（化学工程专业论文）化学交换与精馏法分离硼同位素中试实验装置和分析装置的设计.pdf

中文摘要 本文采用化学交换反应精馏法分离硼同位素，通过三氟化硼与三氟化硼一苯 甲醚络合物的化学交换反应，使得硼1 0 同位素在液相富集，达到分离的目的。 该化学交换反应体系具有较高分离系数、较低原料分解率、毒性小、常温常压下 操作等特点，优于其它分离体系。 本文对硼同位素分离的工艺流程做了相应的改进，整个工艺流程主要由交换 精馏塔、络合塔、裂解塔、除杂塔和干燥塔等5 个部分组成。文中根据实验室中 的中试研究装置，对整个工艺流程进行了设计计算。并且依据此计算建立了中试 实验装置，为下一步的实验研究打下了良好的基础，同时也为实现工业化的投建 打下了良好的理论和实践基础，是硼l o 同位素分离由理论转为实践的突破。 本文根据硼1 0 同位素吸收热中子的特性，设计了利用中子吸收法测定硼1 0 同位素生产过程中的测试装置，详细阐述了测定原理，并对于测试装置的结构和 安装提出了自己的构想，为实现工业化打下了良好的开端。 关键词：硼同位素工艺流程设计中子吸收测试装置 同位素丰度 a b s t r a c t t h es e p a r a t i o no fb o r o n - l oi s o t o p e sw a ss t u d i e di n t h i sa r t i c l eb yc h e m i c a l i s o t o p ee x c h a n g ed i s t i l l a t i o nb e t w e e nb f 3a n dt h ec o m p l e xa u l s o l e 。b f 3 t a k e di n t o a c c o u n tt h eh i g h e rs e p a r a t i o nf a c t o r , t h el o w e rr a t eo fd e c o m p o s i t i o no fa n i s o l e ，t h e l o w e rt o x i c i t ya n do p e r a t i o nu n d e rr o o mt e m p e r a t u r ea n da l m o s p h e r i cp r e s s u r e ，t h i s c h e m i c a le x c h a n g es y s t e mo f b f 3a n da n i s o l e 。b f 3w a ss u p e r i o rt ot h eo t h e r s n ep r o c e s so fe n r i c h i n gb o r o n - 1 0i s o t o p e sw a si m p r o v e d a n dw h o l ep r o c e s s w a sc o m p o s e do fe x c h a n g er e a c t i o na n dd i s t i l l a t i o nc o l u m n , c o m b i n a t i o nc o l u m n , d e c o m p o s i t i o nc o l u m n ，p u r i f i c a t i o n c o l u m na n dd r y i n gc o l u m n t h ep r o c e s s e s i n c l u d i n ga l tt h ec o l u m n sw e r ec a l c u l a t e da c c o r d i n gt ot h ep i l o t - s c a l ee x p e r i m e n ti n t h el a b o r a t o r y 1 1 1 ep i l o t s c a l ee x p e r i m e n tw a sb u i ri nt h el a b o r a t o r ya c c o r d i n gt h e c a l c u l a t i o n b a s e do nt h es p e c i a l i t yt h a to n l yb o r o n1 0c a r ta b s o r bt h et h e r m a ln e u t r o n , t h e p a p e rd e s i g n e da ni s o t o p ea b u n d a n c et e s t i n ga p p a r a t u s n ”t e s t i n gp r i n c i p l ew a s e x p a t i a t e d k e yw o r d s ：b o r o n i s o t o p e s ，p r o c e s sd e s i g na n dc a l c u l a t i o n , n e u t r o na b s o r p t i o n , t e s t i n g a p p a r a t u s ，i s o t o p ea b u n d a n c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤洼盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：群 刘 签字日期：a 衫年孑, e l 么日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权墨鲞盘茎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：导师签名： 阉 签字日期：o 王爿年7 月日签字目期：肉彩年夕月曰 第一章文献综述 1 1 硼同位素简介 1 1 1 硼同位素概述 第一章文献综述 硼，原子序数5 ，原子量1 0 8 1 1 。约公元前2 0 0 年，古埃及、罗马，巴比伦 曾用硼砂制造玻璃和焊接黄金。1 8 0 8 年法国化学家盖吕萨克和泰纳尔分别用 金属钾还原硼酸制得单质硼。硼在地壳中的含量为0 0 0 1 。 硼是微量易溶的轻元素，主要存在于水圈及上地壳沉积岩系中，海相沉积物、 大洋热液蚀变玄武岩及海水是硼的主要载体。在地球内部下地壳、地幔中以及 来自宇宙星系陨石中的硼含量都非常低。自然水体中硼主要以b ( o h ) 。、和b t 2 9 8 ) z - - ( 2 t - 7 2 1 ) ( - 1 3 5 ) 7 络合度 a o = o 1 4 4 5 7 ，a l = o 5 5 6 5 8 ，a 2 - 0 8 1 9 0 0 ， a 4 = 一0 4 7 2 0 8 0 ，a n = 一0 3 2 6 7 2 0 热裂解度 4 3 0 k ，p = o 1 0 5 m p a r = 6 9 1 0 1 m o l b f 3 m o l a n 8 4 3 6 k ，p = o 1 2 3 m p a r = 4 2 l o “m o l b f 3 m o l h n 4 3 9 k ，p - - o 1 3 9 m p a r = 5 5 1 0 6 m o l b f 3 m o l a n 2 2 工艺流程介绍 2 2 1 苯甲醚干燥塔 三氟化硼是一种具有令人窒息气味的气体。遇空气会发烟，这是因为它与空 气中的水发生缔合反应，因此空气中的水分含量不镘超过i m g m 3 。不仅如此， 在硼1 0 同位素的生产过程中，还必须严格控制整个系统中的水含量。因为三氟 化硼遇水生成的氟化氢等物质，不仅有毒，而且对设备有极强的腐蚀性。 1 8 第二章工艺流程 固体硼酸不断积累在体系中，严重时可堵塞体系使整个体系失去作用，氟硼 酸能溶解不锈钢，氢氟酸对工业装置不锈钢，尤其是焊缝产生严重腐蚀。美国对 循环冷却系统采用苯甲醚闭路循环代替循环水就是以防万一进水。 三氟化硼的一水化合物实际上是一种酸，可以将其分子式改写为如下形式： h b f 3 0 h 。其二水化合物的结构可表示如下：h 3 0 + b f 3 0 h 一。对三氟化硼与水的 反应体系的研究表明嘲1 ，2 9 8 1 5 k ，当三氟化硼的浓度在o 0 1 1 5 6 m p a 的范围 内，三氟化硼与水的反应如下： b f 3 + h 2 0 h b f 3 0 h ( 2 2 ) h b f 3 0 h + h 2 0 h f + h b f 2 ( o h ) 2 ( 2 - 3 ) h b f 2 ( o h ) 2 + h 2 0 卜h f + 髓f ( o h ) 3 ( 2 - 4 ) 耶f ( o h ) 3 h f + h 3 8 0 3 ( 2 - 5 ) 反应( 2 2 ) ( 2 5 ) 在很短的时间内就可以完成，而下列反应则较慢： i - - i b f 3 0 h + h f h b f 4 + h 2 0r 一m 最终三氟化硼在水中达到溶解平衡后包含以下物质：h b f 4 、h b f 3 0 h 、 h b f 2 ( o i - i h 和h 3 8 0 3 。以上的酸中，除硼酸、氢氟酸以外，其余的均为强酸，其 中h b f 4 、h b f 3 0 h 和h b f 2 ( o h ) 2 的酸性较盐酸而言，有过之而无不及，它们严 重腐蚀塔设备及塔内填料，可导致整个系统无法进行，因此必须严格控制塔内液 相中水的含量。塔内的微量水主要由苯甲醚带入，一般来说，苯甲醚原料中的含 水量一般是0 0 4 - 0 0 5 ( 质量百分含量) ，必须将其进行干燥处理，使其含水量 降低到0 0 0 3 0 0 0 5 以下。苯甲醚的干燥过程是在一个填料塔内进行的，塔 底通入干燥的氮气，液态的苯甲醚由塔顶通入，干燥的氮气与苯甲醚在塔内形成 逆流。水在气相、液相中的分配比定义为： r 一 - 2 0 l , ，。 1 。 2 0 话k 。， ( 2 - 7 ) r 与温度的关系可以通过下式表示“： l o g f = - 6 9 7 0 + 2 8 3 0 t ( 2 8 ) 这一关系式对于低含水量的苯甲醚在2 7 3 k 3 6 3 k 下均适用。在室温下r = 3 3 6 。 塔内采用3 30 环金属丝网填料，塔内径为5 0 m m ，塔高为1 5 m 。苯甲醚与 氮气的流量摩尔比为1 ：6 ，在室温下进行操作。对该塔进行压降及物料成份的 测定，以保证苯甲醚中水的含量合格。氮气在塔顶流出，流出端接一干燥器来防 止空气中的水份进入塔内。干燥后的苯甲醚由塔底流出，进入储罐。苯甲醚由储 第二章工艺流程 罐流出进入络合物生成塔，进行循环操作。 2 2 2 三氟化硼一苯甲醚络合物生成塔 为了保证交换精馏塔中气液两相逆流操作的连续运转，也为了保证o b 同位 素得到最大程度的富集，需将从交换精馏塔底流出的重相转变成轻相，返回塔中； 将从塔顶流出的轻相转化成重相，回流入塔。这种两相相互转变的过程称为回流， 将轻相转化成重相的过程称为顶回流，将重相转变成轻相的过程成为底回流。其 中在此装置系统中，顶回流是以三氟化硼一苯甲醚络合物生成塔形式出现的，底 回流是以络合物的裂解塔形式出现的。 从干燥塔流出的干燥苯甲醚经密封性较好的隔膜泵输入，从络合塔的塔顶流 入络合塔，气态的三氟化硼由塔底进入。在塔内，三氟化硼与苯甲醚形成逆流接 触，发生快速络合反应，反应方程式如下： c 6 h s o c h 3 ( 1 ) + b f 3 ( g ) - - - c 6 h 5 0 c h 3 b f 3 ( 1 ) ( 】一3 ) 该反应为放热反应，反应热为：ah = 5 1 5 3 k j m o l ，在没有换热的情况下， 液体局部的温度会很高，导致过热产生气泡，使络合物分解。因此为了避免络合 物的分解，采用了套管式换热器进行降温，内管填以。环形填料，在填料表面进 行络合反应。夹套走冷凝水，冷凝水由下口进入，由上口流出，进行逆流换热。 将从络合塔流出的络合物降到室温。同时还可以通过改变冷却水的流量来改变进 入交换精馏塔的络合物的温度。 塔的高度由络合反应的时问与苯甲醚的流速来确定，使反应在塔的中部进 行，保证苯甲醚反应完全。可以通过测定塔内温度的变化来确定塔内反应进行的 区域，温度最高点即为反应进行区域。 2 2 3 化学交换反应精馏塔 从络合塔底流出的三氟化硼一苯甲醚络合物经密封性较好的隔膜泵输入化 学交换反应精馏塔的顶端，在泵的前面设置一个小的储存罐儿，起到液流的缓冲 作用，通过液相流量计控制进入精馏塔的络合物的流量。塔内填以高效的0 环形 填料，液态络合物由塔顶流下，气态的三氟化硼由塔底上升，与三氟化硼一苯甲 醚络合物在塔内形成逆流，在填料表面发生化学交换反应，反应的化学方程式如 下： c 6 h 5 0 c h 3 1 1 b f 3 ( 1 ) + 1 0 b f 3 ( g ) c 6 h 5 0 c h 3 。i o b f 3 ( 1 ) + 1 1 b f 3 ( g ) ( 1 - 3 1 同时，由杂质与三氟化硼形成的络合物同样与三氟化硼进行化学交换反应， 第二章工艺流程 反应的化学方程式如下： c 6 h s o h i i b f 3 ( i ) + 1 0 b f 3 ( g ) ；c 6 h s o h 1 0 b f 3 ( 1 ) + 1 1 b f 3 ( g ) ( 2 9 ) o - ( p ) - c h 3 - c 6 h 4 0 c h 3 , 1 1 b f 3 ( i ) + 1 0 b f 3 ( g 户o ( p ) c h 3 - c 6 h 4 0 c h 3 0 1 0 b f 3 ( 1 ) + 1 1 b f 3 ( g ) ( 2 - 1 0 ) o - ( p ) c h 3 - c ：q 4 0 h i i b f 3 ( 1 ) + 1 0 b f 3 ( g ) ：= ：= o - ( p ) 一c h 3 - c 6 h 4 0 h i o b f 3 ( d + 1 1 b f 3 ( g ) ( 2 1 1 ) 经过多级反应，含有1 0 b 原子的三氟化硼分予逐渐在液相中浓缩，随着液态 络合物的下流，络合物中的1 0 b 原子的丰度逐渐升高，在塔底时达到最高值，也 就是我们所要求的产品的丰度。 该化学交换反应精馏塔在常温、常压条件下操作，故比其它方法( 如乙醚一 三氟化硼络合物法、甲醚一三氟化硼络合物法的操作条件是低温、真空) 的操作 条件更加优越。常温、常压下，三氟化硼一苯甲醚络合物化学交换反应精馏的分 离系数与温度的关系如下式所示： l o g a + = 9 8 7 5 3 7 t 一0 0 2 0 0 5 ( 2 - 1 2 ) 2 9 8 k 时，盯+ = 1 0 3 0 ，由于分离系数较小，故需要较多的理论板数。 本实验采用两塔串联来进行实验。 两塔之间使用密封性能好的隔膜泵来输送液相，泵的前面设置一个小的储存 罐，在改变流量时可起到对泵的缓冲作用。塔内每隔一段使用少量的规整填料将 0 环形散堆填料隔断，起到对0 环形散堆填料的支撑作用和对气液相的再分布作 用。 三氟化硼原料气由第一个塔的底部进入塔内，用气相流量计控制三氟化硼原 料气的流量。塔底三氟化硼气相回流，回流的三氟化硼气体是由络合物裂解器裂 解络合物产生的。在裂解器的顶部得到的产品1 0 b 。 2 2 4 络合物裂解塔 由于硼同位素在自然界中的浓度较高，再加上原料价格的昂贵，几乎所有的 硼同位素分离生产装置中都包括放空回收部分。这样，整个分离装置就需要两个 逆流操作，顶回流和底回流。顶部废料逆流装置就是前面所说的络合塔，它的作 用在于：三氟化硼与苯甲醚在此形成络合物，剩余的三氟化硼进入放空回收系统。 而底部产品逆流装置，也叫作络合物裂解器。裂解塔的作用有三个： 第二章工艺流程 ( 1 ) 使络合物完全裂解，将三氟化硼从液态络合物中完全分离出来； ( 2 ) 从含有苯甲醚的气相中，将三氟化硼分离出来； ( 3 ) 将气态三氟化硼引入分离系统的底部。 裂解塔包括一段填料塔，一个底部蒸馏器及一个塔顶冷凝器。塔内填以高效 的0 环形散堆填料，由精馏塔流出的三氟化硼一苯甲醚络合物由自身的重力由塔 的顶端输入裂解填料塔，塔的上部温度较低。塔底蒸馏器受热，使部分苯甲醚沸 腾挥发，塔的下部温度较高，约为1 6 0 0 c 左右，故在塔内存在温度梯度。络合物 在下流过程中，在填料的表面与上升的蒸汽发生热量传递，络合物吸热，温度逐 渐升高，络合物逐渐发生裂解反应，反应方程式如下： c 6 h 5 0 c h 3 。b f 3 ( i ) - - c 6 h 5 0 c h 3 ( i ) + b f 3 ( g ) ( 2 1 3 ) 在温度由3 5 3 k 上升到4 3 3 k ，络合物的分解值r 相应的由0 9 8 上升到0 9 9 2 。 因而在络合物进入塔底蒸馏器时几乎完全裂解。 在整个分离过程中水与氟化氢是不允许有的杂质，水一般通过原料苯甲醚带 入系统中，而氟化氢则是通过三氟化硼与水的反应生成的，此反应可表示如下： b f 3 + 3 h 2 0 3 h f + h 3 8 0 3 ( 2 - 1 4 ) 在裂解器中的高温条件下，该反应进行的很快。反应产生的氟化氢与苯甲醚 发生如下的化学反应： c 6 h 5 0 c h 3 斗h f 卜c 6 h 5 0 h + c h 3 f ( 2 1 5 ) 因为三氟化硼、氟化氢是芳香族化合物的催化剂，所以，接下来会发生如下 的化学反应： c 6 h 5 0 c h 3 + c h 3 f 。= 二_ j - o - 0 ) - c h 3 一c 6 h 4 0 c h 3 + h f ( 2 1 6 ) c 6 h s 0 h + c h ，f 竺! o - ( p ) c h 3 - c 6 h 4 0 h + i - i f ( 2 1 7 ) 因此，在这种情况下，每一次循环苯甲醚在分解器中的分解达o 0 1 左右， 当三氟化硼的浓度越高，分解器的温度越高时，苯甲醚的分解就越强烈。分解产 物包括间、对甲基苯甲醚，微量的间、对甲苯酚和苯酚。研究发现，苯甲醚的分 解是在三氟化硼和氟化氢作催化剂的条件下分两步进行的： 第一步是苯甲醚分子内部发生了重排反应： c 6 h s o c h 3 。删删3 c 6 h 4 0 h ( 2 _ 1 8 ) 第二步是苯甲醚与甲基甲苯酚反应生成苯酚和甲基苯甲醚： o 一( p ) - c h 3 - c 6 h 4 0 h + c 6 h s o c h 3 鼍c 6 h s o h + o - ) - c h 3 。c 6 h 4 0 c h 3 ( 2 - 1 9 ) 第二章工艺流程 在3 6 3 k 时，上面两式的平衡常数分别为：k 。= 5 6 1 0 。4 h ，i ( 2 - - 0 1 1 t l - 1 ( 对于 o c h 3 一c b | 1 0 h ) 和k t - - 0 3 9 h 1 ( x t 于p - c h 。一c 6 h o h ) 由以上苯甲醚的分解机理可以推导出苯甲醚浓度随时间变化的关系式： 厂l 、 k 】= i 鲁e x p ( - k ：f ) ) ( 2 - 2 0 ) k k 2 所有的这些苯甲醚的裂解产物都可以与三氟化硼形成络合物。这些络合物在 苯甲醚的泡点下不能完全的裂解，所以它们与完全裂解的苯甲醚一起离开分解 器，这使得苯甲醚中的三氟化硼的浓度显著的提高，造成了浓缩后产品在苯甲醚 中的“寄生”。当使用有杂质的苯甲醚、三氟化硼原料时，液相苯甲醚形成高沸 点的焦油，从而造成随后的分离过程无法进行，因此，水是分离过程中的大敌， 要实现硼同位素的分离过程就需要将原料苯甲醚中的水的质量百分含量将至 0 0 0 3 0 0 0 5 以下。 裂解器由三部分组成。塔顶冷凝器用水作为冷却介质，采用逆流操作，换热 面积为0 0 4 m 2 ，将三氟化硼蒸汽冷却到室温。室温下苯甲醚的蒸汽压很小，挥发 出来的少量苯甲醚被完全冷凝回流塔内。这样从冷凝器流出的气体中只是三氟化 硼气体，一部分回流入交换反应精馏塔，一部分作为产品收集起来，收集三氟化 硼气体可采用醚类物质吸收。塔底的蒸馏器采用电加热。蒸馏器内裂解完全的苯 甲醚由底部流出，进入苯甲醚净化塔。 2 2 5 苯甲醚净化器 由于苯甲醚原料中含有少量的苯酚和甲苯酚等杂质，以及在后续工段中发生 裂解反应产生微量的苯酚、间、对甲基苯甲醚和间、对甲苯酚等杂质。这些杂质 均与三氟化硼发生如下的络合反应： c 6 h s o h ( 1 ) + b f 3 ( g ) - - - c 6 i - 1 5 0 h 。b f 3 ( 1 ) f 2 - 2 11 o 一0 ) 一c h 3 - c 6 h 4 0 c h 3 ( 1 ) + b f 3 ( g 声；o 如) c h 3 。c 6 h 4 0 c h 3 。b f 3 ( i ) ( 2 2 2 ) o - ( p ) 一c h 3 - c 6 h 4 0 h ( 1 ) + b f 3 ( g ) - - - - o - ( p ) - c h 3 。c 6 h 4 0 h b f 3 ( i ) ( 2 - 2 3 、 这些杂质形成的络合物与三氟化硼一苯甲醚络合物一起离开络合塔，进入交 换反应精馏塔，并进行化学交换反应，但是它们的分离系数均较三氟化硼一苯甲 醚络合物的分离系数低，因此会降低交换反应精馏塔的分离效率，所以要尽量降 低苯甲醚中杂质的含量。 净化后的苯甲醚冷却到室温，再进入苯甲醚干燥塔脱水。净化后的苯甲醚中 杂质苯酚的含量要低于0 0 0 2 0 0 0 3 。杂质由塔底取出。由于在系统操作过 程中苯甲醚不可避免的少量的裂解，造成苯甲醚的减少，因此必须对苯甲醚进行 第二章工艺流程 少量的补充。补充的少量新鲜的苯甲醚原料由塔底加入，用液相流量计控制其流 量。 总之，要使系统操作的顺利进行，就必须要减少苯甲醚的裂解及一些副反应 的发生。最基本的方法就是干燥苯甲醚，将苯甲醚中水的含量降低到0 0 0 3 0 0 0 5 以下。另外，对于由三氟化硼作催化剂引起苯甲醚发生的分解反应，我 们可以采用下列措施：( 1 ) 降低三氟化硼浓度较高区域的温度；( 2 ) 降低高温区 域三氟化硼的浓度。 2 3 工艺流程设计计算 2 3 1 交换塔的设计计算 现要设计计算”b 产量为5k g 年，纯度为3 3 的中试实验装置，具体的 分离要求如下： 操作压力：常压1 0 1 3 k p a操作温度：2 5 c 原料气1 a b 浓度：x f = 1 9 8 分离系数：a = 1 0 3 2 ( 2 5 c ) 分离要求：1 0 b 的塔釜浓度达3 3 塔顶浓度达1 5 2 3 i 1 全回流操作与最少理论板数 当分离物系和操作温度给定后，对于一定的分离要求x d - o 3 3 和= o 1 5 则全回流操作所需的理论板数最少。按f e n s k e 方程，有： n m = h ( 南 ( 导 1 1 l 口 小! = | ( 兰堂虬瑚引：喇， 2 3 1 2 最小回流比和操作回流比 耻击降一剖一 ：! i 1 0 3 2 x 0 3 3 一! 二! ：! 三卜1 ：2 7 6 4 ( 2 2 5 ) 2 丽l 丽一1 - 0 1 9 8r - 2 。 u 。 操作回流比可取为r = i 0 5r 。- - - 3 0 第二章工艺流程 2 3 1 3 部分回流下的理论板数计算 由物料衡算可得到富集段和剥淡段的操作线方程，以及平衡线方程。 平衡线方程： 卜焉 富集段操作线方程： y n + i = 铷一罟 剥淡段操作线方程： y m + 1 = 而i , i 一w x ( 2 2 6 ) ( 2 2 7 ) ( 2 2 8 ) 对操作线方程和平衡线方程进行坐标变换，可分别得到富集段和剥淡段的 s m o k e r 公式，然后可以计算各段的理论塔板数，具体过程为： 1 1 对富集段进行坐标变换 卜蒜 c = ! l + 鱼( a 二- 1 1 ) 也x n z - ；兰二墨8 x _ 一x 口 ( 2 - 2 9 ) ( 2 3 0 ) ( 2 3 1 ) ( 2 3 2 ) 以上各式中的x a 、x b 为富集段操作线与平衡线的两个交点，可将富集段操 作线方程与平衡线方程联立来求解，其数值解为： 第二章工艺流程 x n = 一 多一口+ ( 口一) 詈y 。 礅一) 軎 ( 2 3 3 ) 当根号前取负号时，计算出来的值为x a ；当根号前取正号时，计算出来的值 为x b 。再由式( 2 1 2 ) 和( 2 1 3 ) 可导出求算理论板数的s m o k e r 公式为： l = l o g c 式中x o 一转换后馏出液浓度m o l m o l ； x n 转换后进料的浓度m o l m o l 。 根据全塔的物料衡算，可以计算出f 、w 、l 、v ，再代入式( 2 2 6 ) ( 2 3 3 ) 中通 过计算我们可以得到x a ，x b ，c ，x o ，x n ，然后再将这些结果代入式( 2 - 3 4 ) 中即可以计算得到富集段的理论塔板数n l = 3 2 6 块。 2 ) 对剥淡段进行坐标变换 c = i l + ( a i - j 1 瓜) x 4 ( 与精馏段同) x - ：叠二垄 x 8 一x t ( 2 - 3 5 ) ( 2 - 3 6 ) x a ，x b 为剥淡段操作线与平衡线的两个交点，可将剥淡段操作线方程与平衡 线方程联立来求解，其数值解为： x 柚= 吨+ j 争+ 川 2 + 4 罟x ， 2 k 一1 拦 、7v ( 2 3 7 ) 第二章工艺流程 当根号前取正号时，计算出来的值为x a ；当根号前取负号时，计算出来的值 为x b 。同理可以得到求算剥淡段理论塔板数的s m o k e r 公式为： n 2 = l o g c ( 2 - 3 8 ) 式中x o 一转换后馏出液浓度m o l m o l x 、扩一转换后釜残液浓度m o l m o l 同理将剥淡段的分离要求x ，回流比r ，以及产量d 等已知条件代入以上相 应式中，通过计算我们可以得到x a ，x b ，c ，x o ，x n ，再将这些结果代入式 ( 2 - 2 1 ) 中即可以计算得到剥淡段的理论塔板数n 2 = 3 3 8 块。 所以全塔总的塔板数为n = n l + n 2 = 6 6 4 块。圆整到6 7 块。 2 3 1 4 填料层高度的计算 填料塔选用2 x 20 环填料，此时d t d = 0 0 2 5 0 0 0 2 - - - - - 1 2 5 1 0 所以由经验式等板高度h e r r p - o 8 - 1 2 d t 可估计填料的总高度，取h e = 1 2d t 所以h = n h e t p = 1 2 x d t x n = 1 2 0 0 2 5 6 7 = 2 0 1 m 气相流体最大负荷应满足下式： = 争居居居 式中，8为填