（1）单板效率EmV、EmL

也称默弗里（Murphree）板效。定义为 气相默弗里板效EmV(n)?yn?yn?1经过第n块塔板后气相的实际增浓程度 ?*浓程度yn?yn?1经过第n块塔板后气相的理论增xn?xn?1经过第n块塔板后液相的实际增浓程度 ?*n块塔板后液相的理论增浓程度xn?xn?1经过第液相默弗里板效EmL(n)?显然，EmV(n)和EmL(n)不会相等，且由于沿塔气液相组成，气速等均有变化，各板的单板效率也各不相同。一般情况下它们会小于1，特殊情况下它们会大于1（通常出现在塔

径较大的精馏塔中）。

单板效率主要反映了一层塔板上传质的优劣，根据单板效率的大小可考察不同板型的传质效果，以便为塔板选型提供依据。

（2）全塔效率

全塔效率或总板效率E的定义为：

E?NT 式中，NT为理论板数，NP为实际板数。 NP利用上式，可在全塔理论板数和总板效率确定的前提下，求取精馏塔的实际塔板数。 总板效率反映了整座塔传质效果的好坏，其值一定小于1，多数在0．5~0．7之间.获取总板效率的目的是为了得到实际塔板数,以便为精馏塔的设计提供依据。

（3）点效率

EOG?Kx?y?y1经过塔板上某点气相的实际增浓程度V ?2??1?e?理论增浓程度y?y1经过塔板上某点气相的A点效率主要反映了一层塔板上某点传质的优劣，提高A、Kx、τ可提高点效率。

塔板效率实际上反映了精馏塔内传质速率的快慢，这一物理量包含了所有影响传质过程的动力学因素，因此塔板效率对板史塔的设计和操作都很重要。设计中通常采用实测数据或经验数据，当缺乏这些数据时也可根据某些经验关系进行估算。 4．2精馏过程设计（或操作）变量和条件的选定 4.2.1精馏塔的操作压强

精馏按操作压强可分为常压精馏、减压精馏和加压精馏。因前者设备、流程简单和操作容易，故工业上多采用常压精馏。一般选择原则如下：

①在常压下沸点在室温到150℃左右的混合物，宜采用常压精馏。 ②在常压下沸点较高或者在较高温度下易发生分解、聚合等变质现象的混合物常采用减压精馏。

③在常压下沸点在室温以下的混合物，一般采用加压精馏。 应当指出，由于在精馏塔再沸器中液体沸腾温度及冷凝器中蒸汽冷凝温度均与操作压强有关，故应选择适当的操作压强。通常，若提高操作压强，可使蒸汽冷凝温度升高，从而避免在冷凝器中使用价格昂贵的冷冻剂。若降低操作压强，可使液体沸腾温度下降，从而避免在再沸器中使用高温载热体。而且操作压强也影响物系的平衡关系，因此在严格的精馏设计中，操作压强也应通过经济衡算确定。

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4.2.1精馏过程的加热方式和冷凝方式 1.加热方式

精馏的加热方式分为间接蒸汽加热和直接蒸汽加热两种，工业生产中大多采用前者。当欲分离的为水与易挥发组分（如乙醇等）构成的混合液时，宜采用直接蒸汽加热方式，这样可节省再沸器，提高传热速率。但是由于精馏塔中加入水蒸气，使从塔底排出的水量增加，若馏出液组成xw维持一定，则随塔釜液损失的易挥发组分增多，使其回收率减少。若保持相同的回收率，必须降低xw，这样提馏段理论板数就应增加。

在设计中，通常将再沸器视为一块理论板。 2.冷凝方式

精馏塔的冷凝方式一般分为以下两类：

（1） 全凝器冷凝 塔顶上升蒸汽进入冷凝器被全部冷凝成饱和液体，部分液体作为回流，

其余部分作为塔顶产品。这种冷凝方式的特点是便于调节回流比，但较难保持回流温度。因该法流程较简单，工业生产上大多采用这种冷凝方式。

（2） 分凝器冷凝 塔顶上升蒸汽先进入一个或几个分凝器，冷凝的液体作为回流或部分

作为初馏产品；从分凝器出来的蒸汽进入全凝器，冷凝液作为塔顶产品。这种冷凝方式的特点是便于控制冷凝温度，可提取不同组成的塔顶产品，但是该法流程复杂。 在设计中，分凝器可视为一块理论板。 4.2.3回流比的选择

1.全回流：全回流：其特点是操作线与对角线重合，精馏段、提馏段操作线均可写成

yn?1?xn。由于全回流没有产品的采出，所以不具备生产意义，常在精馏塔开停工、调试

和实验室研究时采用。 2.最小回流比：对特定的分离任务和要求，需无穷多理论板时的回流比，定义为最小回流比。 ①对正常的平衡曲线，有：Rmin?xD?yqyq?xq

②对不正常的平衡曲线，一般是通过x?y图上的点（xD，xD）作平衡曲线的切线，该切线即为最小回流比下的操作线，用作图法算出该切线的斜率

Rmin，进而求得Rmin。

Rmin?13.适宜回流比：适宜回流比应通过经济核算确定。操作费用和设备费用之和最低时的回流比为最佳回流比。在设计中一般取经验值，即R宜?(1.1~2.0)Rmin。上式中最小回流比的倍数由设计者选定，从耗能角度考虑宜取低限，对难分离物系，宜取高限。

精馏操作中，回流比是重要的调控参数，其值与产品质量及生产能力密切相关。 4．3连续精馏塔理论板数的计算

二元精馏塔理论板数的求取方法主要有逐板法、图解法和捷算法。 （1） 逐板法

从塔顶（也可从塔底）开始逐板计算，即从y1开始交替运用相平衡方程和操作线方程，求出各板上气液两相的组成。当xN1?1?xF时精馏段计算结束，数一数所用的相平衡关系次

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数，即为精馏段板数N1块。然后改用提馏段方程和相平衡方程计算当xN?xW时，表明已经能够满足分离要求，整个精馏所需的总理论板数为N-1块（因第N块为塔釜，所以要扣除）。提馏段板数=（N-1-N1）块。具体步骤如下：

xD?y1?相平衡???x1?精馏段操作线?????y2?相平衡???x2?精馏段操作线???????相平衡???xN1?1?xFxN1?1?提馏段操作线?????yN1?2?相平衡?????相平衡???xN?1?提馏段操作线?????yN?相平衡???xN?xW 逐板计算方法比较繁琐，但得到的结果较为准确，且能获得各板上气液两相的组成，当塔板数很多时可采用计算机求解。 （2）图解法

图解法又称麦卡勃-蒂列（McCabe-Thiele）法，简称M-T法，其原理与逐板计算法完全相同，只是将逐板计算过程通过作图来实现。作图时，将跨过三线（精馏段、提馏段操作线和q线）交点d的梯级定为加料板。这种进料为最佳位置进料。 （3）捷算法

捷算法是利用吉利兰关联图，由横坐标X?R?Rmin查图（通过关联式）求得纵坐标

R?1Y?N?Nmin，从而求出理论板数N。其中Rmin为最小回流比；Nmin为最小理论板数，

N?2即全回流时的理论板数，其求取方法有逐板法和图解法。

对理物系，通过逐板法可推得：

Nmin1??xA??xB??lg???x????x?????B?D?A?F??，N??lg?1min??xA??xB??lg???x????x?????B?D?A?W???1（不含塔釜） ??lg?上式为芬克斯（Fenske）方程，该式适用于多组分物系。式中?1??D?F，

???D?W。Nmin1为精馏段所需的最少理论板数。

捷算法快捷，但精确性较差，一般用于设计时的粗估。 4．4精馏操作条件的优化及操作分析 4.4.1精馏操作条件的优化

（1）选择最佳的进料位置：两操作线交点稍下的位置。 （2）保持全塔物料平衡：F?D?W,FxF?DxD?WxW

（3）选择适宜的塔顶回流：适宜的回流比及回流温度。

（4）选择合适的进料热状况：工业上多采用饱和液体进料，以节省能耗。 （5）在灵敏板进行温度控制。 4.4.2操作型问题定性分析 1.影响精馏操作的因素分析

（1）影响精馏操作的主要因素有：物系特性和操作压强；生产能力和产品质量；回流比和进料热状况；塔设备情况；再沸器和冷凝器的热负荷。

（2）上述因素以应遵循的基本关系：相平衡关系；物料衡算关系；理论板数关系；塔板效

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率关系；热负荷关系。 2.操作型问题定性分析方法

所谓操作型问题是指设备给定的条件下，计算或分析某操作条件改变后分离效果的变化，或者提出为获得合格产品需采用的调节措施等。

操作型问题定性分析时，为使分析过程简单化，通常 忽略塔板效率的变化，按理论板数不变进行分析，这是操作型问题的定性分析的前提。

（1）首先判断出精馏段、提馏段操作线斜率的变化。精馏段操作线斜率越大，操作线越远离平衡线，精馏段内塔板的分离能力越高；提馏段操作线斜率越小，操作线越远离平衡线，提馏段内塔板的分离能力越高。反之亦然。或者，在y-x相图中画出新旧操作线，并用M-T法作出梯级，并与理论板数不变这一前提相比较，最终确定馏出液和釜液浓度的变化趋势。 （2）在精馏操作型问题的定量计算中可假设馏出液和釜液组成中的一个，采用逐板计算或M-T图得出另一个，最后用物料衡算关系来校验。 4.5其他类型的蒸馏过程 4.5.1简单蒸馏

特点：（1）间歇，不稳定；（2）分离程度不高，仅适用于相对挥发度大而分离要求不高的场合，常作为初加工，如原油的初馏。 ①宏观物料衡算：

W1?W2?WDW1x?W2x2?WDxD

式中W1、x1为初始料液量和组成；W2、x2为最终残液量和组成；WD、xD为馏出液量和馏出液平均浓度。 ②微分物料衡算：

dWdx? Wy?x对理想物系将气液相平衡关系式y??x代入上式积分得：

1?(??1)xlnW1x1W(1?x1) ??ln1W2x2W2(1?x2)4.5.2平衡蒸馏 特点：（1）连续、稳定，（2）分离程度不高。 在平衡蒸馏过程中，x、y保持不变。 ①物料衡算：

F?L?VFxF?Lx?Vy

②相平衡关系：y??x

1?(??1)x4.5.3间歇精馏 1.特点：（1）非定态过程；（2）只有精馏段；（3）塔内存液对精馏影响大，生产商多采用填料塔。

2.操作方式：（1）恒回流比操作；（2）恒馏出液组成操作。

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