精馏

精馏
概述
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x f（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x d和x w。

计算所需的理论板数N T和实际板数N P 。

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。

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：
图2
精馏
式中D为塔顶产品流量;x n为离开第n板的液相浓度;y n+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：
精馏
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)。

根据理论板的定义，离开任一塔板的汽液两相浓度x n与y n，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x n与y n+1, 必落在相应塔段的操作线上。

在塔顶产品浓度x d和塔底产品浓度x w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N T，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N P(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)。

图3
捷算法
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x d和x w所需的最少理论板数N min（包括再沸器）：
精馏
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N min、最小回流比R min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）：
精馏
求出所需的理论板数N T。

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。

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于新塔设计或对现有塔的操作性能核算。

编辑本段精馏过程的节能
精馏过程的核心在于回流，而回流必须消耗大量能量。

降低能耗是精馏过程发展的重大课题。

除了选择经济上合理的回流比外，主要的节能措施有：①热泵精馏。

将塔顶蒸气绝热压缩（见热力学过程）升温后，重新作为再沸器的热源(见热泵蒸发)；②多效精馏。

精馏装置由压力依次降低的若干个精馏塔组成，前一精馏塔塔顶蒸气用作后一精馏塔再沸器的加热蒸气（见多效蒸发）；③采用高效精馏塔，可用较小的回流比；采用高效换热器，可降低传热温度差，这样就可以减少有效能损失。

④采用电子计算机对过程进行有效控制，减小操作裕度，确保过程在最低能耗下进行。

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