板式精馏塔进料口最佳位置的确定及理论塔板数的求解.doc

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1、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

2、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。23目录第一章理论塔板数的计算31.精馏段的物料衡算──精馏段的操作线方程31．1精馏段物料衡算31.2恒摩尔流假定41.3精馏段操作线方程42.提馏段的操作线方程──提馏段的物料衡算53.进料段的物料衡算64.逐板计算法求理论板数85.图解法求理论板数86．适宜的进料位置10第二章、际塔板数与精馏

3、塔的效率111.全塔效率112.板效率123.点效率134.塔板效率的影响因素13第三章、简捷法求理论板数131.1吉利兰关联图131.2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2323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

4、。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。231.2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。

5、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

6、。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)23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

7、料衡算：易挥发组分的物料衡算方程为(10-66)式中──提馏段各板的液相流率，kmol/h；──提馏段各板的汽相流率，kmol／h；。──第层板下降液相中轻组分的摩尔分率；──第层板上升气相中轻组分的摩尔分率。将式(10-65)代入式(10-66)，消去，可得23式(10-67)称为提馏段操作线方程。它表达了在一定操作条件下提馏段内自第m层板下降的液相组成与其相邻的下层板上升的汽相组成的关系。要应用提馏段操作线方程式，必须先计算出，它除了与精馏段回流量有关外，还与进料流率及其热状况有关。3.进料段的物料衡算精馏段与提馏段的汽相和液相流量是通过进料联系在一起

8、的。3.1汽、液混合物进料，进料的液化分率为，原料进塔后，汽相部分