二零二三年 优质公开课计算塔板数.pptx

模块五 精馏技术 04任务四 选择与设计精馏装置 04任务四 选择与设计精馏装置3 精馏是依据液相混合物中各组分在一定温度、压力下的挥发性不同而分离的传质单元操作。依物系性质及分离要求不同，选用分离设备（精馏塔）的结构及辅助设备（塔顶冷凝器和塔釜再沸器）亦不相同。在此只介绍精馏塔的大小（塔高、塔径）的设计要求方法，塔顶冷凝器和塔釜再沸器的选择依照前述换热器的设计选用方法。 04任务四 选择与设计精馏装置4能力目标学习要求与目标1.具有根据工艺要求进行板式塔的塔板计算能力。2.具有根据工艺要求进行回流比的选择能力。知识目标1.掌握逐板与图解计算塔板的方法。2.掌握回流比的选择与板效率的计算。素质目标1.培养诚实守信、团结协作、爱岗敬业精神；2.培养安全、环保、健康生产意识；3.培养严谨的工作态度及质量意识，具备工程管理能力；4.培养分析问题和解决问题的能力；5.创新能力培养等。子任务2 计算塔板数 04任务四 选择与设计精馏装置子任务2 计算塔板数 5 双组分连续精馏过程计算主要涉及塔高计算和加热量以及冷却剂用量的计算，后两者在此不作讨论。精馏计算中塔高计算经常采用理论级（平衡级）的方法。这种方法不仅用于精馏过程的分级接触板式塔设备的计算；也可用于连续接触填料塔设备的计算。 04任务四 选择与设计精馏装置6 用理论级方法进行分级接触精馏的计算，一般按如下三个步骤进行：（1）先计算达到预定分离要求所需的理论塔板数（理论级数）；（2）然后研究实际塔板与理论塔板之间的偏离程度，并用简单参数——塔板效率加以概括；（3）最后根据塔板效率和理论塔板数量，求出实际塔板数。 04任务四 选择与设计精馏装置7 理论塔板数有多种求算方法，主要包括逐板计算法和图解计算法。 04任务四 选择与设计精馏装置8一、逐板计算法 1.逐板计算法通用步骤 逐板计算法的依据是气液平衡关系式和操作线方程。该方法是从塔顶开始，交替利用平衡关系式和操作线方程，逐级推算气相和液相的组成，来确定理论塔板数。 04任务四 选择与设计精馏装置9 对符合恒摩尔流假设的双组分精馏过程，N 的计算只需应用由易挥发组分衡算得出的操作线方程和相平衡关系。 04任务四 选择与设计精馏装置10 交替使用平衡关系与操作关系，从塔顶至塔釜逐板进行计算。塔顶采用全凝器。xnxd (两操作线交点的横坐标，仅当饱和液体进料时为xF) 此时第N板为加料板，提馏段第一块板。NT精=n-1 令xn=x1’ 改用提段操作关系。 NT提=m(包括塔釜再沸器) 04任务四 选择与设计精馏装置11 若生产任务规定将相对挥发度为α及组成为xF料液，分离成组成为xD塔顶产品和组成为xW塔底产品，并选定操作回流比为R则逐板计算理论塔板数的步骤为： 若塔顶冷凝器为全凝器，则y1=xd液相平衡关系式，由y1出第一层理论塔板上液相组成x1由第一层理论塔板下降的回流液组成x1精馏段操作线方程，计算出第二层理论板上升的蒸汽组成y2利用气液平衡关系式，由y2出第二层理论板上的液相组成x2按操作线方程，由x2出y3利用气-液相平衡关系式，由y3出x3。 依次类推，一直算到xn≤xF为止。每利用一次平衡关系式，即表示需要一块理论塔板。 04任务四 选择与设计精馏装置12 在苯-甲苯精馏系统中，若已知物料的相对挥发度为α=2.4，原料液、馏出液及残液的组成分别xF=0.5,xD=0.96,xW=0.05（均为摩尔分数），实际采用的回流比为R=2.0，塔顶采用全凝器，泡点进料，试用逐板计算法求精馏段所需的理论塔板数。 04任务四 选择与设计精馏装置13已知： 相平衡方程精馏段操作线方程且塔顶采用全凝器，依次方法逐板计算下去，直至xn≤xF为止，并将结果列表如下N1234567yx0.960.9090.9290.8450.8860.7640.8320.6740.7720.5850.7120.5070.6240.409 可见，精馏段所需的理论板层数是6块，第7块是加料板。 04任务四 选择与设计精馏装置14全回流时：R ? ? D=0 W=0 F=0精馏段操作线： 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。 提馏段操作线：对角线 04任务四 选择与设计精馏装置15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。第 n 板汽液相平衡关系：塔顶为全凝器时，y1 = xD全回流操作线