全塔板效率 （Overall efficiency）
•全塔板效率 ET （总板效率）为完成一定分离任务所需的理 论塔板数 NT 和实际塔板数 NP 之比
•ET 代表了全塔各层塔板的平均效率，其值恒小于1.0。一般
由实验确定或用经验公式计算。
•经验式：ET=0.49(αμL)-0.245
•NT表示理论板数; •NP表示实际塔板数; •对一定结构形式的板式塔，由分离任务和工艺条件确定出理 论板数后，若已知一定操作条件下的全塔效率，便可求得实 际板数。
。 •若取平均相对挥发度
•对双组分溶液 可略去下标A、
B
•芬斯克方程
最小回流比 (Minimum reflux ratio)
• 对于一定的进料和分离要求：
➢ R，精馏段操作线截距增大，操作线向平
衡线移动；
➢ 进料不变则 q 线不变。操作线交点 d 将向 平衡线靠近。 R，提馏段操作线也向平衡
线移动。
•1.0
•1.0
•1
•2
•a
•1 •2
•1.0 •a
•1
•2
•a
•3 •4
•3 •4
•3 •g •5
•y •y •y
•d •5
•6
•d
•f
•7
•6
•d
•7
•6
•8
•8
•7
•c
•0
•x
•c
•c
•1.0
•0
•x
•1.0
•0
•x
•1.0
•适宜的加料位置
回流比的选择 (Determination of reflux ratio)
•回流比是精馏过程计算不可缺的重要参数，塔所需的理论 板数，塔顶冷凝器和塔釜再沸器的热负荷均与回流比有关。 •精馏过程的投资费用和操作费用都取决于回流比的值。
•全回流与最少理论板数 •Total reflux and minimum number of plate
•全回流时：R D=0 W=0 F=0
•xn<xd (两操作线交点的横坐标，仅当饱和液体进料时为xF) • 此时第N板为加料板，提馏段第一块板。NT精=n-1 令 xn=x1’ 改用提段操作关系。
• •NT提=m(包括塔釜)
理论板数的求法
•图解法
•步骤：绘相平衡图
•
绘操作线
•
从a(xD,xD)到c(xW,xW)在相平衡与
操作线间画直角梯级，梯级个数即理论板
层数（包括塔釜再沸器）。
•1.0
•y1
•1
•2
•a
•y2
•3
•y3
•q 线 •4
•5
•ye
•8
•9 •10
•y
•0 •xW
•zF •xq •x
•x2 •x1 •xD •1.0
最宜的加料位置（Feed-plate location）
•图解法求理论板数时，操作线的更换以某梯 级跨过两操作线交点来判断。 •将跨过交点的梯级定为加料板，板上汽、液 组成与进料组成最为相近，对一定分离任务 ，作图所得的梯级最少。 •最适宜的加料位置是板上汽、液组成与进料 组成最接近处。
理论板数的求法
•对符合恒摩尔流假设的双组分精馏过程，N 的计算只需应
用由易挥发组分衡算得出的操作线方程和相平衡关系。
•逐板计算法
•y1
•y1 •1
•y2 •x1 •2
•x2
•D, xD
•F, xF
•m
•yN-2
•N-2
•xN-2
•N-1 •yN
•Q
•xN-1
•N
•W, xW
•一、逐板法 • 交替使用平衡关系与操作关系，从塔顶至塔釜逐板进行计算 。塔顶采用全凝器。
•芬斯克 (Fenske) 方程
•第 n 板汽液相平衡关系：
•全回流操作线：
•塔顶为全凝器时，y1 = xD
•离开第 1 块板的汽液平衡为：
芬斯克 (Fenske) 方程_捷算法求理论塔板数
•如此类推，可得第 N 块板
（塔釜）上升蒸汽组成为
•即塔釜的液体组成
•式中的塔板数 N 即为全回流时所需的最少理论板数 Nmin
•引入理论板和板效率两个概念后，为达到规定的分 离要求，确定精馏塔所需的实际板数就转变为确定 所需理论板数和板效率两个问题。
•对一定的分离任务，所需理论板数目只取决于物 系的相平衡以及塔内汽、液两相的摩尔流量，与物 系的其它性质，两相接触的传质传热情况及塔板的 结构形式等复杂因素无关。
•理论塔板数 NT 是代表了分离任务的难易程度。
•精馏段操作线：
•提馏段操作线：
•对角 线
全回流时操作线和平衡线的距离为最远，达 到相同的分离程度所需的理论板数最少，
以 Nmin 表示。 全回流时的理论板数 Nmin 可用逐板计算法
或图解法求得。
对理想溶液，可由芬斯克（Fenske）方程直 接计算得。
最少理论板数 (Minimum number of plate)
相与汽相的实际组成；
•
yn*, xn*—— 与离开第 n 板的
液(汽)相组成 xn (yn)成平衡的
汽(液)相组成；
❖分别代表经过一块板后组成的实际 变化，分母则为将该板视为理论板 时的组成变化。单板效率通常由实 验测定。
❖注意：单板效率是一块板的平均效 率，板上各点的传质差异可进一步 由点效率（Local efficiency）来表 达。
板效率（Plate efficiency）
•塔板效率（板效率）表征的是实际塔板的分离效果 接近理论板的程度。单板效率与全塔板效率是常用 的两种表示方法。
•单板效率 Em 又称默弗里（Murphree）板效率， 可用气相单板效率 EmV 或液相单板效率 EmL 表示，
其定义分别为
•
xn, yn —— 离开第 n 板的液
板效率及回流比
2020年5月31日星期日
理论板和板效率（Ideal plate and plate efficiency）
•理论板的概念（Concept of ideal plate）
• (1)离开塔板的汽、液两相达平衡，即离开理论 板的两相温度相等，组成互成平衡。该板称为 理论板
• (2)汽、液两相在板上充分接触混合，塔板上不 存在温度差和浓度差；
•表达理论板上传递过程特征的温度和汽、液组成
可直接由相平衡关系描述，如 t-x(y) 相图、泡点方
程或露点方程。
❖实际塔板上气液两相难以达到平衡，且传递 过程与物系的性质、操作条件以及塔板结构 和安装状况等因素有关，很难用简单地确定 离开实际塔板的汽、液两相温度和组成关系 。
❖设计中，为了避免寻求这种难以确定的关系 ，一般是首先根据分离任务计算出所需的理 论板数，然后再根据所选塔板类型以塔板效 率进行修正，从而确定出所需的实际塔板数 。