料衡算得:
式中D为塔顶产品流量;xn为离开第n板的液相浓度;yn+1为离开
第n+1板的汽相浓度。此式称精馏段操作线方程,在y-x图上是斜率
为L/V的直线。同样取提馏段第m板至塔底的塔段为对象,作易挥发
组分物料衡算得:
式中D为塔底产品流量。此式称为提 馏段操作线方程。将汽液平衡关系和两条 操作线方程绘在y-x直角坐标上。 根据理论板的定义,离开任一塔板的汽 液两相浓度xn与yn,必在平衡线上,根据
组分的物料衡算,位于同一塔截面的两相浓度xn与yn+1,必落在相应塔段的操作线上。在塔顶产品浓度xd和塔底产品浓度xw范围内,在平衡线和操作线之间作梯级,每梯级代表一块理论板,总梯级数即为所需的理论板数nT,跨越两操作线交点的梯级为加料板。计入全塔效率,即可算得实际板数np(见级效率);或根据等板高度,从理论板数即可算出填充层高度(见微分接触传质设备)。 1.1.3.2捷算法
用作粗略估算,首先根据芬斯克方程,(美国m.R.芬斯
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克1932年建立的全回流理论板数计算方程)算出采用全回流操作达到给定产品浓度xd和xw所需的最少理论板数nmin(包括再沸器):
式中α为待分离两组分间的全塔的平均相对挥发度,常取塔顶和塔底处的相对挥发度的几何平均值。再由nmin、最小回流比Rmin和选用的回流比R,从吉利兰经验关联式(1940年美国e.R.吉利兰建立的计算理论板数关联式): 求出所需的理论板数nT。对于相对挥发度在全塔接近常数的系统,即接近于理想溶液的混合液的分离,捷算法较可靠,并可推广到估算多组分料液的精馏。捷算法在作整个生产过程的优化计算时常被采用,以节省时间。 1.1.3.3严格计算法
随着精馏技术日趋成熟和生产规模的扩大,具有多股加料和侧线抽出等特殊功能以及具有侧塔和中间再沸器等的各种复杂的精馏塔(见精馏设备)相继出现。现今越来越需要对精馏作出严格计算,以了解塔内温度、流量和浓度的变化,达到更合理的设计和操作。电子计算机的应用,为严格计算法提供了条件。各种严格计算法均基于四类基本方程:即组分物料衡算式、汽液相平衡关系、归一方程(汽相及液相中各组分摩尔分率之和为1)和热量衡算方程。对每块理论板都可以建立这些方程,组成一个高维的方程组,然后依靠电子计算机求解。根据不同的指定条件,原则上此方程组可用
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于新塔设计或对现有塔的操作性能核算。 1.2实验目的
1、熟悉精馏的工艺流程,掌握精馏实验的操作方法。 2、了解板式塔的结构,观察塔板上气-液接触状况。 3、测测定全回流时的全塔效率及单板效率。 4、测定部分回流时的全塔效率。 5、测定全塔的浓度或温度分布。 6、测定塔釜再沸器的沸腾给热系数。 1.3实验流程图 配料 ↓ 加料 ↓
启动加热器 ↓ 原料升温 ↓
温度达到原料沸点 ↓
原料形成蒸汽 ↓
塔顶温度升高
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↓
开启冷凝水开关 ↓ 产品冷凝 ↓
调整回流比 ↓ 采集产品 1.4实验原理
在板式精馏塔中,由塔釜产生的蒸汽沿塔逐板上升与来自塔顶逐板下降的回流液,在塔板上实现多次接触,进行传热和传质,使混合液达到一定程度的分离。
回流是精馏操作得以实现的基础。塔顶的回流量和采出量之比,称为回流比。回流比是精馏操作的重要参数之一,其大小影响着精馏操作的分离效果和能耗。
回流比存在两种极限情况:最小回流比和全回流。若塔在最小回流比下操作,要完成分离任务,则需要有无穷多块塔板的精馏塔。当然,这不符合工业实际,所以最小回流比只是一个操作限度。若操作处于全回流时,既无任何产品采出,也无原料加入,塔顶的冷凝液全部返回塔中,这在生产中无实验意义。但是,由于此时所需理论板数最少,又易于达到稳定,故常在工业装置开停车、排除故障及科学研究时
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