费用最低时的R，就是说，R适宜是由最低费用决定的。 最适宜的回流比一般为R适宜=(1.1—1.2)RM 对难分离的混合物，应选用比上述范围更大的回流比，可达R适宜=（4～5）RM 试论回流比对精馏节能的影响，湖南大学， 吴席信，化工技术（4）15- 17（1985）. 主要论点：降低塔的操作压力 增加塔板数 降低产品纯度 四、简捷计算法 使用芬斯克方程和吉利兰图计算理论板数的方法，叫简捷计算法