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精馏的计算方法



主要是精馏塔的计算。不论是板式塔或是填充塔,通常都按分级接触传质的概念来计算理论板数。对于双组分精馏塔的设计计算,通常给定的设计条件有:液体混合物(料液)的量F和浓度xf(以易挥发组分的摩尔分率表示),以及塔顶和塔底产品的浓度xd和xw。计算所需的理论板数 NT和实际板数NP 。计算前必须先确定合理的回流比。理论塔板数的计算方法有:

图解法

最常用的是麦凯勃-蒂利图解法(美国W.L.麦凯勃和E.W.蒂利在1925年合作设计的双组分精馏理论板计算的图解方法)用于双组分精馏计算。此法假定流经精馏段的汽相摩尔流量V和液相摩尔流量L以及提馏段中的汽液两相流量V′和L′都保持恒定。此假定通常称为恒摩尔流假定,它适用于料液中两组分的摩尔汽化潜热大致相等、混合时热效应不大、而且两组分沸点相近的系统。图解法的基础是组分的物料衡算和汽液平衡关系。

精馏塔的计算精馏精馏精馏精馏精馏

取精馏段第n板至塔顶的塔段(图2)为对象,作易挥发组分物料衡算得: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(图3)。

精馏塔的计算精馏

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)。

捷算法精馏塔的计算精馏精馏精馏

用作粗略估算,首先根据芬斯克方程,(美国M.R.芬斯克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。


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