第三章 多组分精馏

第三章多组分精馏第1页，课件共37页，创作于2023年2月2第三章气液传质分离过程3.2多组分精馏多组分精馏过程分析一些基本概念塔压选择、计算最小理论塔板数及组分分配：Fenske方程最小回流比：Underwood方程实际回流比与理论板数：Gilliland图多组分精馏塔的简捷计算方法第2页，课件共37页，创作于2023年2月上节课内容回顾核实闪蒸问题的判断条件TB<T<TD

闪蒸计算重要方程：

Rachford-Rice方程Ki值与组成无关的等温闪蒸计算过程Ki值与组成相关的等温闪蒸计算框图绝热闪蒸计算框图第3页，课件共37页，创作于2023年2月一、多组分精馏过程分析Rectifyingsection精馏段Strippingsection提馏段Countercurrent逆流泡沫第4页，课件共37页，创作于2023年2月1.多组分精馏塔的设计变量第5页，课件共37页，创作于2023年2月1.多组分精馏塔的设计变量第6页，课件共37页，创作于2023年2月1.多组分精馏塔的设计变量固定设计变量：所有进入物流的变量（每股物流C+2个）：C+2所有组件和单元的压力：N+2所有组件和单元的传热流率（除冷凝器和再沸器外）：0合计：N+C+4可调设计变量：5

第7页，课件共37页，创作于2023年2月1.多组分精馏塔的设计变量可调设计变量：5（p63）第8页，课件共37页，创作于2023年2月2.多组分精馏特性9计算方法上：对于二元精馏，设计变量被确定后，可从任一端出发，作逐板计算，无需试差。对于多元精馏，由于不能指定全部组成，所以需先假设一端的组成，再通过反复试差求解。二元精馏vs多元精馏在塔内流率，温度和浓度分布上也有不同。第9页，课件共37页，创作于2023年2月benzene-toluene10二组分精馏流率、温度、浓度分布除进料板处液体流率有突变外，各段的摩尔流率基本上为常数.第10页，课件共37页，创作于2023年2月

benzene(LK)-toluene(HK)-isopropylbenzene11图3-5三元精馏流量分布图3-6三元精馏温度分布液气比L/V接近常数第11页，课件共37页，创作于2023年2月benzene-toluene(LK)-xylene(HK)-isopropylbenzene12图3-7四元精馏液相组成分布Z1=0.125Z2=0.225Z3=0.375Z4=0.27512=2.2522=1.0032=0.3342=0.21第12页，课件共37页，创作于2023年2月Summary

3.多元精馏与二元精馏在浓度分布上的区别13（1）关键组分含量存在极大值；（2）非关键组分通常是非分配的，

即重组分通常仅出现在釜液中，

轻组分仅出现在馏出液中；（3）重、轻非关键组分分别在进料板下、上

形成几乎恒浓的区域；（4）全部组分均存在于进料板上，但进料板含量不等于进料含量。各组分的浓度分布曲线在进料板处不连续。第13页，课件共37页，创作于2023年2月144.小结：

（一）沿塔高方向的温度分布在精馏塔中，温度分布主要反映物流的组成。

沿塔高方向自下而上温度递减第14页，课件共37页，创作于2023年2月15级间流率分布与热量衡算密切相关。影响因素较多，总效应很复杂，难以归纳出一个通用的规律。假设塔内恒摩尔流近似成立。小结：

（二）沿塔高方向的汽液流率分布第15页，课件共37页，创作于2023年2月16对于两组分精馏，指定馏出液中一个组分的浓度，就确定了馏出液的全部组成；指定釜液中一个组分的浓度，也就确定了釜液的全部组成。对于多组分精馏，遇到的关键问题是塔顶和塔底产品的组成和量无法全部预先确定。小结：

（三）沿塔高方向的浓度分布第16页，课件共37页，创作于2023年2月二、一些基本概念1.关键组分：对多组分精馏来说，通常把指定浓度的两个组分称为关键组分。轻关键组分：相对易挥发的关键组分称为轻关键组分（LNK）重关键组分：难挥发的关键组分称为重关键组分（HNK）轻非关键组分：相对挥发度比轻关键组分大的组分（将全部或接近全部进入馏出液）重非关键组分：相对挥发度比重关键组分小的组分（将全部或接近全部进入釜液）中间组分：第17页，课件共37页，创作于2023年2月1.关键组分根据组分是否在精馏塔的两端都出现，可分为非分配组分：只在塔顶或塔釜出现的组分分配组分：在塔顶和塔釜均出现的组分轻非关键组分（light

nonkeycomponent,LNK）轻组分轻关键组分（LK）中间组分(intermediatecomponent,relativevolatilitybetweenthetwokeycomponents)重关键组分（HK）重非关键组分（heavynonkeycomponent,HNK）重组分Relativevolatilitylowhigh第18页，课件共37页，创作于2023年2月1.关键组分计算时，如何确定关键组分？一般来说，给定了分离要求的组分为关键组分，如例3-3（p73）/例3-4（p75）只给定了一个组分的分离要求，而其他组分不作任何要求时，一般选择相邻组分作为关键组分第19页，课件共37页，创作于2023年2月二、一些基本概念2.清晰分割：馏出液中除了重关键组分外，没有其它重组分；釜液中除了轻关键组分外，没有其它轻组分。3.最小回流比：在无穷多塔板数的条件下达到关键组分预期分离所需要的回流比。4.最小理论板数：全回流操作下达到关键组分预期分离所需要的理论板数。第20页，课件共37页，创作于2023年2月21最少理论板数（Nm）和全回流1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。全回流对应最少理论板数，但全回流下无产品采出，因此正常生产中不会采用全回流。什么时候采用全回流呢？2、在实验室设备中，研究传质影响因素。3、工程设计中，必须知道最少板数。第21页，课件共37页，创作于2023年2月三、塔压选择、计算参考书p402第22页，课件共37页，创作于2023年2月1.确定精馏塔压力和冷凝器类型的算法第23页，课件共37页，创作于2023年2月2.经验常数可假定冷凝器的压降：0~14kPa塔的总压降：35kPa或单板压降：0.7kPa（常压或高压塔）0.35kPa（负压操作的塔）或者轻烃3.5mmHg左右，即400～500Pa第24页，课件共37页，创作于2023年2月2.经验常数如果可能，按最低温度49℃（对应于用水作为冷却介质）计算获得在0~2.86MPa之间的回流罐压力pDpD<1.48MPa时，推荐使用全凝器pD<2.52MPa时，推荐使用分凝器pD>2.52MPa时，推荐使用冷冻剂，以使pD<2.86MPa第25页，课件共37页，创作于2023年2月3.例：计算下图塔的操作压力和冷凝器类型第26页，课件共37页，创作于2023年2月（1）计算TD=49℃时，馏出物的泡点压力以乙烷为主要成分查p-T-K图第27页，课件共37页，创作于2023年2月四、最小理论塔板数及组分分配：Fenske方程第28页，课件共37页，创作于2023年2月29几点说明SupplementstoFenskeeq.：

1.

AB

（1）方程的精度取决于相对挥发度数据的可靠性。（2）

AB

的近似处理：1>两点平均2>三点平均3>单点值第29页，课件共37页，创作于2023年2月302.另一种形式摩尔分率用摩尔数、体积或重量比来代替。d/b:分配比;d:馏出物中组分的流率（摩尔或质量）;b:塔底产物中组分的流率（摩尔或质量）几点说明SupplementstoFenskeeq.：

第30页，课件共37页，创作于2023年2月313.Nm只与分离要求有关，而与进料组成无关。

Theminimumnumberofequilibriumstagesdependsonthedegreeofseparationofthetwokeycomponentsandtheirrelativevolatility,butisindependentoffeed-phasecondition.几点说明SupplementstoFenskeeq.：

第31页，课件共37页，创作于2023年2月324.Fenske方程可以用来计算进料板位置、各段理论板数和组分分配。

Fenskeequationcanbeusedforcalculatingfeed-stagelocation,numberofequilibriumstagesofrectifyingsectionandstrippingsection,andcomponentdistributions.几点说明SupplementstoFenskeeq.：

feed-stagelocation：byreplacingfeedasthecolumntop(orbottom)把进料当作塔顶（或塔釜）第32页，课件共37页，创作于2023年2月用Fenske方程计算组分分配为精确计算，上两个式子应用于计算bi和di中较小的那个，另一个最好用总物料衡算求得。第33页，课件共37页，创作于2023年2月345.分离要求的给出形式：（1）规定关键组分在塔顶和塔釜的摩尔分数。（2）规定关键组分在塔顶和塔釜的流出量。(3-7)几点说明SupplementstoFenskeeq.：

(3-4)第34页，课件共37页，创作于2023年2月355.分离要求的给出形式：（3）规定关键组分在塔顶和塔釜的回收率。（3-11）几点说明SupplementstoFenskeeq.：

第35页，课件共37页，创作于2023年2月36对于无中间组分的体系：如A(LNK)、B(LK)、C(HK)、D(HNK)组成的体系，

先假定清晰分割，计算理论板数，再校验是否符合清晰分割的假设。清