上海交通大学：《低温原理及应用》课程教学资源（课件讲稿）第07讲 精馏塔的理论计算、变压吸附及膜分离

上游充通大学 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 低温原理及应用 第7讲气体分离基础2 精馏塔的理论计算、变压吸附及膜分离 2018年春季 黄永华博士、教授 漏 A是具 答疑： 邮箱huangyh@sjtu.edu.cn;电话：34206295 或预约办公室：机动A楼432室

低温原理及应用 第7讲 气体分离基础2 2018年春季 黄永华 博士、教授 精馏塔的理论计算、变压吸附及膜分离 答疑: 邮箱 huangyh@sjtu.edu.cn ; 电话: 34206295 或预约 办公室：机动A楼432室

精馏塔的理论塔板数计算 有两种基本方法用来计算精馏塔内所需的理论塔板数： 方法一：1921年Ponchon.和1922年Savarit建立的，它是一适用于所有情况的精确方 法，但应用该法需要详细的焓值数据。 方法二：1925年McCable和Thiele建立的，它在应用时仅需要平衡浓度数据。 最适合于低温场合，本课程讨论它

精馏塔的理论塔板数计算 有两种基本方法用来计算精馏塔内所需的理论塔板数： 方法一：1921年Ponchon和1922年Savarit建立的，它是一适用于所有情况的精确方 法，但应用该法需要详细的焓值数据。 方法二 ：1925年McCable和Thiele建立的，它在应用时仅需要平衡浓度数据。 最适合于低温场合，本课程讨论它

AcCable-Thiele方法 Op 先给塔内塔板记数，方法为： 冷凝器 D 顶部产品 供料板上方精馏段，从供料板向上标数，用 n+2 下标n表示； 供料板下方提馏段，从沸腾器向上标数，用 精馏段 下标m表示； A 离开板的液体和蒸汽用下标n标志（例：Ln和 供料 Vn); 在质量和能量平衡方程中用到的各量均标在 m+2 第n块塔板 图3.42上。 提馏段 m+1 m-2 取第n块板上方塔的部分作为分析系统， 应用质量守衡定律可以得到： 蒸发器 B 底部产品 Vn=Ln+D B (3.67） 图3.42 其中D是塔顶部产品总的摩尔流率。 Vn离开第n块塔板的蒸汽流率；Lnt1是来自第n+l块塔板的液体流率

McCable—Thiele方法 先给塔内塔板记数，方法为： • 供料板上方精馏段，从供料板向上标数，用 下标n表示； • 供料板下方提馏段，从沸腾器向上标数，用 下标m表示； • 离开板的液体和蒸汽用下标n标志(例：Ln和 Vn）; • 在质量和能量平衡方程中用到的各量均标在 图3.42上。 Vn  Ln1  D 取第n块板上方塔的部分作为分析系统， 应用质量守衡定律可以得到： 其中D是塔顶部产品总的摩尔流率。 Vn离开第n块塔板的蒸汽流率；Ln+1是来自第n+1块塔板的液体流率 (3.67) 图3.42 Vm Lm+1

AcCable-Thiele方法 萄我们考虑仪是双组分混合物：把质量守衡定律应用于低沸点组分，得 ynVn =XntiLnt +xpD (3.68) 式中x是在顶部产品中低沸点组分摩尔百分比。 Xn+Xo时，yn=Xo 把热力学第一定律应用于该分析系统。假定该系统没有热漏，无功 输出，忽略动能和势能的变化。则得： HnVn huLnt +hpD+2p (3.69) 其中，Hn是离开塔板蒸汽的焓，hn+1是离开冷凝器液体焓，ho是 顶部液体产品的焓，Q是塔顶部冷凝器中带走的热量

McCable--Thiele方法 若我们考虑仅是双组分混合物，把质量守衡定律应用于低沸点组分，得 到： yn Vn  xn1 Ln1  xD D Hn Vn hn Ln hD D QD   1 1   式中xD是在顶部产品中低沸点组分摩尔百分比。 把热力学第一定律应用于该分析系统。假定该系统没有热漏，无功 输出，忽略动能和势能的变化。则得： 其中，Hn是离开塔板蒸汽的焓，hn+1是离开冷凝器液体焓，hD是 顶部液体产品的焓，QD是塔顶部冷凝器中带走的热量。 (3.69) (3.68) xn+1=xD 时，yn=xD

AcCable-Thiele方法 等式(3.69)两边都除以产品流率D和从等式(3.67)导得L/D=Vn/D-1 得到： (H-h)V /D)=p/D)+hp-h (3.70) 从而可求得产品流率与蒸汽相流率的比值： D Hn-hn+1 Vn (p/D)+hD-hn+ (3.71) 利用等式(3.67)，得到： Ln+1 =1-(D/Vm) (3.72) 最后，把等式3.68)两边除以蒸汽相流率， yn=(L/V+(D/V)xp (3.73) 给定产品纯度后，理论塔板数可以通过以上关系 式计算，式(3.73)也称为精馏段的操作线方程。 由此确定图上斜率Ln+Nn

等式(3.69)两边都除以产品流率D和从等式（3.67)导得 Ln1 / D Vn / D1      1 1 H / / n hn Vn D  QD D  hD hn McCable--Thiele方法 从而可求得产品流率与蒸汽相流率的比值： 1 1 ( / )       D n D n n n Q D h h H h V D  利用等式(3.67)，得到： L V D V n n n    1 1 ( / ) 最后，把等式(3.68)两边除以蒸汽相流率，     n n n n n D y L /V x D/V x  1 1  (3.70) (3.71) (3.72) (3.73) 给定产品纯度后，理论塔板数可以通过以上关系 式计算，式(3.73)也称为精馏段的操作线方程。 得到： 由此确定图上斜率Ln+1/Vn