第5讲：板效率

1、1 精馏精馏板效率 一、实际板与理论板的差异一、实际板与理论板的差异 二、点效率二、点效率EOG 三、板效率三、板效率EMV 四、湿板效率四、湿板效率Ea 五、塔效率五、塔效率E0 六、系统性质对板效率的影响六、系统性质对板效率的影响 七、七、 获取效率的途径获取效率的途径 八、填料塔的理论板当量高度（八、填料塔的理论板当量高度（HETP） 2 精馏精馏板效率板式塔（分级接触式）：理论板板式塔（分级接触式）：理论板(级级)NT 板板(级级)效率效率ET填料塔（微分接触式）：理论板填料塔（微分接触式）：理论板(级级)NT 等板高度等板高度HETP 工艺参数工艺参数 设备参数设备参数 NT = f

2、（相平衡、分离要求、操作条件）（相平衡、分离要求、操作条件） 3 精馏精馏板效率离板的汽液两相达到相平衡离板的汽液两相达到相平衡受塔板结构、流动情况，物系性质受塔板结构、流动情况，物系性质和平衡关系影响，不可能达到平衡和平衡关系影响，不可能达到平衡板上汽相全混，液相全混，汽液两板上汽相全混，液相全混，汽液两相均匀流动，无停留时间差异相均匀流动，无停留时间差异小塔近似满足，大塔完全不满足，小塔近似满足，大塔完全不满足，汽液两相存在板上浓度梯度汽液两相存在板上浓度梯度汽液两相完善分离（无板间返混）汽液两相完善分离（无板间返混）雾沫夹带，泡沫夹带，漏液等，不雾沫夹带，泡沫夹带，漏液等，不可能完善分离

3、可能完善分离iiixKy PTNNE 0板上某板上某点传质点传质混合混合流动流动夹带夹带漏液漏液平衡线平衡线操作线操作线4 精馏精馏板效率1*1jjOGyyyyE (1) (1) 板上液层在垂直方向均匀混合板上液层在垂直方向均匀混合 (2) (2) 汽体呈活塞流通过液层。汽体呈活塞流通过液层。对板上某一点的微元作物料衡算：对板上某一点的微元作物料衡算：5 精馏精馏板效率*()()yfVdS dykyy aH dS V 汽相流率汽相流率 (kmol/m2s) a 传质比表面传质比表面(m2/m3) Hf 泡沫层高度泡沫层高度(m) S 截面积截面积 (m2) y* 与与x平衡的汽相摩尔分率平衡的

4、汽相摩尔分率 ky 汽相传质系数汽相传质系数(kmol/m2s)1111*OGjNOGjyyEeyy 6 精馏精馏板效率AICHE根据泡罩塔和筛板塔实验结果，归纳出两个根据泡罩塔和筛板塔实验结果，归纳出两个0 50 50 7764 560 241052 41970 3940 17- . .- .().()( .)VGwBCfLLBLLNhFSlNDFt 111OGGLNNANAL/mG7 精馏精馏板效率11*jjMVjjyyEyy1 1、塔板上液体混合情况的影响；、塔板上液体混合情况的影响；2 2、板上液体非均匀流动的影响；、板上液体非均匀流动的影响；3 3、板间气体不完全混合和不均匀分布的影

5、响。、板间气体不完全混合和不均匀分布的影响。 *jjjyx与与离离开开 板板液液体体成成平平衡衡的的汽汽相相组组成成8 精馏精馏板效率q 液体在板上各方向均匀混合时，称为全混；液体在板上各方向均匀混合时，称为全混；q 液体在板上不完全混合，沿液流方向有浓液体在板上不完全混合，沿液流方向有浓 度梯度存在；度梯度存在；q 液体在板上呈活塞流时，液体在板上呈活塞流时， 最大。最大。q 液体在板上不均匀流动逐渐严重时，对传质带液体在板上不均匀流动逐渐严重时，对传质带 来有害影响。来有害影响。MVOGEEMVOGEEMVE轴向纵向横向9 精馏精馏板效率（路易斯，1936） 汽相在级间全混；汽相在级间全混

6、； 板上各点板上各点EOG相等；相等； 液体在板上呈活塞流；液体在板上呈活塞流； A吸收因子吸收因子L/mG 1111*exp(/)jjOGMVjjyyEAEyyAdGyyLdxj)(1dxx 1jydGL LJ J板板y yx x10 精馏精馏板效率)/(1 1)exp(/ )(1)()(exp1eeeeOGMVppppEE0 54112.()LVeEeOGeZ LpD FPEAp 0 51 154 0 003780 01713 680 18. .().VEBwwLDuhl汽相完全混合，各点汽相完全混合，各点 EOG 相同相同11 精馏精馏板效率公式公式(2-188)(2-188)作图作图:

7、 : 0 EeMVDpE最最大大 0 1 /EeMVOGMVOGDpEEEEDE0，Pe0，EMV EOG12 精馏精馏板效率1.1.塔板上非均匀流动塔板上非均匀流动(汽液相)2.2.级间汽相混合变差级间汽相混合变差1D1.5 6mOGMVEE13 精馏精馏板效率14 精馏精馏板效率当：当：a. 液体在相邻板上同向活塞流；液体在相邻板上同向活塞流； b. 液体在相邻板上反向活塞流；液体在相邻板上反向活塞流； c. ,液体在相邻板上反向活塞流液体在相邻板上反向活塞流 a. EOG=0.8 S=1 Emv=1.3 b. EOG=0.8 S=1 Emv=1.15 c. EOG=0.8 S=1 Emv

8、=1.241212 GGyy15 精馏精馏板效率促进促进（导向浮阀塔板和导向筛板）（导向浮阀塔板和导向筛板）16 精馏精馏板效率17 精馏精馏板效率18 精馏精馏板效率 液相在板上液相在板上不完全混合，使不完全混合，使EMV 。 液相在板上不均匀流动，尤其是液相在板上不均匀流动，尤其是，使，使EMV 。 液相在板上液相在板上流动能流动能液相不均匀流动的影响。液相不均匀流动的影响。 汽相级间的不完全混合和通过塔板时不均匀流动对板汽相级间的不完全混合和通过塔板时不均匀流动对板效率产生不利影响。效率产生不利影响。 AICHE在计算在计算 ()时只考虑了塔板液体轴向流时只考虑了塔板液体轴向流动的影响，

9、动的影响，19 精馏精馏板效率 1.液相在板上全混液相在板上全混 2.汽相在级间全混汽相在级间全混V,yj eMV,xj L+eMV,xj-1V,yj+1 eMV,xj+1 L+eMV,xjeM-单位汽流夹带量11()jMjMjDVye VxL e V xDx1111()jjMjjjjDYyexxLDYxxVV20 精馏精馏板效率 1.液相在板上全混液相在板上全混 2.汽相在级间全混汽相在级间全混11()jMjMjDVye VxLe V xDx1111()jjMjjjjDYyexxLDYxxVVV,yj eMV,xj L+eMV,xj-1V,yj+1 eMV,xj+1 L+eMV,xjeM-单

10、位汽流夹带量21 精馏精馏板效率将表观汽相浓度代入上式并整理，将表观汽相浓度代入上式并整理， ( (当当C=0时时) )可得：可得： 为漏液量占总液量的分率为漏液量占总液量的分率11*jjajjYYEyY1MVaMMVEEe VEL11 ()MVaMVEEEA 0.1Me一一般般控控制制KGLA 22 精馏精馏板效率l首先用首先用Ea修正平衡曲线：修正平衡曲线：l 其次按两元图解法步骤得到分其次按两元图解法步骤得到分离所需的实际板离所需的实际板Npl 最后得塔效率：最后得塔效率： 多元系简化成二元处理。多元系简化成二元处理。0TPNEN11() ()() ()ajajajajADExADAB

11、ExABEFExEFEG ExEG23 精馏精馏板效率 000011 11 (11ln()/ln,),aaaaaESESmG LSSEESEEESEE 精馏时，平衡线是曲线，操作线通常是折线，若用此式精馏时，平衡线是曲线，操作线通常是折线，若用此式计算，至少应将全塔分为几段，各段近似将计算，至少应将全塔分为几段，各段近似将S当作常数。当作常数。24 精馏精馏板效率 1)粘度粘度 L ADLE02)相对挥发度相对挥发度 K溶解度溶解度RLE03)表面张力梯度的影响：表面张力梯度的影响： 正系统正系统 泡沫稳定性好，适宜在泡沫工况下操作；泡沫稳定性好，适宜在泡沫工况下操作； 负系统负系统 泡沫稳定

12、性差，适宜在喷射工况下操作。泡沫稳定性差，适宜在喷射工况下操作。0(,)Ef操操作作条条件件 设设备备结结构构 物物系系物物性性0/ddx 0/ddx 25 精馏精馏板效率1 1先计算先计算NG，NL，从而算，从而算 2.2.3. 3. 根据汽液两相混合情况计算根据汽液两相混合情况计算EMV；4. 4. 考虑雾沫夹带得到湿板效率考虑雾沫夹带得到湿板效率Ea；5. 5. 由平衡线、操作线得到总板效率由平衡线、操作线得到总板效率E0 LGOGANNN111OGNOGeE126 精馏精馏板效率0 24500 492.()FE DBFFiFix 1. 根据根据31座精馏塔的资料导出；座精馏塔的资料导出

13、； 2. 物系包括：烃类，醇，氯化物物系包括：烃类，醇，氯化物 3. 塔型：泡罩塔塔型：泡罩塔 27 精馏精馏板效率19411941年年玻璃筛板塔玻璃筛板塔50,30mmmm用于减压或常压精馏一般用于减压或常压精馏一般是玻璃结构，加压精馏时是玻璃结构，加压精馏时需用金属制作。需用金属制作。28 精馏精馏板效率试验在全回流条件下进行。试验在全回流条件下进行。根据表观操作线方程：根据表观操作线方程：全回流时，全回流时，1jjDLDYxxVV11,jjjjYx Yx111*jjjjajjjjYYxxEyYyx29 精馏精馏板效率1 1全回流测得的湿板效率用于部分回流，会有一点误差；全回流测得的湿板效

14、率用于部分回流，会有一点误差；2 2 (EMV)小塔小塔(EOG)大塔大塔 ，（，（Ea)小塔小塔(EOG，a)大塔大塔3 3小塔板效率与工业规模大塔的点效率在相同的泛点百分小塔板效率与工业规模大塔的点效率在相同的泛点百分 条件下相当条件下相当（F%ug / uf）。4 4由于由于，所以，实，所以，实 验测得的小塔的板效率用于大塔的效率设计，其验测得的小塔的板效率用于大塔的效率设计，其，一般不会出问题。，一般不会出问题。30 精馏精馏板效率采用工厂或工业规模试验的实测数据，需注意：采用工厂或工业规模试验的实测数据，需注意：1. 实验塔与设计塔的两相接触状态要相似；实验塔与设计塔的两相接触状态要

15、相似；2. 操作气速要适中；操作气速要适中；3. 回流比不能太小；回流比不能太小；一般由此测得的效率是偏保守的。一般由此测得的效率是偏保守的。31 精馏精馏板效率 OGOGhNHETPhNH(,)HETPf设设备备结结构构 填填料料形形式式与与尺尺寸寸 操操作作条条件件 物物系系性性质质 HETP与与HOG间的关系间的关系( (平衡线、操作线都是直线平衡线、操作线都是直线) )：1ln/OGOGySHETPHSHVK a 说明：说明：HETPHOG S解吸因子V汽体流量Ky汽相总传质系数a比表面积塔截面积32 精馏精馏板效率 在设计计算中在设计计算中, 获取获取HETP的方法是：的方法是： 最

16、好取自工业规模塔的实测数据；最好取自工业规模塔的实测数据； 也可参考一些估算方法也可参考一些估算方法3838； 开发商实测资料是比较可靠的来源。开发商实测资料是比较可靠的来源。 33 精馏精馏板效率 拉西环拉西环 鲍尔环鲍尔环 金属矩鞍环金属矩鞍环波纹、丝网波纹、丝网(3-5块块/米米) P: 板式塔：板式塔： 1 KPa/理论板理论板 散装填料：散装填料： 0.3 KPa/理论板理论板 规整填料：规整填料： 0.15 KPa/理论板理论板 填料塔填料塔 P小，阻力小，气速小，阻力小，气速UOG 同时同时 HETP小小, NT,R ,使使 喷淋密度喷淋密度 , 液体分布器液体分布器1RVD34 精馏精馏板效率 美国在美国在19501970年之间，通过对蒸馏设备的改进年之间，通过对蒸馏设备的改进创造了近二十亿美元的经济效益；创造了近二十亿美元的经济效益； 我国，用网板波纹填料对数百座旧式板式塔进行改我国，用网板波纹填料对数百座旧式板式塔进行改造，使分离能力和通量均增加了造，使分离能力和通量均增加了3050%。 35 精馏精馏