08二甲苯精馏基础知识.docx

保密内部资料不得外传大连健大化石油化工开工资料之二芳煌根底学问二甲装分馆装置大连福佳大化石油化工2023年十月第一章Wi1六、精埔塔的操作方程20第六节双级分精储的操作型的计算35一、精慵过程的操作量计算35三、喷射接触状态41二、干板不降43二、空间上的不均匀流淌46一、点效率52一、效率与气液负苻61三、塔板的压力牌66二、进料规格68三、加热炉对流段的热联合利用73四、装置内设备间进展热利用74第四节停工检作80二,悴车留意事项80二、二甲米再蒸馅塔82五、塔釜温度85二、二甲苯分谯单元关键部位87二、工作人员在现场工作时，瞿所意的事项87第一章概述第一节二甲荤精馆在PX装置中的作用二甲苯精做单元在联合装置中起承上启下的作用，该装置接收来自联合装置上游芳燃抽提装置的领原料Uft芳烧及联合装园内异构化所产生U芳爆，经过周密分懒，除了分别出100x1.0”a纯度98%以上的翎二甲苯产品外，G(I芳垃将作为吸附分别的进料，二甲茶精馅装置具体作用如卜.：1 .利用向土塔脱出出整原料和异构化原料中的烯燃，防止烯堤进入吸附分别局部.2 .重修油分做塔将申整石肽油进展分慵.分做出其中的C7组分.3 .:甲茶再蒸储塔将啦整原料和异构化原料中的C芳烧与C芳烧分别，894 .二甲聚分做塔将异构化原料进展分惘,塔顶为据OX的O芳烧，塔底为富含OX的产品,85 .邻二甲紫塔上要作用是将二甲苯分慵塔塔底来的物流分慵出合格的OX产品.6,:甲君再然慵塔和一甲苯分储塔塔顶和塔底物流作为热我体为推个联合装W.供给热源二甲米精幅单元与联合装置的各装置除了亲热的物料联系外还有亲热的热物流联合利用关系.甲苯:慵单元在PX联合装置中的地位可以从下面的图形中可以看出1DaMnFgF¼rocho*uf.PXgea其次节二甲莘精馆的特点1、二甲米Mt装置设有两台二甲弟塔,其中一台为二甲米再蒸福塔，主要处理外来预原料和大局部异物化的C为除J将其全部C芳检从塔顶分除，塔底为C芳华.另一台二甲苯分惆塔.处理来自异构化的C芳沿，将所需的邻二甲苯产品印花塔底物流中作为邻二甲苯塔进料.这方案在国内同类装置中是首次承受，其主要目的是避开由于上游至拉装以原料变化而导致C芳除中含有少量CP+叫而影响邻二甲米产品纯度,以确保邻二甲藻纯度98%指标的实现.其次也可以削减一套大型化塔系统带来的工程上的燃烟.2,二甲米精塔装置处理址很大，二甲米再蒸福塔和二甲米分懦塔塔顶物流含有丰富的潜热资源,同时塔底又需很大热负荷的加热炉供热.而联合装置中其他装也的一些塔又缺乏热海.因此承受两台塔适当提压操作后，塔顶物流可分别供给抽余液塔和抽出液塔、邻：甲米塔、近整油分情塔所需刑疥.此外，两台塔底菰沸炉除满足本身塔所需供给热信外还可作为热钱体给温位高的双芳嫌塔、重整油分储塔塔底进臼士塔塔底前换热器和解吸剂再蒸饵!塔的塔底物流供热.承受这些方案将使联合装置的能耗大大降低，3、二甲米再蒸愉塔和二甲米分皤塔承受热I可流方案.供给下游黜t热进料，均有利于节能降耗.4、二甲米再装德塔和二甲米分储塔由于汽液相负荷很大，塔盘多达213层.5,二甲装再蒸做塔水沸炉和二甲羊分慵塔很沸炉的对流段分别加热来自异构化品.芳燃进料.此外.两炉烟气分别设置余热13收系统,炉子效率达90%.其次章精慵根本学问第一节接述化工生产常需进展液体混合物的分别以到达提纯或回收有用组分的目的“互溶液体混合物的分别有多种方法，蒸惘及柏慵是其中最常用的一种蒸悟分别的依据是液体均具有挥发而成为蒸汽的力气，但各种液体的挥发性各不一样.因此.液体混合物部份汽化所生成的汽相组成9液相组成将有差异.依据这一差异.实行适当的措施可整液体混合物加以分别.设在确定温度下以空气拂过盛fA、B两出分组成的混合液外衣.假设A的挥发力气大于B.则空气中的A、B两组分的浓度之比必大于混合液中A、B浓度之比,即y/y>xx(2-2-1)BAB式中y、y一气和中A*B两组分的摩尔分率；ABx、X一一液相中A、B两俎分的摩尔分率。AB自然，由于空气的存在，y可能小于X,但y/>必定大于Xx.AAABAB底部产物图2-2-1平衡蒸馈I一加热卡12一节流饵：3一分别战，4一冷寂图2-2-2简洁蒸慵1一蒸Ia后：2-冷凝然,3一产丛受柳通常.并不使空气参与这一过程,以免除以后产物与空气的分别.为此,可格液体混合物加热沸腾使之局部汽化，所得的汽相不仅满足式(2-2-1),且必有yj>x,此即为蕉检操作,可见，恭储旗作是耕混合液中各组分挥发性的差异而到达分别目的的。习惯上,混合物中的易挥祖分有时也称为轻俎分，艰挥发俎分则称为丑处分.平衡蒸情又称闪蒸.系连续定态过程.其流程如图221所示.原料连续地进入加热炉.在炉内被加热至确定温度，然后经节流减压至预定压强，由F压强的突然降低，过热液体发生自蒸发，液体局部汽化.汽、液两相在分别器中分开,汽相为顶部产物,其中易挥发Jf1.份较为富集,液相为底部产物,其中难挥发组分获科r增浓.简沽然慵为间敬操作过程。将一批料液参与如图222所示的蒸淄釜中，在恒压卜加热至沸艇，使液体不断汽化,间续产生的蒸汽经冷凝后作为顶部产物,其中易挥发物相对地潮集.在蒸濡过程中.釜内液体的易挥发物浓度不断下降.蒸汽中的易挥发物浓便也相应地随之降低.因此.通常是分摊收集顶部产物，最终将釜液一次排出。由于混合液中轻、亚组分都具有确定的挥发性，上述两个过程只能到达有限程度的提浓而不行能满足高纯度分别的要求.如何依据组分挥发性的差异开发一个过程.以实现高纯度的分别是蒸储方法能否广泛应用的核心同时，为此提出了相愉过程，蒸懦操作的费用和操作压强蒸慵操作是通过汽化、冷凝到达提浓的目的.加热汽化需要耗热，汽相冷凝则需要供给冷却fit.因此,加热和冷却费用是蒸储过程的上要操作费用.如何以最少的加热峡和冷却量:获得Ai大程度的提纯是蒸储和料输过程争论的正要任务，此外，对于同样的加兹Jft和冷却及，所牖费用还与加熟温度和冷却温僮有关，汽相冷凝温度如低于常湿，则不能用一般的冷却水,而须使用其它冷冻剂,费用将大大增加。加热温度超出一般水蒸汽加热的范阿，就要用高温找热体加热，加热决用也将增加，蒸馅过程中的液体沸腌温度和蒸汽冷凝温度均与操作压强有关，1.业蒸馈的撩作压强应进展适”，的选择，加压蒸惘可使冷凝汨度捉高以避开使用冷冻剂：减出蒸做则可使沸点降低以避开使用高温我热体，另外，当组分在S5温卜简沽发生分解聚A等变侦现象时，必需承受减压蒸临以降低乱度：相反.当混合物在通常条件下为气体，则首先必蠹通过加压与冷冰将其液化标才能进展精馈.如空气的精慵分别。待分别混合液中可能含有多个组分,但其蒸储的根本原理一样.其次节汽-液相平衡一、双根分溶液的汽波相平衡汽液相平衡是指气、液两种不同状态的混合物存在于一个系统中，在两相之中进展物版传递，最终系统的温度、压力保持恒定各相的组成保持不变,这样的状态称之为汽液平衡.在石油蒸情过程中汽液平衡主要争论温度、压力等操作参数与汽液组成之间的关系，1 .汽液两相平衡共存时的自由度依据相律，平衡物系的自由度F为F=N+2(2-2-2)现组分数N=2,相效=2,故平衡物系的自由度为2.平衡物系涉及的参数为温度、1.K的与汽、液两相的组成.气液两相的祖成通常以摩尔分率表示.对双组分物系，一相中某一组分摩尔分率确定后另一组分的摩尔分率也随之而定,液相或汽相组成均可用冷金致表示。这样，温度、压强和液相组成或气相小成)三者之中任意规定两个，则物系的状态被唯一地确定.余下的参数已不能任意选择.精做过程常系恒压操作，压强一旦确定初系只剜一个自由度。例如,当指定料液相如成,则两相平衡我存时的温度及汽相组成必随之而不能任意变动。换而言之，在恒压卜的双组分平衡物系中必存在着：液相(或气相)如成与海度间的一一对应关系：汽、液组成之间的一一对应关系.2 .双组分抱负物系的液相组成温度(泡点)关系式抱负物系包括两个含义ID液相为抱负溶液，听从拉乌尔(Raou1.t)定律;2)气相为抱负气体，听从抱倒气体定律或道尔顿分压定律。依掘拉乌尔定律.液相上方的平衡蒸汽压为P=P1.1.XAAAP=PoXBBR式中P.P液相上方A、B两组分的蒸汽压IBX、X液相中A、B两组分的浓度,摩尔分率：BP-P在溶液温度(t)下纯染分A、B的饱和蒸汽压,它们均是温度的函数，即Po=f(t)P.=f(t)（八）nIK混合液的流腾条件矩各组分的蒸汽乐之和等于外压,即P+P=PBP°X+P-(1.-)=PAABA于是(2-2-3)P-P-×=s_aP'-P-AB或p-fX-fw-/(t)A8由此可知.只要A、B两纯组分的饱和蒸汽乐P、P与温度的关系为则式(2-2-4)给出I液相组成与湿度(泡点)之间的定装关系,泡点，可直接计算液相组成；反之，组成也U1.兜出泡点，但股需经试差，这是由于fIt)和f(t)通常系非线性函数的缘山.AB纯组分的饱和蒸汽压P与温傻t的关系通常可表示成如下的阅历式：B1.og产'=A(2-2-5)t+C称为安托因(AntoiIne)方程，A.B、C为该断分的安托因常数，常用液体的A、B.C值可由手册自得.3 .汽液两相平衡组成间的关系式联立道尔顿分压定律与拉q尔定律可得pp-×y=_1.=-_.(2-2-6)pP引入相平衡常数K.y=Kx(2-2-7)A式中K=p/pA由此可见，相平衡常数K实际并格外数，当总压不变时，KKIB而变，因而液随温度而变O混A合液组成的变化.必引起泡点的变化,故平衡常数K不能保持定值.平衡常数K是温度和总乐的函数汽液相平衡常数K,是指汽、液两相到达平衡时，在系统的温度、压力条件卜.，系统中某一殂分i在汽相中的摩尔分率八与液相中的摩尔分率Xj的比值，即=yxi(2-2-8)相平衡常数½石油蒸蚀过程相平衡计算时/很要的参数，汽相组成与温度(露点)的定冰我达式.联立式(2-2-5)和(2-2-2)即可得到气相组成与温度(露点)的关系为P'PTf（OP-fy=H=a,（2.2-9）4 PP-PPJS-f（/）AZTAAIX（y）图和y-x图在总压P为恒定的条件下，汽（液）相组成与制度的关系可表示成图2-2-3所示的曲现.该图的横座标为液相（或汽相）的浓度,皆以轻组分的摩尔分率X（或y）及示（以下所述均同）.图2-2-3中AEBC的线林为泡点出殂成为X的液体在给定总压下升温至B点到达该溶液的泡点，产生第一个汽泡的祖成为yo曲线ADFC称为隔点线，确定组成的汽相冷却至D点到达该源合汽的露点，分放出第一个液满的组成为N。当某混合物的温度与总组成位于G点时，则此物系必分I成互成平衡的汽液两H1.液相的组成在E点，汽相组成在F点.图2-2-1及示在恒定总压、不同温度下互成平衡的汽液两相组成y与X的关系：对于抱京物系，汽相组成y恒大于液相如成X,故相平衡曲线必位于对角戏的上方）此外，应留意在y-x曲线上各点所对应的温度是不同的。y-x的近似表达式与相对挥发度a纯组分的他和蒸汽压只反映了纯液体挥发性的大小.在溶液中各如分的挥发性因受其它组分的影响而与纯组分不同,故不能用各用分的饱和蒸汽基表示。溶液中各组分的挥发性应使刖各组分的平衡蒸汽分压与其液相摩尔分率的比值来表示。图2-2-3双组分溶液的温度组成图图224相平衡曲线O0.20.40.60.81.0=Px=PxAAARBRx称为溶液中A、B两如分的挥发度。B混合液中两组分挥发度之比称为相对挥发度.Q=U'=PJXA（2-2-10>pIx图2-2-5相对挥发度a为定值时的相平衡曲傲（恒压）当汽机听从道尔顿分乐定律时,p=Py.上式可写为J=玄(2-2-11)式(2-2ID往往作为相对挥发度的定义式.它表示汽相中两组分的浓度比为与之成平衡的液相中两姐分浓度比的倍.对双组分物系，y=Iy.X=Iy,代入上式(2-2T0)并略去下标A可得BABBat>'=aV(2-2-12)此式表示互成平衡的汽液两相组成间的美系，称为相平衡方程。如能得知相对抒:发吱的数位，由上式可得到汽液两相平衡时易挥发组分浓度(yx)的对应关系.对抱负溶液.用拉乌尔定律代入式(2-2To)可得a=P./P.(2-2-13)II式(2-2-13)表示，抱负溶液的相对押发度仅依靠F各纯殂分的性质.纯组分的饱和蒸汽压P”、P:均系温度的函数,且随温度的匕升而加大.因此,a原则上的温改而变化.但P/P”与温股的IAB关系较P、P与温度的关系小将多，因而UJ在操作的湿度范困内取某一平均的相对挥发度a并将AR其视为常数，这样可使相平衡方程(2-2-12)更具有有用价值.为获褥抱负物系的相平衡数据，依据具体状况平均相对挥发吱的取法有多种假设在接近两纯姐分的沸点下(或操作温度的上、下限)物系的相对挥发度a与a.歪异不大，则可取a=Ia+a)/2(2-2-14)I2快设在接近两纯组分沸点下物系的相对挥发度a与a相互较大,但其益异仍小于30%,则可取1ia=a+(a+a)x(2-2-15)II2依据此式由不同液相组成X尊汨不同的a值代入相平衡方程,以求出平衡的汽相组成y.相对挥发度为常数时，济液的相平衡曲战如图2-2-5所示。相时挥发度等FI时的相平衡曲线即为对用设y=xa的愈大，网液相处1成'对应的y的愈大，可获汨的提浓程度愈大.因此，a的大小可作为用蒸情分别某物系的难易程度的标志.二、场负物系的汽液相平街实际生产所遇到的大多数物系为非抱鱼沏系。非抱负物系有两件状况:1 .液相思非抱负溶液，2 .气相机非抱负气体.现分别作简洁的争论.非抱鱼溶液溶液的非抱负性的来源在于异种分子间的作用力不ISJ于同种分子间的作用力，其发现是溶液中各组分的平衡蒸汽压偏黑于拉乌尔定律.此偏差可正可负,分别称为正偏差溶液或负偏差溶液.实际溶液尤以正偏差居多。非抱负溶液与抱负溶液的蒸汽压比较如图2-2-6所示、此图还说明,用分在高浓度他IH内其蒸汽乐与抱负溶液接近.听从拉马尔定律.在低浓度范围内.组分的蒸汽乐大致与浓度成iE比.此即为李利定律所描述的区域，由此U1.以石H1.听从亨利定律只说明平衡蒸汽压与浓度成正比，并不说明溶液的抱负性.听从拉乌尔定律才说明溶液的抱负性.非抱负溶液的蒸汽年假设仍用拄乌尔定律的形式表示,则应引入一活哎系数以作修iE：re2-2-6恒定海境F非抱负溶液的蒸汽压图227米-乙静溶液相同(正侑差;图2-28X仿-再用溶液相图负偏基)(2-2-16)P=Px'(2-2-17)BBHB式中Z、分别为的分A、B的活度系数，组分的活度系数并非定值而与俎成有关,一般可由热力学关系式及少批试验数据求得.当总压不大麻,汽相仍听从道尔顿分质定律时，此种物系的汽液平衡关系为y=PxyIP（2-2-18）AA4某歧溶液和抱负溶液比较具有较大的正偏差,致使溶液在某一如成时其两加分的蒸汽质之和消火加大值，此种组成的溶液的泡点比两纯组分的沸点都低，系具有以低恒沸点的溶液，图227为IatB下苯一乙醉溶液的tX图及相平衡曲线.台藻55.2roo1.%的溶液乂有最低恒沸点其值为68.31C.与此相反，须仿丙IM溶液为负儡差较大的溶液，在含制仿65.Omo1.%时形成肢高沸点的恒沸物,其恒沸点为64.5C图2-2-8为这一物系的，X图及相平衡的线，第三节精馆原理一、在自然界中,物质是以几种状态存在的.有冏态、液态、气态,而状态的变化是施这一物防泡度，压力的变化而变化的，每种初粒它所呈现的状态是与温度，压力相对应，也就是说物旗状态的变化是由于物质的温度和压力变化而引起的.在化工中，我们把物侦状态的变化称之为相变.在自然界中确定纯的物质是不存在的,它们都是以混合物形式存在卷.这种混合物我们称之为溶液.各物版在溶液中的分布我们称之为俎分,对于液体混合物中的神一组份在确定的温度压力F都具有确定的汽化力气.此时该种组分的蒸汽压力叫蒸汽压,溶液中组分汽化力气（即蒸汽压）的大小打。了用份的挥发程度，蒸汽压大的组份易于挥发,蒸汽压小的姐份难以挥发，当溶液加热至沸而只有一同端气化（即局部汽化）时，由丁各个祖份具有不同的挥发性，液相和气相的组成不一样:挥发性高的组份，即沸点较低的组份（或叫做“轻斑份）在气相中的浓度比在液相中的浓度要大：挥发性较低的组份即那点较高的组份（又称“重组份在液相中浓度比在气相中的浓度要大,同样的遒理，物料蒸汽被冷却后有一局部冷凝卜,来的时候（即局部冷凝I冷凝液中的更组份浓度要比气相中卫跄份浓度高.多姐份溶液经过上述的一次同部气化和局部冷凝过程进展分别的方法，叫做“荷洁蒸徽”。F各祖份汽化力气的差异，所以通过一次汽化，在汽相中易挥发俎份的浓度比在液相中的易挥发祖份的浓慢大,假设我们把汽化后的物料冷凝然后再次进展同阕汽化，气相中的轻组份浓僮就更高，这样的局部汽化一局部冷凝过程进展屡次后，最终可以正气相中得到较纯的轻细价，任液相中得到较纯的Ifc组份.多组份溶液经过上述的厦次局部气化一局部冷凝过程而到达分别的方法,即为“精代r,朴储是利用溶液中不同组份挥发性的不同将一个多殂分溶液中各组分分别的方法，其目的就是要提纯溶液.衡盘溶液分别程度的标志是相对挥发度.相对挥发或是易挥发组份的蒸汽乐与难挥发组份蒸汽压的比假，相对挥发度越大，则溶液越易分别；相对挥发度越小，则溶液越流以分别。当相对挥发位小到等于I时，则溶液无法用精皤方法分别：同样假设在塔板上的液体全部汽化或上升的蒸汽全部冷凝失去分别作用.所谓“精谪”就是局部汽化和局部冷凝同时进展的过程.印：两个不平衡的汽液相在塔板上接触混合，发生热试和切玳的传递，温度高的能汽把热试传给温度低的液体，液体受热则局部汽化蒸汽受冷则局部冷凝,液体中易挥发组份向汽相集中，蒸汽中难挥发组份向液相扩fft其结果是蒸汽中易挥发组份浓度越来越高，液相中难挥发组份浓度越来越高,最终以到达将混合物分开的目的。二、m*<e精他的啜次局部气化一局部冷凝过程是集中在一个设备里进展的,这种设备叫做精德塔.在精镭塔中我们一般分为两段,进料口以上称之为精饰段，进料11以下称为狼镭段.在精储段中上升的蒸汽与下原料降液流的不断接触过程中,雄发挥组份不断被冷凝.A/使上升蒸汽中易挥发出份的浓衣越来超M在提福段中.下降的灌体还带行确定fit的易挥发组份，与上升的蒸汽接触中将易挥发组份不断地卜.提.保证混合物展次汽化的热旗来自于精慵塔底的塔底而沸器,图229连城精恪过科冷凝所需要的冷流做则由塔顶何流来供给，图2-2-9为连续精储塔.科液自塔的中部某适当位置连线地参与塔内,塔顶设“冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一局荡回入塔项，称为回流液，其余作为塔项产品（惚出液）连续排出。在塔内上半部（加料位置以上）上升蒸汽和回流液体之间进展着逆流接触和物质传递，塔底都装有再沸器（蒸情釜）以加热液体产生蒸汽,蒸汽沿塔上升,与下降的液体逆流接触并进假物防传递.塔底连援排出局就液体作为塔底产品。在塔的加料位巴以上，上升蒸汽中所含的质殂分向液相传递，而回流液中的轻组分向汽相传递。如此物防交换的结果,使上升蒸汽中轻组分的浓度渐激上升.只要有足够的相际接触外表和是好的液体回流到达塔顶的蒸汽将成为高纯度的轻组分.塔的上半部完成了上升缝汽的精制，即除去其中的重组分.因而称为精馆段.在塔的加科位fit以下.下牌液体(包括回流液和加料中的液体)中的轻组分向汽相传递.上升蒸汽中的IR组分向液相传遂，这样，只要两相接触面和上升蒸汽中足移，到达塔底的液体中所含的轻组分可降至很低,从而获得高纯度的亚组分，塔的下半部完成了下降液体中期组分的提浓即提出r轻组分.因而林为提情段.一个完整的精储塔应包括精潮段和提储段,在这样的塔内可将一组分个双混合物连续地、离纯度地分别为轻、或两组分，由此不嘘看出，相慵之区分F蒸懒就在F-0流”,包括塔顶的液相网流与塔釜局部汽化造成的汽相回流PI流是构成汽、液两相接触传质的必要条件,没有汽液两相的接触也就无从进腋物鲂交换.另一方面,组分挥发度的整异造成有利的和平衡条件(y>x),这使上升蒸汽在与自身冷凝回流液之间的接触过程中，啦殂分向液相传逆，轻组分向汽相传递相平衡条件y>使必需的I可流液的数垃小于塔顶冷凝液凝的总Sb即只需要局部PI流而无需全部回流.唯其如此,才有可能从塔顶抽出局部凝液作为产品.因此,精储过程的根底仍然是组分挥发度的差异。第四节精值过程的物料雷算物料衡算是将在，个操作枪定的塔里，进入塔内的物件Ift应等于离开塔的物料斌.对于某组分液是这样,进入塔内的某处用埴，应当和国开塔的该批重量相等，这就是精慵塔中某组分的物料衡算.对于塔内任一区域亦是如此，进入这个区域的物料最应当等离开这个区域的物料法,时就储塔或和馀塔内局部区域进展物科衡.算的结果和气液平衡数据是分析、操作和设计柏储塔的依据.一、塔的物料街算从整体上来说,连续精焉过程的塔顶和塔底产物的流率和讥成彳1关.无论设备内的汽液两相的图2-2-10宝塔物料淅作轻组分物料衡算可得FX=Dx+Wx(2-2-20)由以上两式可得DX-X-=1.ViFX-XDWrW,DFFfDw(2-2-21)(2-2-22)式中D/F和W/F分别为摘出液和釜液得票出率。进料组成X如常是给定的.因受上面两方程式的约束,则r1 .当塔顶、塔底产品组成X'X即产品顺量已规定，产品的产出率D/F及W/F亦随之确定而D不能再自由选择：2 .当规定分别塔顶产品的产率和质肽X,则塔底产品的质量X及产率亦随之确定而不能自由*«选择(固然UJ以规定塔底产品的产率和质地)。在现定分别要求时,“使FxWDX或DFxx.假设塔顶产出率D/F取得过大,即使精储塔f(It>有足筋的分别力气，塔顶仍不行能获得高纯度的产品，因其组成必需满足；XWFX1.X!(，二、回漉比和能耗设汉相慵段的目的是除去蒸汽中的羽组分-I可流液做与上升蒸汽量的相比照值大，有利于提岛塔顶产品的纯哎.回流出的相对大小则常以回流比即塔顶回流量1.与塔顶产品IftD之比表示.R=-.(2-2-23)D任塔的处刑城下己定的条件下,假设规定了塔顶及塔底产品的组成，依据全塔初科衡豫,塔顶和塔底产品的收也己确定，因此增加回流比并不意味着产晶流率D的削域而意味若上升蒸汽僦的增加,增图2-2-11KAffiiisi大网流比的措他是增大塔底的加热速率和塔顶的冷凝设.增大网流比的代价是能耗的增大.设置提惘段的目的是脱除液体中的轻组分，提储段内的上升蒸汽量与卜降液收的相比照例大，有利丁塔底产品的捱纯.加大P1.流比原来就是靠增大塔底加瓶速率到达的.因此加大回流比既增加精描段的液、汽比，也增加了提馈段的汽、液比，而提高两组分的分别程度翻起乐观作IS料用。三、精馆过程数学据述的根本方法1 .逆流多级传质操作精惚设缶可以是微分接触式或分级接触式，汽液传旭设招对精帽和吸取过程是通用的，图2-2-11为板忒精端塔-汽相端压差穿过塔板上的小孔与板上液体接触,两相进展热、鲂交换.汽相离开液层后升入上一块塔板.液相则自上而下逐板下降.两相经多级逆流传质后，汽相中的轻组分浓度逐板上升，液相在卜降过程中其轻殂分浓度逐板降低，整个料慵塔由假设千块塔板组成，班块塔板为个汽液接触加元.2 .过程描述的根本方法描述他储过程的根本方法照旧是物料瓶算、热疥御竟及找出非示过程特征方程.描述做分接触式传质设务的根本方法是对做元塔高进展物料密算、热班所算并写出传防速率方程式，然后沿塔高积分或通过逐段计律求解、而描述分级式接触的精储过程，则应以单块塔板作为考察单元，对每一块板（汲）列H1.物料衡鸵式、热录街算式及过程特征方程式，然后联豆求解由多块塔板拘成的代数方程如”这是描述各种微式接触过程的根本方法。以下分别争论每块塔板上过程的数学描述及多块塔板的方程祖求解方法.在对单板进展数学描述时用进了某些简化段定，其中有的假定是数学描述本身的需要.方的假定只是使此后的联立求解更为简便而已.H2-2-12塔板的物料枇性和热MftJ口四、塔板上过程的数学描述1 .取块塔板的物料磨郎图2-2-12为WHS塔内自塔顶S1起的任日第n块塔板（非加料板），进、出该塔板汽液两相流量uo1.s）及如成（原尔分率）如以下图.对第n块塔板作物料衡匏可得：总物料衡算式V+1.=YU（2-2-24）,Irr1.n轻组分衡算式Yy+1.x=Vy+1.X（2-2-25）t1.trirI»an»2 .单块塔板的热址衡算及其简化进出任意第n块塔板的饱和蒸汽及泡点液体的热培(kjk三>1.)如图2-2-12所示.假设不计热损失，时第n块塔板作热依衡圆式可得VI+1.i=VI+1.i(2-2-26)n1.n1.*1.r-thn«因饱和蒸汽的焰I为泡点液体的培i与汽化潜热r之和，上式可写为V(r÷i)+1.i=V(r41.)-*1.i(2-2-27)M1.111.1.nnan快设无视组成与温度所引起的饱和液体焰i及汽化潜热r的差异.即假设i=i=i=i111.t-1.nr=r=rIn则热抗衡算式可简化为(V-V>r=(1.*V-1.-V)i(2-2-28)hImn911r1.将总物料衡算(2-2-24)代人上式，可汨V=V(2-2-29)II并进而由式(2-2-24)求得1.=1.(2-2-30)nrr1.这样的简化获得了一个重要结果：在精饰塔内没由加料和出料的任一塔段中,各板上升的蒸汽录均相等,板下降的液体世也均相等.这样,可以省去下标，用丫、1.表示精惚段内各板上升的蒸汽流状和卜降的液体流状，用正'Z表示提慵段内各板的蒸汽流M和液体流由于加料的钱由，两段之间的流出不愿定相等.关于热圻衢鸵的上述简化运用于被分别狙分沸点相差较小,汽化潜热相近的状况，般说来.在殃信御兑式中由于不计液体虐基而引起的显效项误差与潜热项比纹是次要的.故这一简化的主要条件是两组分的汽化热相等.通常不同液体的摩尔汽化热较为接近，因而V和1.应取为摩尔流Sb上述简化称为恒摩尔流假定.在少数状况卜,，假设被分别组分的摩尔汽化热相差较远而单位桢情的汽化热相近，则Y和1.应取顺Jft流fit,成为恒质成流假定.3.塔板传质过程的简化一一理论板和板效率对于塔板上所发生的两相传递过程进展完整的数学描述，除必需进展物料衡算和热信衡算之外.还必需写出表征的传质与传热速率方程式.但足，塔板上所发生的传递过程是格外简洁的，它涉及到进入塔板的汽、液两相的流鼠俎成、两相接触面枳及混合状况等很多因素.也就是说，塔板上两相的传质与传热速率不仅取决于物系的性顺、塔板上的操作条件，而息与塔板的构造有关，很碓用简洁的方程加以表示。为避开这困难，引入了理论板的概念.所谓理论板是个汽、液两相皆充分混和而I1.传质与传热过程的阻力皆为零的理论板.因此.不管进入理论塔板的汽、液组成如何,在塔板卜.充分混合并进展传顽与传热的最终结果总是使罚开塔板的汽、液两相在传颂与传热两个方面都到达平衡状态：两相温度样.组成互成平衡.这样，表达塔板上传递过程的特征方程式可简化为：泡点方程(=(X)(2-2-31)相平衡方程y=Rx)(2-2-32)固然，一个实际塔板不同干一个珅论板,为表达实际塔板与理论板的非异,还须引入板效率的假念.极效率的定义如下：(2-2-33)Emv=(y-yV(y*)式中V*为与离开第n板液相祖成X成平衡的汽相组成，Hnv也称为汽相的默弗里板效率.II上式分母表示汽相经过块理论板后加成的埴浓程度，分子则为实际的增浓程收.理论板概念的引入，可将同沽的精愉何时分解为两个同2,然后分步解决.对于具体的分别任务,所需理论板的数目只打算于物系的相平衡及两相的流尿比，而与物系的其它性质、两相的接触状况以及塔板的构造55式等的洁因素无关。这样在解决具体精惭问即时，便可以在塔板构造型式尚未确定之前便利地求出所需理论板数，3先了解分别任务的碓易程度，然后，依据分别任务的难易，送择适当的塔里和操作条件，并依据具体塔型和操作条件确定板效率及所需实际塔板数.本章只限于争论理论板的计算，即把将个精慵塔看作是由很多理论板所构成，有关板效率的争论则列入汽、液传场设备的章节内，综上所述,通过引人理论板及恒摩尔流的假定使塔板过程的物料、热出衡算及传递速率式最终简化为物料衡算式VyHjc=Yy+1.X(2-2-34)In1.»n相平衡方程y=f(x)(2-2-35)n此方程组对精谭段、捉镭段每一块塔板均适用,但对有物料参与或引出的塔板不适用.4.加料板过程分析加料板因有物料自塔外引入，其物料衡豫方程式与热状衡算式与一般板不同，但承受滋方法，可对加料板导出相应的方程式.在局部或全88汽化的状态下进入塔加料板第m块内.原料入塔时的温袋或状态称为加料的热状态.加料的热状态不同.精慵段与提惭段两相流盘的差异也不同。另外，加料的方式也可以多种算样.例如，当原料的状态为汽液混和物时，原料的汽液两相与加料板上的汽、液两相可作不同方式的混和与接触.混和与接触的方式不同.洸开加料板的两相流也与组成也不同。2)理论摘料板上述加料板上的同沽状况也UJ通过理论板的概念加以的化，即不管进入加料板各物流的组成、热状态及接触方式如何.禹开加料板的汽液两相港度相等,组成互为平衡.设第块板为加料板,进出该板各股物流的流量、，成与热恰如图2213所示。对加料板可得到关系式：物料衡算式FXWy+1.x=Vy+×(2-2-36)/nu1m-1tn10相平衡方程y=(x)(2-2-37)mw3)拓谪段与提慵段两相流址的关系为找出上述方程中精慵段流IftV.1.与提值段方程1.之间的关系.可对图2-2-13所示的加料板作物料及热量衡算如下：F+1.+Vr=+V(2-2-38)Fi+1.i+71i+VI(2-2-39)/式中F,i1分别为加料流量与期IkBo1.原料所具有的热培，纸小意,在热量衡算式(2-2-39)中已应用恒摩尔流假定,即认为不同温度和组成下的饱和液体将i及汽化潜热r均相等.联立式两式可得T-1.-i1.<2-2-40)F1.-t假设定义_1.-iIkmo，原料变成饱和蒸汽所需热量1F原料的摩尔汽化热12z4则可得1.=1.+qF(2-2-42)(2-2-43)y=F+(1-q)F以上两式中的q称为加料热状态参数,其数值的大小等于每参与Ikmo1.的原料使挽福段液体所增加的kg1.数,因此，从Q值的大小可以看出加料的状态及温度的凹凸:q=0,为饱和蒸汽加料：0<q<1,为汽液混合物加料：q=1.为泡点加料:q>1.,冷液加科，此时进料液体的温度低于泡点.入塔后由提馆段上升蒸汽局部冷凝所放出的冷凝热将其加热至泡点,因此q值大于1:q<0,为过热蒸汽加料，入塔后将放出显热成为饱和蒸汽，使加料板上的液体局部汽化，因此q（ft小于零.5.精帽塔内的摩尔流率设精储塔顶的冷凝器将来自塔顶的蒸汽全部冷凝（这种冷凝器林全凝零），凝液在泡点温度下部分回流入塔（泡点回流）.依据怛摩尔流的假定,此时回流液的流MI.即为精惘段逐板下降的液体埴，由此可得塔内各段汽液两相的摩尔流量为1.=RD精健段V=1.+D=(R+1.)D提愉段1.=1.+qFV=V-q）F塔顶蒸汽全部冷凝为泡直液体时，冷凝器的热负荷为Q=VtCc塔釜热伊荷为式中r一一组成X的混合溶液的平均汽化热:cD(2-2-44)(2-2-45)r组成X的混合溶液的平均汽化热.k。五、精馆过程的两种解法上W中己对塔板过程作出数学描述，说争论由各块塔板构成的方程用的求解方法，1 .方程组的联立求解设某精情塔共有N块理论板,其中第m块板为加料板,最末一-块板是蒸帽釜.如图2-2-14所示.釜内液体在菊S釜内局部汽化,离开塔釜的汽液两相机成yx.可认为互成平衡,故蒸悟釜可作为一个理论板.由塔板上过程数学描述可如，对任一非加料板作物杵衡算可得式(2-2-34),对加料板作物料衡鸵可得式(2-2-36),而对蒸馀釜作物料街匏(参见图2-2T4)可得Vx-Vy+Wx(2-2-50).Y-INU-这样.对N块理论板可写物N个物料衡算式.假设设回流液体组成为X,则N个物料衡算式可依次列出如下：第1块板1.X-(1.x+Vy)+Vy=O0112第2块板1.x-(1.x+Vy)+Vy=01223加料板(第板)提塔段任块板(第n板)最终一块板(第N板)1.x-(TX+Vy)+Vy=-Fxm-1Wmw*ITx-(IxVy)+Vy=0n-1.oTx-(W+Vy)=0W-Iu>N以上5式为方程组(2-2-50A)除此N个物料衡算式之外，对N块理论板还UJ以马出N个相平衡方程式，即y=Rx)n=1.N(2-2-51)nn通过全塔物料衢以及塔内摩尔流域的诃算，方程如(2-2-50A)中的Vx1.xnCW皆：假设塔陵设全凝器.则X即为海开第一块塔板的气相组成y.于是,联立求解N个物料衡算式(2-2-50A)OI冷我器及N个相平衡方程式(2-2-51),可解由X至X及y至y共2NISI*个未知数,但由千相平包方程式(2-2-51)是非线性的,求解过程必需试差或迭代.具体做法是首先假定组X(至).IX由相平衡方程(2-2-51)凭出H1.y(y至y),并将其代入方Ifi程组(2-2-50A).此时,方程姐(2-2-50A)成为一线性代数方19程如，可用各种数学方法求解，从而获得用一块板的液相如成X至X(JX)。如此逐次迭代,RtX至各X值不再变化，方程组帙立求解的必要条件是方程式数目故上述方法上要用于塔板数及加料板位置的操作型精慵计算。2.逐板计算法方程组(2-2-50A)与(2-2-51)也UJ自上而下依次逐个求解。假设塔顶产品组成x,对于Q全凝器y=x=X.可首先使用相¥衡方程式由y求X,然后由方程聚(2