多组分多级分离过程分析与简捷计算

1、第三章多组分多级分离过程的分析与简单计算，教师：何守林生产：何守林，多组分精馏：1。组分分数C2 2。解大量方程的变量分析3。4号塔分布的复杂过程分析。简单计算方法：芬斯克-恩德伍德-吉利兰共沸蒸馏图解法，萃取蒸馏简化法，吸收系数法，逆流萃取分组法，逐板法：严格计算(本章不含)，返回，第3章，多组分和多级分离过程的分析和简单计算，第1节设计变量第2节多组分蒸馏过程第3节萃取蒸馏和共沸蒸馏第4节吸收和蒸发过程第5节萃取过程第1节设计变量3.1.1单元设计变量3.1.2装置设计变量，返回，设计变量：确定已知变量变量个数：返回3.1.1单元的设计变量，将复杂的化工厂分解成简单的单元，找出：例1。分销

2、商，示例2。该产品是两相总冷凝器，实施例3。简单的绝热操作理论板，设计变量真的很难！3.1.2装置的设计变量，由装置设计变量确定：吸收塔设计变量：指定为关键部件的理论塔板数或吸收率，实施例5。简易蒸馏塔，查表31:9单元流量数；总结出一种简单可靠的确定精馏塔设计变量的方法：(1)根据每股单相流都有(C 2)个变量的事实，计算由进料流确定的固定设计变量的个数。(2)确定装置中不同压力的数量。(3)以上两项之和为装置的固定设计变量数。(4)增加级联单元、分配器、侧线提取单元和传热单元的数量是整个装置的可调设计变量。例6。带侧线萃取出口的蒸馏塔在塔内和回流处的进料压力相同，有两个限制条件：第2节多组

3、分蒸馏过程，第2节多组分蒸馏过程，3.2.1多组分蒸馏过程分析3.2.2最小回流比3.2.3最小理论塔板数和组分分布3.2.4实际回流比，理论塔板数，进料位置和回流，3.2.1多组分蒸馏过程分析，1。关键组件1。主要成分介绍一般蒸馏：设计计算时，五个可调设计变量为：I:高挥发性成分，称为轻关键成分，表示：LK，下标：l j:低挥发性成分，称量关键成分，表示：HK，下标：h，对于蒸馏中的非关键成分，设置为非关键成分I对HK的相对挥发性。4.关键组分的指定原则由工艺要求决定，如：ABCD(按挥发度递减的顺序排列)混合物的分离过程要求AB与CD分离，然后B为LK；c是HK，这个过程要求a:先分开，然

4、后：a是lk；b是香港。其次，设计并计算了多组分精馏过程的复杂性。1.测定后，塔顶浓度由物料平衡决定。两种方法：清晰分割法假设所有LNK都是从塔顶提取的；假设所有的HNK都是从塔底提取的。在不清晰分割的方法中，每个组件可能存在于顶部和底部。复杂的流量分布、温度分布和浓度分布流动分布中分子的汽化潜热相似，可以看作是一个恒摩尔流量的例子：苯甲苯体系(图34)和苯甲苯异丙苯体系(图35)中分子的汽化潜热不相似，随V和L变化，但V/L变化不大，温度分布的泡点与组成密切相关，温度分布接近组成分布形状。(图34)，(图36)。浓度分布1。靠近进料板的每种组分的浓度变化很大，因为引入的组分包含所有组分。2。

5、对于非关键部件整改部分；HNK迅速消失；LNK出现在进料板上方的板中，浓度接近恒定，在顶部附近急剧增加，并在盘中达到最高水平(图38)当有LNK和HNK时，它们不同时出现在顶部和底部：LK在精馏段有一个最大值，然后下降到规定的浓度；HK在汽提段达到最大值，然后降至规定浓度。(图39)，回流，3.2.2最小回流比，1。恒定浓度区，恒定浓度区，二元蒸馏：恒定浓度区：一，出现在进料板上，多重蒸馏：定义：组分分布组分同时出现在顶部或中部：LK，HK和非分布组分仅出现在顶部或中部非关键组分可以是分布组分或非分布组分。多元蒸馏的特点：各组分之间相互作用，在上下恒定浓度区的所有进料组分中都有非分布组分。恒定

6、浓度区的位置不一定在进料板上，根据恒定浓度区的概念，相关公式：相平衡和物料平衡，安德伍德公式：误差：1020%，返回，3.2.3最小理论塔板数和组分分布，1。最小理论塔板推导如下：(1)、(2)推导芬斯克方程：让塔顶采用全冷凝器(塔板顺序自上而下):类推：芬斯克方程的各种形式：芬斯克方程描述：返回，2。非临界成分分布，列方程；将D和W代入表中，完成物料平衡表(略)；2.找到理论塔板的最小数量；3.验证清晰分割的合理性；5.调整并以之前的结果为初始值进行试错。例33:计算是已知的：1。2.分离要求、解决方案：选择甲苯作为LK，异丙苯作为HK，二甲苯作为中间关键组分。分发材料时，应使用对二甲苯进行

7、试错。1.假设(基于相对波动性的估计)其他组成部分应采用清晰的分割方法进行处理。初步计算结果如下表所示。占中间组件：占LNH组件b:占中间组件：5。重复计算3，改进物料平衡表，并返回，3.2.4实际回流比，理论塔板数，进料位置，1。实际回流比R由运行成本和设备成本决定，并取自经验：R=(1.11.5)Rm，2。实际回流比由经验决定。y由(316)或(317)求解。第三，确定合适的进料位置。Rm=1.306。通过分离实施例34和实施例31中的烃混合物获得。例32:找到Nm=6.805和物料平衡表；查找n和进给位置解决方案：1。找到R=1.25Rm=1.6343.确定进料位置；塔里有18块实际的盘

8、子；4.比较不同回流比下的物料分布；不同回流比下的物料分布见图(314 );对于操作条件，r=(1.22)简单计算步骤：1。根据工艺要求选择LK和HK，获取物料分配，退货，1。引出问题，分离乙醇-水混合物，分离丁烯-2丁烷。问题：如何分离混合物？第三部分，萃取精馏和共沸精馏。2.特殊蒸馏在和的溶液中增加了新的组分S，使其对原溶液中的组分产生不同的影响，从而改变了原溶液组分之间的相对挥发度，使体系易于分离。特殊精馏是同时使用能量和质量分离剂的精馏。向原始溶液中加入新组分形成的最低共沸物从塔顶提取。共沸蒸馏中，S是夹带剂，加入新组分后原溶液不形成共沸物，S的沸点最高。萃取精馏取自塔底，S为萃取剂或

9、溶剂，第三段为萃取精馏和共沸精馏，3.3.1萃取精馏3.3.2共沸精馏，回流，3.3.1萃取精馏，1。过程、特点：1 .两个塔串联在一起；2.s是挥发性成分，通常添加在塔顶附近。2.萃取精馏原理及溶剂选择。1.溶解作用。将上述公式代入(320):还原、分析(326):讨论(327)必要条件：溶剂作用在萃取蒸馏中，已知60小时：2。溶剂的选择，考虑到分子的极性，选择极性与HK更相似的化合物作为溶剂，以降低HK的挥发性。例如：分离甲醇(沸点64.7)和丙酮(沸点65.5)，a .选择烃作为溶剂，丙酮作为非挥发性组分2；选择水作为溶剂，甲醇作为挥发性组分2。极性顺序：从小到大，考虑加入s后能否形成氢

10、键：只有氢键形成，则有负偏差；只有氢键断裂，这表明正偏差。(表32)，考虑其他因素：1 .沸点高，与组分1和2无共沸物，无化学反应。2.高溶解度。3.溶剂比(溶剂/进料)不应太大。4.无毒、无腐蚀性、便宜且容易获得。3。萃取精馏过程分析，1。塔内流量分布，让S为纯分量，并在塔顶取出0。2.由于硫含量大、挥发性低，塔内溶剂浓度分布可以简化为恒定硫浓度计算。分析：分析(345)，(347):图解法或解析法在整个塔中设置为常数，三元1，2和S按1，2元处理。4.萃取蒸馏过程的计算，例如：s/f为35；n，浓度和温度的测定：补充操作：溶剂S用于萃取和精馏组分1和2的混合物，该混合物被视为非挥发性纯组分

11、，回流比R=2.25，塔内摩尔流量恒定，露点进料(q=0)，已知条件如下页所示；寻求：(1)板上溶剂的浓度；(2)理论板的最小数量；(3)用给定的公式解释溶剂的作用。3.3.2共沸蒸馏，共沸物(恒沸物):在恒定压力下，加热溶液蒸发，溶液自始至终保持恒定的X、Y和T。共沸点：共沸发生的温度。共沸物的计算：一个气相，一个液相，均相一个气相，多液相，多相。1.共沸物特性和共沸物组成的计算。科诺瓦洛夫定律指出，它适用于二元和多元Px曲线的极值点，相当于气液平衡相组成相等。共沸参数(x，t，p)的预测：如果你知道x，t，p的任何参数，你可以找到另外两个。在情况36中，已知P=86.659kPa千帕，x和

12、t是为共沸计算的。此外：B:二元非均相共沸物(均为正偏差共沸物)。当系统有大的正偏差时，形成两个液相和一个气相共沸物。1形成非均相共沸混合物。3不形成共沸物。2形成均相共沸物。应用：如果互溶性小，平衡计算为：同时考虑：1。汽液平衡；2.液-液平衡，2。三元系统，科诺瓦洛夫定律也可以应用，相图(立体图)Px图：1。三条边代表三个二元系统的P(T)-x图。2.理想系统，压力面是平面；正偏差系统，压力面位于平面上方；在负偏差系统中，压力面低于平面。3.三元共沸点对应于极限压力点。4.用平行于底面的平面切割压力(温度)面。获得了一系列等压(等温)曲线。B；在脊、谷和鞍点，设定M正偏差共沸混合物(或最低

13、共沸混合物)M负偏差共沸混合物(或最高共沸混合物)。对于压力面：三个二元混合物，存在三元共沸物。(图320)两个M，或一个M和一个低沸点组分，使压力面产生脊；两个m，或一个m和一个高沸点组分，使压力面产生波谷。(图321)有脊和谷，将出现鞍点，它们是鞍点共沸物。(图322)，C:三元均相共沸混合物组成的计算，ii。选择共沸物3360 1的一般原则。分离负偏差共沸物或具有相似沸点的混合物。共沸物形成只有一种组分的二元正偏差共沸物。b、分别与两种组分形成二元正偏差共沸物，共沸点明显不同。与两种组分形成三元正偏共沸物，共沸点tem2.共沸点低于77.4的物质选自所有能形成共沸物的物质。(丙酮、甲醇)

14、3。相图分析证实：分离：丙酮作为夹带剂，环己烷和丙酮从塔顶分离；甲醇作为夹带剂，从塔顶分离出三元共沸物。2.氯仿(沸点61.2)和丙酮(沸点56.4)的分离，共沸剂的选择。特征：形成负偏差共沸物。选择二硫化碳作为共沸剂：塔顶：二硫化碳丙酮共沸点；39.3塔底：相对纯的氯仿。示例3。乙醇和水的分离，共沸剂的选择。特征：形成一个三元共沸物和三个二元共沸物。一句话：1 .显著影响组分1和2的平衡关系。s易于回收和分离。3.汽化潜热越来越少。4.溶解度高，无化学反应。5.无腐蚀性且无毒。6.价廉易得。第三，分离共沸物的双压力蒸馏过程在不同压力下使用不同的共沸物进行分离。实例：甲乙酮水的分离、物料平衡：

15、双塔为一个整体，精馏四元和二元非均相共沸物，系统本身形成非均相共沸物流动实例：正丁醇(1)水(2)的分离，与均相共沸物精馏相比：非均相共沸物可通过普通精馏分离。计算1。蒸馏段操作线方程(N和N+1塔底物料平衡)，2。汽提段操作线方程，3。整个塔的物料平衡，示例37。分离苯酚(1)和水(2)的共沸蒸馏的简单计算，因为在塔顶有共沸物，恒定浓度区可能出现在进料板或蒸馏段(相当于只有HNK是非分布组分的情况)。在进料板上设置恒定浓度区，在塔顶设置恒定浓度区。分析甲、乙：精馏塔的V分布自下而上越来越小，当其小到(Vmin=)755时，塔顶会出现恒定浓度区；因此，在进料板上不可能有(Vmin=)260的恒定浓度区。取最大值Vmin=260，2。查找N，流程图：图331，图332(略)计算：特征：1。强烈的非理想性；(形成共沸物)2。许多变量；(补充)简单计算方法：基础有机化工分离工程P186严格计算：电气计算(第4章)，4。多组分共沸蒸馏过程，返回，4。吸收和蒸发过程，3.4.1吸收过程特征和过程3.4.2