确定实际塔板数的方法与注意事项

4.3.5.1　实际塔板数及实际加料板位置

设塔釜为一块理论板,则

式中,N为塔内实际板数;NT为计算(或图解)所得理论板数;ET为全塔总效率。

式中,Nm为实际加料板位置;NR为精馏段理论板数。

由于在计算中引用了诸多简化假定,实际情况有一定偏差。因此,在设计时可在Nm的上、下各多设一个加料口,待开车调试时再确定最佳实际加料位置。

4.3.5.2　塔板效率的估计

塔板效率与物系性质、塔板结构及操作条件等都有密切的关系。由于影响因素很多,目前尚无精确的计算方法。工业测定值通常在0.3～0.7之间。常用的估算方法有以下几种。

(1)参考生产现场同类型的塔板、物系性质相同(或相近)的塔板效率数据。

(2)O'connell关联图(即图4-1)

此图是对几十个工业生产中的泡罩塔和筛板塔实测的结果,实践证明此图也可用于浮阀塔的效率估计。

图4-1　精馏塔全塔效率关联图

Eduljee把此图表示为如下方程式:(www.xing528.com)

式中,ET为全塔总效率;α为塔顶、塔底平均温度下的相对挥发度;μL为液体平均黏度,mPa·s;温度以塔顶、塔底平均温度计,组成以进料组成计。

此法只计及物系性质(相对挥发度α和液相黏度μL)对板效率的影响,并未包括塔板结构参数和操作条件的影响。

(3)朱汝瑾公式

朱汝瑾等在O'connell方法的基础上,进一步考虑了板上液层高度及液-气比对塔板总效率的影响,提出了下列算式。

式中,ET为塔板总效率;L,V分别为液相及气相流量,kmol/h;α为塔顶、塔底平均温度下的相对挥发度;μL为液体平均黏度,mPa·s;hL为有效液层高度(对筛板塔而言,hL=hw+how),m。

(4)Van Winkle关联

Van Winkle等人在1972年发表了以准数形式关联的塔板效率(默夫里板效率),可用于二元物系的板效率估算。

式中,Emv为默夫里板效率;Dg为表示表面张力影响的准数,Dg=σL/(μL·uV),量纲一;σL为液体表面张力,mN/m;uV为表观气相速度,m/s;μL为液体黏度,mPa·s;Sc为液体Schmidt数,Sc=μL/ρLDLK;ρL为液体密度,kg/m3;DLK为轻组分在液相扩散系数,m2/s;Re为雷诺数,Re=hwuVρV/μL(FA);hw为堰高,m;ρV为气相密度,kg/m3。(FA)为面积百分率,(FA)=×100%。

(5)A.I.Ch.E法

影响塔板效率的因素十分复杂,有物性参数、塔板结构参数及操作参数等。美国化工学会(A.I.Ch.E)对此组织了系统研究,最后整理结果,将各因素综合成四项关系:气相传质速率、液相传质速率、塔板上的液体返混和雾沫夹带。A.I.Ch.E法包括的因素较全面,多年使用结果证明其较能反映实际情况,可供设计时使用。特别是此方法反映了塔径放大后对效率的影响(如堰高、液流长度、液流强度、返混效应等),故可分析小试验结果,并预测放大后的效率,对过程开发是有用的。

关于A.I.Ch.E法计算可参阅参考文献[2]。