[应用]连续精馏理论塔板数的计算
5.3 连续精馏理论塔板数的计算
本节重点:理论塔板数的计算。
本节难点:理论塔板数的计算—逐板计算法和
图解法;
双组分连续精馏塔所需理论板数,可采用逐板计算法和图解法。
5.3.1逐板计算法
假设塔顶冷凝器为全凝器,泡点回流,塔釜为间接蒸汽加热,进料为泡点进料如图5,5所示。
因塔顶采用全凝器,即
y=x 5,24 1D
而离开第1块塔板的x与y满足平衡关系,因此x可由汽液相平衡方程求得。即111
y1x, 5,25 1,,(,,1)y1
第2块塔板上升的蒸汽组成y与第1块塔板下降的液体组成x1满足精馏段操作线方程,2
即
R1,,yxx 5,26 21D,,R1R1
同理,交替使用相平衡方程和精馏段操作线方程,直至计算到x
表
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附表 各层塔板上的汽液组成
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 y 0.9 0.824 0.737 0.652 0.587 0.515 0.419 0.306 0.194 0.101 x 0.785 0.655 0.528 0.431 0.365
公式
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,用于
计算全回流下采用全凝器时得最少理论
板数。(具体计算过程见教材)
由上述
分析
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可知,因全回流时无产
品,故其生产能力为零,可见它对精馏
塔的正常操作无实际意义,但全回流对
精馏塔的开工阶段,或调试及实验研究
具有实际意义。
2、最小回流比
在精馏塔计算时,对一定的分离要图5-18 最小回流比 求(指定x,x)而言,当回流比减到某DW
一数值时,两操作线交点d点恰好落在
平衡线上,相应的回流比称为最小回流比,以Rmin表示。在最小回流比条件下操作时,在
d点上下塔板无增浓作用,所以此区称为恒浓区(或称挟紧区),d点称为挟紧点。因此最小
回流比是回流比的下限。
最小回流比可用作图法或解析法求得。 (1)、作图法
求ae线的斜率为:
x,yRagDqmin,, 5,29 R,1x,xegminDq
整理上式得:
x,yDqRmin, 5,30 y,xqq
式中x,y为q线与平衡线交点的坐标,可用图解法由图中读得,或由q线方程与平qq
衡线方程联立确定。
(2)、解析法
当进料热状态为泡点液体进料时,x=x: qF
,,xa(1,x)1DD 5,31R,,min,,a,1x1,xFF,,
若为饱和蒸汽进料,y=x: qF
,,axax(1,)1DD 5,32R,,,1min,,axx,11,FF,,
3、适宜回流比的选择
精馏操作存在一适宜回流比。在适宜回流比下进行操作,设备费及操作费之和为最小。
在精馏设备的设计计算中,通常操作回
流比为最小回流比的1.1,2 倍。即:
。 R,(1.1,2)Rmin
5.3.4 理论板数的简捷计算
精馏塔的理论板数的计算除用前述的
逐板法和图解法求算外,还可利用吉利兰
(Gilliland)关联图(见教材)进行简捷法计算。
图6-19 不同平衡线形状的最小回流比 图5-19 适宜回流比 R,Rmin图中横坐标为,纵坐标为R,1
N,Nmin。注意纵坐标中的N和N均为不包括再沸器的理论塔板数。minN,2
简捷算法虽然误差较大,但因简便,所以特别适用于初步设计计算,可快速地算出理论塔板数或粗略地寻求塔板数与回流比之间的关系,供方案比较之用。 本节要点:
1、全回流时精馏段操作线与提馏段操作线均与对角线重合,这时y=x;所需理论板数最少。
2、最小回流比是针对一定的分离任务而定,分离任务有变化,最小回流比也会变化。若回流比小于最小回流比,不能达到要求的分离任务,但它能正常操作。 3、对一般物洗取使用回流比R=(1.1~2)R,而对难分离物系,使用回流比可超出上述范围。