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Distillation,分离工程,第七节 复杂精馏塔的计算,分 离 工 程,华东理工大学化工学院分离工程教学组,2007,年,11,月,分离工程,第二章 精馏,目 录,2.1,概述,2.2,汽液相平衡,2.3,精馏计算,2.4,特殊精馏,2.5,板效率,2.1,概述,精馏原理,:,精馏是分离液体混合物的单元操作，是利用混合物中各组分挥发度的差异及回流的工程手段，实现组分的分离。,不适宜用普通精馏进行分离的物系：,1.,2.,3.,热敏性物料,4.,难挥发组分的稀溶液,2.1.1,理论板、板效率,精馏过程的开发方法：,理论板,=,f,(,相平衡,分离要求,操作参数,),效 率,=,f,(,传质速率,返混,相平衡,设备等因素,),理论板 实际板,(E,0,),塔 高,精馏操作的开发目的：,将,A+B,混合物分离成,A,、,B,两股物料，要求：,确定适宜的操作条件和参数,P,，,R,，,N,T,，,q,工艺参数,确定适宜的设备结构和尺寸,D,，,H,，结构,设备参数,2.1.2,精馏操作开发的内容和步骤,精馏塔分离序列的安排；,精馏塔类型的选择；,单座精馏塔的设计计算，,包括：,1.,确定塔的直径和高度；,2.,确定适宜的操作条件和参数；,3.,进行再沸器和冷凝器的设计计算,;,4.,进行塔的结构的设计计算。,开发内容,确定操作压力；,P,确定相平衡关系；,PTXY,建立精馏操作的数学模型；,解数学模型，求出操作参数,(R,、,q),、和设备参数,(N,T,、,N,F,),；,板式塔：确定板效率,将理论板数转化为实际板数；,填料塔：选定填料型式和尺寸后，求取理论板当量高度，,从而算得填料层高度；,板式塔：确定塔板型式，求算塔径、塔高以及塔板的结,构尺寸；,填料塔：计算塔径，进行液体和汽体分布器的设计。,开发步骤,（单座精馏塔的设计计算）,精馏操作的开发步骤：,相平衡，操作压力,（,P,）,建立数学模型,（,MESH,）,模型求解,板效率 塔板设计,等板高度 液体分布器设计,2.2,汽液相平衡,相平衡计算的三类问题,:,泡点计算,露点计算,等温闪蒸计算,相平衡常数,相对挥发度,2.2.1,相平衡关系的表达式,相平衡时,:,汽相逸度,液相逸度,一,.,状态方程法,由公式（,2-6,）和（,2-8,）得,:,此法适用于中压下，液相非理想性不是很强的烃类系统。,2.2.2,相平衡常数求取途径,可凝性组分：,不凝性组分：,二,.,活度系数法,由式（,2-6,）和式（,2-9,）得：,此法对压力不高，液相非理想性强的系统更为合适。,理想气体,汽相 理想溶液,实际气体,理想溶液,液相,实际溶液,2.2.3,汽液相平衡系统的分类,气相 液相,理想溶液,实际溶液,理想气体,实际气体理想溶液,实际气体,实际不存在,K,i,计算的关键在于解决以下各热力学变量的计算：,混合物,:,纯组分,:,偏摩尔体积,:,(2-16),(2-18),2.2.4,逸度的基本公式,(,以,P,T,为变量,),例,:,理想气体,PV=nRT,代入（,2-16,）式，得：,混合物,:,纯组分,:,气相,:,液相,:,纯物质液体的逸度有时称标准态逸度,2.2.5,理想溶液的逸度,气液两相均为理想溶液时,:,烃类系统的汽液两相均较接近理想溶液，根据,BWR,状态方程计算不同,T,、,P,下的相平衡常数,K,并绘制成图表，即,P.20-P.22,页的,P-T-K,列线图。只要知道系统的,T,、,P,，就能从图上查得相平衡常数。,由于忽略了组成对,K,的影响，查得的数值仅是,Ki,的概略值，其平均误差为,8-15,，适用于,0.8-1Mpa,（绝对压）以下的较低压区域。,2.2.6 P-T-K,列线图,维里方程：,混合物逸度：,纯组分逸度：,计算步骤：,2.2.7,维里方程计算逸度,状态方程计算 方法与步骤：,1,方法,SRK,方程,令,则（,2-39,）变为,2.2.8 SRK,方程计算逸度、逸度系数和焓,对纯,i,组分,用于混合物时，则,saov,原先的混合规则,将,SRK,方程代入计算逸度的基本公式,(2-20),，得：,Saov,改进的混合规则：,逸度和逸度系数的计算式,混合物摩尔焓的计算式,含,H2,混合物,2,步骤,1,）已知,2,）用公式（,2-44,48,）计算,3,）用公式（,2-41,43,）计算,4,）将 代入（,2-49,）计算,5,）用 代替 ，按步骤,2-4,求出,6,）计算,将纯物质在系统,T,、,P,下的液体视为标准态，则,则系统,T,、,P,下纯液体,逸度的计算公式为：,2.2.9,纯液体逸度计算,若有适当的过剩自由焓的数学模型，由,(2-58),式可得,。,常用的活度系数方程有：,Wohl,型方程：,包括：,VanLaar,方程，,Margules,方程等。,局部组成概念：,Wilson,方程、,NRTL,方程、,Uniquac,方程等。,基团贡献法基础上的方程：,UNIFAC,方法、,ASOG,方法。,2.2.10,活度系数与过剩自由焓,Van Laar,方程、,Margules,方程有悠久的历史，仍有实用价值，特别是定性分析方面。,优点：,数学表达式简单；容易从活度系数数据估计参数；,非理想性强的二元混合物包括部分互溶物系，也经,常能得到满意的结果。,缺点：,不能用二元数据正确推断三元系的活度系数。,不能用于多元系相平衡计算。,2.11,沃尔型方程,二元系,Vanlarr,方程：,三元系,Margules,方程：,二元系,Margules,方程：,1,2,3,Wilson,、,NRTL,和,Uniquac,方程是根据不同的局部组成含义和不同的溶液模型得到的活度系数方程。它们的优点是：仅用二元参数即可很好的表示二元和多元的相平衡关系。,Wilson,方程：,汽液平衡计算有较高的精度；,（,2-71,）不能用于液液平衡的计算。,NRTL,方程：,能进行汽液平衡和液液平衡的计算；,（,2-74,）但方程中每对二元系多了第三参数,12,；,Uniquac,方程：,有,NRTL,的优点，但数学表达式最复杂；,（,2-79),适用于分子大小相差悬殊的混合物。,2.2.12,局部组成模型,Wilson,方程,二元系：,多元系：,参数：,NRTL,方程,二元系：,多元系：,参数：,Uniquac,方程,二元系：,参数：,Z,为配位数，常取,10,表面积参数,体积参数,H,2,O 1.0,丁醇类,0.88,CH,3,OH 0.96,戊纯类,1.15,C,2,H,5,OH 0.92,己醇类,1.78,丙醇类,0.89,庚醇类,2.71,多元系：,1.,用一对无限稀释活度系数 确定参数,在,V,、,M,方程中,因为,（,2-80,）,对于,Wilson,方程,（,2-81,）,2.2.13,从实验数据求活度系数方程中参数,将 代入,V,式或,M,式中可解出 。,当,时，此法得到的参数准确度还可以；,当,时，所得参数准确性较差。,3.,从实测的多组,XTPY,数据，用非线性最小二乘法回归参数,其方法是：,（,2-82,）,当此目标函数达到最小值的参数即为所求参数的最佳值。,2.,利用恒沸点数据（,X,T,P,Y,）确定参数,恒沸点时,1,、泡点计算基本方程,相平衡关系,归一方程,相平衡常数式,方程数,2C+2,变量,3C+2,自由度数,=,变量数,-,方程数,=C,2.15.,多组分系统的泡点计算,2,泡点温度计算,给定：,P,和,X,1,X,2,X,3,X,C-1,;,计算：在此,P,下，刚开始沸腾的,T,和平衡的,（,1,）当,计算步骤：,N,调整,T,初值 可参照各组分的沸点和含量估算；,可查,P-T-K,列线图、,泡点方程,新值 可参照 之值调整。,当,P,一定，,T,，,K,；,T,，,K,；,，,K,偏大了，原设,T,过高；,，,K,偏小了，原设,T,过低。,（,2,）当,当系统压力,P,1.5Mpa,原目标函数：,现令：,泡点温度可用牛顿切线法求解：,否,是,式,(2-91),计算新的,Tb,输入,P,，,估计初值,Tb,和,计算,计算,及,输出计算结果,T,b,y,结束,泡点计算框图,Muller,法,3,泡点压力计算,给定：,T,和,X,1,X,2,X,3,X,C-1,;,计算：,在此,T,下，刚开始沸腾的,Pb,和平衡的,1,）当,2,）当,目标函数,计算步骤与泡点温度相同，但压力迭代的方式为：,此式可自动调整压力,P,；,计算框图 见,2-7(P.35),1.,基本方程,相平衡关系,归一方程,2,相平衡常数式,露点方程,或,2.1.6,多组分系统的露点计算,2,露点计算,给定：压力,P,（或温度,T,）和汽相组成,计算：在此,P,（或,T,）下，凝结出第一滴露珠时的,T,D,（或,P,D,），以及此露珠的组成 。,露点计算步骤与泡点计算类同，不再重复；,只是露点压力计算的迭代式为：,露点计算时：液相非理想性强的物系因,x,未知，,Ki,在迭代过程中变化较大，计算中增加一层,Ki,的迭代将更迫切。,2.1.7,等温闪蒸计算,1,）基本方程,相平衡关系,组分物料衡算,归一方程,相平衡常数式,2,）变量分析,变量数,F,V,L,T,P,xi,yi,zi,Ki,（,4C+5,）,方程数 （,3C+3,）,自由度,=,变量数,-,方程数,=C+2,一般取,F,T,P,zi (i=1,C-1),3.,计算思路：,(,目的提高计算速度和收敛的稳定性）,设汽化率,e=V/F,，,V=Fe,，,L=(1-e)F,联立解得：,闪蒸方程式,牛顿切线法求,e,初值,e,的两种选择,e,G(e),0,1,闪蒸计算能否成立的判断,所设,T,必须满足：,若 所指定的温度高于露点温度；,若 所指定的温度低于泡点温度。,则所指定的温度下不可能实现闪蒸。,闪蒸计算框图,开始,输入,T,，,P,，,F,，,Z,计算泡点,Tb,TbT?,计算露点,Td,TdT?,计算,x,i,，,y,i,并归一（,2-97,，,98,）,计算,Ki(2-85),计算,G(2-99),切线法求,e(2-100,101),打印,结束,T,T,T,F,F,?,多元精馏计算主要采用的方法是,:,设计型计算,给定分离任务，选择工艺条件；,2,操作型计算,设备给定，进行工艺条件核算。,2.3,精馏计算,2.3.1,精馏的定态数学模型,(MESH),L,N,u,N-1,Q,N-1,G,N-1,F,N-1,V,N,V,1,L,1,u,1,G,2,F,2,V,2,L,2,u,2,Q,2,G,j,F,j,u,j,Q,j,V,j,L,j,V,N-1,L,N-1,V,j+1,L,j,第,j,块板,L,j-,1,F,j,u,j,V,j,G,j,Q,j,M,方程：,总物料衡算,：,L,j-1,+V,j+1,+F,j,=,(,V,j,+G,j,),+,(,L,j,+U,j,),对,i,组份作物料衡算：,L,j-1,x,ij-1,+V,j+1,y,ij+1,+F,j,Z,ij,=,(,V,j,+G,j,),y,ij,+,(,L,j,+U,j,),x,ij,2),E,方程,y,ij,=k,ij,x,ij,3,）,S,方程,x,ij,=1,y,ij,=1,H,方程,L,j-1,h,j-1,+V,j+1,H,j+1,+F,j,H,F,=,(,V,j,+G,j,),H,j,+,(,L,j,+U,j,),h,j,+Q,j,变量分析,自由度变量数方程数（,5,C,）,N-1,2.3.2,精馏定态模拟计算算法概述,操作型计算一般命题，通常,精馏模拟计算的算法,1,）,迭代变量的选择；,2,）迭代算法的组织；,3,）变量圆整或归一及迭代加速方法的选择,一、,W-H,法的解题思路,(BP),法,将,MESH,方程分成三块，,M+E,方程，,S,方程，,H,方程；,M+E,方程，,S,方程，内层迭代求解，与,lij,Tj,匹配；,H,方程在外层迭代求解，与,Lj(Vj),匹配。,收敛判据：,2.3.3,三对角线矩阵法,A,j,x,ij-1,+,B,j,x,ij,+,C,j,x,ij+1,=,D,j,M,，,E,方程联立：,L,j-1,x,ij-1,-,(,V,j,+G,j,),k,ij,+,(,L,j,+U,j,),x,ij,+V,j+1,k,ij+1,x,ij+1,=-F,j,Z,ij,A,j,=L,j-1,上块板流下的,液相流量,B,j,=-,(,V,j,+G,j,),k,ij,+,(,L,j,+U,j,),该块板上升的,汽相流量,和,汽相出料,之和与,相平衡常数,的乘积,+,该块板流下的,液相流量,和,液相出料,之和,C,j,=V,ij+1,k,ij+1,下块板上升的,汽相流量,与,相平衡常数,的乘积,D,j,=,-F,j,Z,ij,该块板的,进料流量,与,进料组成,的乘积,第,1,块板的特殊性,?,第,N,块板的特殊性,?,问题,?,单塔流程,由于没有上一块板下来的液体，,没有进料。,A,1,=,0,B,1,=-(,V,1,k,i1,+L,1,+U,1,),C,1,=V,i2,k,i2,D,1,=0,A,1,x,i0,+,B,1,x,i1,+,C,1,x,i2,=,D,1,B,1,x,i1,+,C,1,x,i2,=0,第,1,块板,v,1,L,1,u,1,Let me see,if I have some,第,N,块板,:,由于没有下一块板上升的汽体，没有进料。,A,N,=L,N-1,，,B,N,=-(V,N,K,iN,+W),C,N,=0,，,D,N,=0,A,N,x,iN-1,+,B,N,x,iN,+,C,N,x,iN+1,=,D,N,A,N,x,iN-1,+,B,N,x,iN,=,0,.,.,.,第,N,块板,V,N,W,L,N-1,Let me see,if I have some,W-H,的求解方法,:,1)ME,方程,M+E,方程,:,由,1-N,块板的,M.E,方程，依次可写：,1,0 +,B,1,x,i1,+,C,1,x,i2,=,D,1,2,A,2,x,i1,+,B,2,x,i2,+,C,2,x,i3,=,D,2,.,j,A,j,x,ij-1,+,B,j,x,ij,+,C,j,x,ij+1,=,D,j,N-1,A,N-1,x,ij-2,+,B,N-1,x,iN-1,+,C,N-1,x,iN,=,D,N-1,N,A,N,x,iN-1,+,B,N,x,iN,+,0,=,D,N,iN,N,N,N,N,N,j,j,j,x,B,A,C,B,A,C,B,A,C,B,C,-,-,-,.,.,1,1,1,2,2,1,B,1,A,2,x,i,1,x,i2,.,.,=,.,.,.,D,1,D,N,ij,j,ij,x,D,C,j,B,j,A,j,阵解法,常数项列向量，根据矩,未知数的列向量,三对角矩阵,X,.,.,.,由,M-E,方程建立三对角矩阵计算,X,ij,Y,ij,W-H,法的计算框图,输入,给定,V,j,T,j,求,L,j,K,ij,=f,(T,j,),A,j,B,j,C,j,D,j,求解,x,ij,S,方程计算,T,j,求,H,j,h,j,H,方程求解新的,V,j,T,j,(V,j,),K,-(V,j,),K+1,2,-,s,s,A,A,（,2,）,溶剂,的稀释作用,x,s,越高效果越好,但生产能力降低,一般,x,s,=0.6-0.8,2.,溶剂的选择,(1),溶剂选择性高,.,(2),易再生,稳定性好,.,(3),价格低,毒性小,无腐蚀性,要求,:,（,Ewell,）的液体分类法,类型,：能形成三维强氢键网络的液体；,类型,：同时含有活性氢原子和施主原子（氧、氮,和氟）的分子组成的液体；,类型,：分子中仅含施主原子的液体；,类型,：分子中仅含活性氢原子的液体，这些分子,中一个碳原子上连接,2,或,3,个氯原子，或在,一个碳原子上连接一个氯原子，但在相邻,碳原子上连接一个以上氯原子；,类型,:,其它液体，它们没有形成氢键的能力。,溶剂选择方法,(,定性,),从同系物中选择使溶剂,S,与塔底组分形成理想溶液,即,:,或,从分子结构相似（或极性相似）的概念选择溶剂,常见有机化合物按极性增加的顺序排列为：,烃醚醛酮醇二醇水,对于多元系,一般将多元系的问题简化为两个关键组分和溶剂组成的三元系，在选择溶剂时，同样能得到满意的结果。,3.,萃取精馏计算,(,简捷计算法,),解决,:,溶剂用量计算,(S),理论板计算,（,N),基本假定：,精馏段 与提留段,为常数；,塔内恒摩尔流,（当 时 ）；,进料溶剂是纯；,塔顶产品中不含溶剂。,(1),溶剂用量计算,(S),总物料衡算,V+S=L+D,对溶剂,(S)Vy,s,+S=Lx,s,联例求解,:,(2-164),精馏段,:,将非溶剂部分虚拟为一个组分,n,，其相平衡关系为：,相平衡,y,s,=k,s,x,s,(,溶剂,),y,n,=k,n,x,n,(,非溶剂,),相对挥发度,联例求解,:,(2-167),结合,(2-164),和,(2-167),精馏段,:,(2-168),(2-169),提馏段,:,(2-170),其中,:,(2-17,),分别是各段的,顶和底。,一般,:,相当大,所以,当饱和蒸汽进料时：,其中：,计算步骤,:,塔顶,(2-162),(2-171),S(x,s,),(2-169),加料,(2),理论板简捷计算,(N),简化计算的基本点,1,、或 都是常数，溶剂只改变关键组分的相对挥发,度，（三元精馏计算作拟二元计算）；,2,、恒摩尔流，为常数，可应用普通精馏的简捷计算,法；,3,、防止溶剂塔顶带出，在溶剂进料口以上需设溶剂回收,段。如果溶剂沸点高于重组分,180,190,，增加,1,2,块。溶剂挥发度大些，则可取,3,4,块。,计算步骤,如,BP,进料,如,DP,进料,计算,Nm,，,R,时，要先作两项计算：,塔顶、塔底产品的预估算：,以,100Kmol,进料为基准，作物料衡算，得：,（算到脱溶剂浓度）,计算平均相对挥发度,一般要算出溶剂加料板，原料进料板及塔底,三处的 ，然后取平均。,其中：,用,Antoine,方程计算；,用活度系数方程计算。,溶剂浓度,x,s,回流比,R,x,s,4.,萃取精馏的操作特点,所以回流比萃取精馏的影响与普通精馏不同,有一最佳值,.,盲目调节回流比，往往得不到预期的效果；,恒沸精馏,:,加溶剂,S,使,溶剂和原料中某些组分形成恒沸物,或,2.4.2,恒沸精馏,1.,相图,三元汽液平衡的相图用正三棱柱表示,纵轴为温度,底为正三角形表示组成,.,上曲面是露点面,下曲面是泡点面,恒沸点两面相切,甲乙酮甲苯正庚烷相平衡图,正庚烷和甲乙酮有最低恒沸物，沸点图中实线表示各等泡点温度线，虚线表示各等露点温度线,(1),具有三对性质相同的两元恒沸物时，大多会有三元恒沸物：,（,2,）三元系中有二对两个性质相同的二元恒沸物时压力面上连接两个恒沸物之间出现,“,脊,”“,沟,”,：,（,3,）当三元系中有二对二元最低恒沸物，而另一对是二元最高恒沸物时，压力曲面上就可能出现“谷”；温度曲面上就可能出现“脊”；,当三元系中有二对二元最高恒沸物，而另一对是二元最低恒沸物时，温度曲面上就可能出现“沟”；压力曲面上就可能出现“脊”；,2.,恒沸点的预测,当气相作为理想气体时,:,(2-172),恒沸点时,:,总压：,(2-173),3.,恒沸精馏流程,恒沸精馏流程包括恒沸精馏和恒沸剂回收系统组成,.,根据恒沸物,性质,不同,有各种流程,:,恒沸物,均相,(,萃取,),非均相,(,液液分离,),形成几对二元或三元恒沸物,(1),系统有一对两元恒沸物,分离：,原料：环己烷,+,苯,溶剂：丙酮,萃取剂：水,(2,）,系统有两对两元恒沸物,分离：,原料：甲苯,+,烷烃,溶剂：甲醇,萃取剂：水,(,）,塔顶馏出液为三元非均相恒沸物,分离：,原料：乙醇,+,水,溶剂：苯,4.,恒沸精馏塔两端产品,恒沸精馏塔产物不仅与塔的分离能力有关,还与恒沸剂用量及进料组成有关,.,精馏产物与全部进料总组成,（原料组成、溶剂用量）,有关,:,对于二元精馏,T-X,图上的差异：,对于具有三元最低恒沸物的情况：,当,F,一定，不同夹带剂的用量将有不同的塔底产品组成；（服从杠杆规则）,2.,塔内温度不会出现极值；,3.,当总组成变化，也会影响塔顶、塔底的产品组成。,5.,恒沸剂选择,(1),与料液中一个或二个组分形成最低恒,沸物,最好形成非均相恒沸物,.,而且与,其它组成沸点差,T10.,(2),恒沸物中,S,含量低,(,节省能耗,).,(3),溶剂,S,回收容易,.,(4),汽化潜热小,.,(5),价格,毒性,腐蚀性,热稳定性等,.,6.,计算,由于恒沸精馏非理想性强用,MESH,方程联例求解,或逐板计算法,.,共同点,:,加,S,不同点,:,(1),恒沸精馏选用的溶剂,S,必须与待分离组成形成恒沸物,.,(2),恒沸精馏溶剂一般从塔顶蒸出故能耗比萃取精馏大,.,(3),恒沸精馏可连续或间歇操作,萃取精馏只能连续操作,.,(4),恒沸精馏的操作温度比萃取精馏低,更适宜热敏物质,.,2.4.3,恒沸与萃取精馏比较,2.5,板效率,板效率是考虑理论板和实际板之间的差异。板效率与传质速率，板上汽液两相混合情况，非理想流动以及级间返混（雾沫夹带，泡沫夹带，漏液）因素有关。,理论板,:,有三点假设,:,1.,汽液两相达到平衡,2.,汽液两相均全混,3.,汽液两相实现完善分离,L,j-1,x,j-1,V,j,y,j,V,j+1,y,j+1,L,j,x,j,实际板与理论板的差异：,理论板,实际板,点上,离板的汽液两相达到相平衡,受塔板结构、流动情况，物系性质和平衡关系影响，不可能达到平衡,面上,板上汽相全混，液相全混，汽液两相均匀流动，无停留时间差异,小塔近似满足，大塔完全不满足，汽液两相存在板上浓度梯度,空间,汽液两相完善分离（无板间返混）,雾沫夹带，泡沫夹带，漏液等，不可能完善分离,塔板上某点传质,E,OG,E,MV,E,a,塔效率的求取方法,(,美国化学工程师协会,),首先根据塔板上某点的传质求取点效率,E,OG,，然后考虑塔板上液相返混求默夫里板效率,E,MV,，再考虑夹带的影响求出湿板效率,Ea,，最后用相平衡曲线和操作线求塔效率,E,0,.,E,0,=N/N,p,平衡线,操作线,夹带,板上液相返混,.,点效率,E,OG,点效率定义：,假定,:,(1),板上液层在垂直方向,均匀混合,(2),汽体呈活塞流通过液,层,.,对微元作物料衡算,:,V,汽相流率,(kmol/m2s)a,传质比表面,(m,2,/m,3,),H,f,泡沫层高度,(m)S,截面积,(m,2,),y*,与,x,与平衡的汽相摩尔分率,k,y,汽相传质系数,(kmol/m,2,s),积 分：,汽相总传质单元数,N,OG,=k,y,aH,f,/V k,y,a,，,H,f,；,E,OG,AICHE,根据泡罩塔和筛板塔实验结果，归纳出两个,经验式：,.,默夫里板效率,E,MV,定义：,影响板效率的因素有：,1,、塔板上液体混合情况的影响；,2,、板上液体非均匀流动的影响；,3,、板间气体不完全混合和不均匀分布的影响。,(1),液体在板上呈活塞流,假设：,（,路易斯，,1936,）,汽相在级间全混；,板上各点 相等；,液体在板上呈活塞流；,A,吸收因子,L/mG,液相活塞流将得到最大的干板效率。,L,J,板,y,x,(2),液体在板上轴向部分混合，用扩散模型描述,AICHE,对泡罩塔和筛板塔建议了,DE,的经验估算式：,假定：,汽相完全混合各点,E,OG,相同,公式,(2-188),作图,:,当塔径增大,Z,L,塔板上液,体沿轴向流动趋近于活塞流,那么随着塔径增大干板效率,是否越高,?,(3),非理想流动,提高塔效率的关键：,1.,促进液相经过塔板时的均匀流动；,2.,防止全混，减小返混，朝活塞流目标努力。,液体在塔板上的非均匀流动,汽体在板间的不完全混合和通过塔板的不匀分布,气体在板间不完全混合,当：,a.,液体在相邻板上同向活塞流,;,b.,液体在相邻板上反向活塞流,;,将这二种不同情况，在相同的,E,OG,和,S,下进行比较：,a.E,OG,=0.8 S=1 Emv=1.3,b.E,OG,=0.8 S=1 Emv=1.15,液体在相邻板上反向流动,气体在板间的不完全混合和汽体通过塔板的不匀分布对板效率产生不利影响,.,塔板改进：,（导向浮阀和导向筛板）,使塔板上液体趋向活塞流。,减少塔板上液体落差。,消除塔板上液体环流及死角。,总结,:,1.,液相在板上轴向不完全混合，使,E,MV,提高。液相在,塔板上横向流动能削弱液相不均匀流动的影响。,2.,液相不均匀流动，尤其是环流，使,E,MV,明显下降。,3.,汽相在级间的不完全混合和通过塔板时不均匀流,动对板效率产生不利影响。,4.,在计算默夫里板效率（,E,MV,-E,OG,）时只考虑了塔板,上液体轴向流动的影响，没有考虑非理想流动的,不利影响和液相在板上横向流动的作用。,湿板效率与默夫效率的关系：,一般控制雾沫夹带量,漏液量占总液量的分率,;,吸收因子,解得,:,(2-195),若塔板上有漏液,:,(2-196),平衡线与操作线不是直线,首先用,Ea,修正平衡曲线：,将,DFJ,各点连接，得到修正的平衡曲线；其次按两元图解法步骤得到分离所需的实际板,Np,最后得塔效率,：,.,塔效率与板效率间的关系,平衡线与操作线都是直线各板的,Ea,相等时，可建立,E,0,的解析式：,精馏时，平衡线是曲线，操作线通常是折线，若用此式计算，至少应将全塔分为几段，各段近似将,S,当作常数。,.,系统物性对板效率的影响,（,1,）粘度,L,AD,L,E,0,（,2,）相对挥发度,K,溶解度,R,L,E,0,（,3,）表面张力梯度的影响：,正系统：泡沫稳定性好，适宜在泡沫工况下操作；,负系统：泡沫稳定性差，适宜在喷射工况下操作。,若能实现合适的操作工况，有利于提高塔板的效率。,1,先计算,N,G,，,N,L,，从而算,2.,3.,根据汽液两相混合情况计算,E,MV,；,4.,考虑雾沫夹带得到湿板效率,Ea,；,5.,由平衡线、操作线得到总板效率,E,0,.,获得效率的途径,（,1,）模型计算,E,0,=,f,(,塔结构,操作条件,物性,),E,0,f,(,物性,),查图,(2-46),关联式：,（,2,）经验关联式,(3),实验测定,应用奥德肖玻璃筛板塔测取点效率,E,OG,玻璃筛板塔,塔径：,用于减压或常压精馏一般是玻璃结构，加压精馏时需用金属制作。,已考虑夹带,E,OG,大塔效率,大塔效率,(,结果偏保守,),(2-188),修正,实验证明,:,在相同的泛点百分率,其点效率比大塔稍小一些,.,采用工厂或工业规模试验的实测数据，一般试验塔设备结构和操作条件与设计塔不可能完全一致，但只要试验操作正常，测得效率还是相当可靠。,(4),实测或中试,直接用,拉西环 鲍尔环 波板丝网,(3-5,块,/,米,),.,填料塔,(HETP),等板高度,HETP,与影响传质过程的因素有关，目前还未曾得到满意的关联式，在设计中，最好采用实测数据，也可参考一些经验估算法。,H=NHETP,增加产量,:,压降,P,小，操作汽速,u ,产量,填料塔,HETP,小,板数,N ,回流,R ,解决,:,喷淋密度 液体分布器,基斯特将文献中估算散装填料经验规则汇总于表：,本章结束,