化学工学計算支援ツール
蒸留
充填塔の理論段数と充填高さの換算（HETP）
理論段数とHETPから充填高さを、充填高さから相当する理論段数を求めます。理論段数はマッケーブ・シール法のページで求めた値を使えます。
入力
段
供給位置より上の段数です。マッケーブ・シール法のページの結果では、フィード段から1を引いた値になります。
段
供給位置より下の段数で、リボイラーは含めません。マッケーブ・シール法のページでは、理論段数 N（リボイラー込み）からフィード段を引いた値です。
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充填層が複数あるときは各層の高さを合計します。
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充填物メーカーの値や同じ系の実測値を入力します。概略の目安は下の表にまとめています。
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-
塔頂と塔底で異なる場合は、両者の幾何平均を使います。
モル分率
全還流で運転したときの還流液の低沸点成分の組成です。
モル分率
同じときの缶出液（リボイラー内の液）の組成です。
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充填層が複数あるときは各層の高さを合計します。
計算結果
入力値を入れて「計算する」を押してください
計算式
充填層の高さは、理論段数とHETP（1理論段に相当する充填高さ）の積です。濃縮部と回収部は液と蒸気の流量が違うため、区間ごとに計算して合計します。
$$ Z = N_R\,\mathrm{HETP}_R + N_S\,\mathrm{HETP}_S $$
全還流のデータからは、塔頂と塔底の組成からFenske式でステップ数を求め、リボイラー分の1段を引いた段数で充填高さを割ってHETPとします。
$$ S_{\min} = \frac{\ln\!\left(\dfrac{x_D}{1-x_D}\cdot\dfrac{1-x_B}{x_B}\right)}{\ln\alpha} \qquad \mathrm{HETP} = \frac{Z}{S_{\min}-1} $$
- $Z$：充填高さ［m］
- $N_R$、$N_S$：濃縮部・回収部の理論段数（リボイラーを除く）［-］
- $\mathrm{HETP}_R$、$\mathrm{HETP}_S$：濃縮部・回収部のHETP［m］
- $S_{\min}$：全還流でのステップ数（リボイラーを含む）［-］
- $\alpha$：相対揮発度［-］
- $x_D$、$x_B$：塔頂（還流液）・塔底（缶出液）の低沸点成分モル分率［-］
HETPの目安
| 充填物 | HETP |
|---|---|
| 高性能の不規則充填物（呼び径 25 mm） | 約 0.35 m |
| 高性能の不規則充填物（呼び径 50 mm） | 約 0.65 m |
| 規則充填物・金属板型（比表面積 100〜500 m²/m³） | 0.2〜0.9 m（250 m²/m³ 級で約 0.4 m） |
| 規則充填物・金網型（比表面積 500〜3,300 m²/m³） | 0.1〜0.4 m |
出典：分離技術会 編「実用蒸留技術」図4・図5、化学工学便覧 改訂六版 表10・15（Kister, Distillation Design, 1992 による）
表は炭化水素系など標準的な系の値です。HETPは物性や気液の負荷でも変わるので、設計では充填物メーカーの値や同じ系の実測値を使います。
前提条件
- 理論段数は、リボイラーを除いた充填部の段数を入力します。全縮器は段に数えません。
- 計算する高さは充填層だけで、液分散器や支持板などの空間は含みません。
- 全還流データの逆算は二成分系で相対揮発度一定とし、リボイラーを1理論段とします。
参考資料
便覧
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