板精馏塔进料口最佳位置的确定及理论塔板数的求解.doc

引 言 精馏在工业生产中是一种很重要的，而且应用非常广泛的传质单元操作。精馏操作设备主要有板式精馏塔和填料精馏塔两大类。目前工业生产中板式精馏塔的应用还是比较广泛的。由于精馏过程不仅是涉及气、液两相流体间的传热过程，又是涉及气、液两相流体间的传质过程，相互之间产生影响的因素多且复杂。所以目前建立数学模型直接求解出板式精馏塔内的实际塔板数仍十分困难，只能通过先求解出理论塔板数，进而推导计算出根据分离要求所需要的实际塔板数。所谓理论塔板，是指能提供给塔板上的气、液两相流体充分接触的时间和空间，使之充分接触，进行传热和传质，并使板上的气、液两相流体在离开该塔板时呈现出平衡状态(指热平衡和相平衡)的塔板。实际操作中，由于塔板上气、液两相流体的接触时间和空间都是有限的，不可能进行充分的传热和传质，所以理论塔板实际上是不存在的。它只反应塔板上气、液两相流体间传质所能达到的最大限度。从而为衡量实际塔板上的分离效率提供理论上的依据。 目 录 第一章 理论塔板数的计算 3 1. 精馏段的物料衡算──精馏段的操作线方程 3 1．1 精馏段物料衡算 3 1.2 恒摩尔流假定 4 1.3 精馏段操作线方程 4 2. 提馏段的操作线方程──提馏段的物料衡算 5 3. 进料段的物料衡算 6 4. 逐板计算法求理论板数 8 5. 图解法求理论板数 8 6．适宜的进料位置 10 第二章、际塔板数与精馏塔的效率 11 1. 全塔效率 11 2. 板效率 12 3. 点效率 13 4. 塔板效率的影响因素 13 第三章、简捷法求理论板数 13 1.1吉利兰关联图 13 1.2适宜进料位置 15 第四章、进料口最佳位置的确定 16 结 论 22 参 考 文 献 23 第一章 理论塔板数的计算 根据物系气、液两相间的平衡关系和操作关系，可采用逐板计算法和图解法求出根据分离要求所需的理论塔板数。目前一般教科书及相关资料中是这样介绍求解板式精馏塔内的理论塔板数的。 1. 精馏段的物料衡算──精馏段的操作线方程 1．1 精馏段物料衡算 相邻两层板间汽液两流组成间(相遇两流)的关系，可通过对塔顶至精馏段任意两层板间截面所作的物料衡算导出。 对图10-2l中的虚线图作总物料衡算，可得 易挥发组分的物料衡算方程为 或 式(10-55)至(10-57)中 ──离开n板液相中轻组分的摩尔分率； ──离开n+1板气相中轻组分的摩尔分率； ──离开n板液相摩尔流率，kmol/h； ──离开n+1板汽相摩尔流率，kmol/h。 1.2 恒摩尔流假定 (1)恒摩尔汽化 假定在精馏塔的精馏段内，由每层板上升的汽相摩尔流率都相等，在提馏段也是如此。即 精馏段 (10-58) 提馏段 (10-59) 式中 ──精馏段每板的汽相摩尔流率，kmol／h； ──提馏段每板的汽相摩尔流率，kmol／h。 应当指出,精馏段和提馏段汽相摩尔流率不一定相等。 1.2恒摩尔溢流 假定在精馏塔的精馏段内，由每层板下降的液相摩尔流率都相等，在提馏段也是如此。即 式中 L──精馏段内液体的摩尔流量，kmol/h； ──提馏段内液体的摩尔流量，kmol/h。 同样，精馏段和提馏段的液相摩尔流率不一定相等。 在恒摩尔流假定下，计算将大为简化，问题是此假定是否合理。汽、液相在塔板上接触时，如果每有1摩尔蒸气冷凝就相应有1摩尔液体汽化，则汽相相液相在接触后其摩尔流率将保持不变，恒摩尔流假定就可以成立。要实现上述情况需满足以下两个条件： ①组分的摩尔汽化潜热相同。 ②汽、液相接触时由于温度不同而传递的显热可以忽略。 ③塔的保温良好，热损失可以忽略。 1.3 精馏段操作线方程 在恒摩尔流假定下，式(10-57)可以写成 (10-62) 而 (10-63) 将式(10-63)代入式(10-62)并令，则可得 (10-64) 式(10-64)中为回流比。它是精馏的重要参数。式(10-64)联系了精馏段回流比、产品组成等重要操作参数，故称为精馏段操作线方程。它表达了在一定的操作条件下，精馏段自第层板下降的液相组成和与之相邻的下一层板(即第层板)上升的汽相组成之间的关系。 2. 提馏段的操作线方程──提馏段的物料衡算 对图l0-22所示的提馏段由塔底至第与层板间截面分别作总物料衡算和轻组分物料衡算，并应用恒摩尔流假定可得； 总物料衡算： 易挥发组分的物料衡