SVT塔板的开发与应用－part I.ppt

超级浮阀塔板的开发新思路及其在精馏中的应用(PART I),张 志 炳南京大学分离工程研究中心,塔板研制新路线：,新结构浮阀塔板,液相流型、塔板结构、浮阀具体结构,理论预测,实验验证,超级浮阀塔板研发的理论思路,塔板效率塔板压降,体系物化性质操作工况,塔板用能大小,塔板宏观结构 传质元件结构,塔板非平衡热力学用能分析,能量平衡法熵分析法非平衡热力学分析法,非平衡热力学分析法:对于实际蒸馏塔板，熵产速率方程为：,METSH方程组：,模型结构,过程模拟,非平衡热力学分析,METSH方程组法,混合池模型,点效率,板效率,传质熵增速率,传热熵增速率,单个混合池传质熵增速率,气相：,液相：,蒸馏塔的“平衡级板效率”模型,METSH方程组:物料平衡方程M方程 相平衡方程E方程 板效率T方程 归一化方程S方程 焓衡算方程H方程,苯甲苯精馏塔的规格及分离要求,计算示例,参 数 计 算,计算流程图相平衡常数Kij物流的焓（H）和熵（S）A.气相的焓和熵B.液相的焓和熵两相化学势差,传质系数和板效率A.气相传质系数B.液相传质系数,相平衡常数Kij,相平衡常数Kij：,汽相逸度系数由Virial方程：,饱和蒸汽压用Antoine 方程计算：,由Wilson方程计算活度数：,物流的焓和熵（1）,气相的焓和熵真实气体的焓：,真实混和气体的熵：,物流的焓和熵（2）,液相的焓和熵真实混合液体的焓:,真实混合液体的熵:,两相化势差：,气相传质系数：,液相传质系数：,总传质系数：,上式中，hw为堰高，Fa为汽相动能因子，lw为堰长，DL为液相扩散系数。Sc为施密特准数，按下式计算：,tL，hL，DG分别为停留时间，液层高度和气相扩散系数。Aa为塔板有效传质面积。,汽相扩散系数由Fuller-Schettler-Giddings公式估算:,液相扩散系数，Perkins&Geankoplis曾经对Wilke-Chang的计算式做了一定修正，可以用来估算混合溶液:,点效率和板效率之间的关系可表达为(Gautreaux&Oconnell)8：,式中n是塔板上混合池的数目。如果塔板上的液体完全混合，n=1，板效率等于点效率；如果板上液体为平推流，n=，板效率可以简化为：,汽相、液相的板效率的关系为：,塔型对能耗的影响,不同板型的熵增速率比较,F1 浮阀塔板()筛板(),液相流型对能耗的影响,不同液相流型的熵增速率比较,全混流()5个混合池()100个混合池()平推流(),不同传质区面积熵增速率比较,塔板传质区面积对能耗的影响,Aa/At=0.95()Aa/At=0.80()Aa/At=0.65(),不同堰高比较,降液管结构对能耗的影响,0.02m()0.05m()0.08m(),不同堰长比较,降液管结构对能耗的影响,1.56m()1.82m()2.08m(),结论：,1.塔板类型、液体流型对精馏过程的能耗有很大影响。传质效率较高的塔板，能耗较低；液相流型较好的塔板，能耗较低；平推流型塔板最低，全混流型塔板最高。2.塔板结构参数对塔板的能耗有较大影响，较低的堰高，较长的溢流堰，较大的传质区面积，有利于能耗降低。,本研究已发表的论文,AIChE J.,2006,52(12),4229-4239AIChE J.,2008,54(6)，1470-1477Ind.Eng.Chem.Res.2002,41:285-292Ind.Eng.Chem.Res.2002,41:293-296Ind.Eng.Chem.Res.2003,42：2219-2222J.Chem.Indus.&Eng.2002,53,172-174.化工学报，2003，54：699701.化工学报，2000，51：395-398.,