化工原理多组分精馏讲解.ppt

应用举例 二 非清晰分割法物料衡算 应用举例 4、实际回流比下非关键组分的分配 4.3.4 理论塔板数 1最少理论塔板数 2 理论塔板数 3 进料板位置 多组分精馏的简捷计算方法 初步设计和经验估算； 适宜操作方式的确定； 合理分离顺序的确定； 严格计算中设计变量数值和迭代变量初值的提供； 当相平衡数据不足时，与严格计算方法的准确度相当。 1）在全回流时各组分在馏出液和釜液中都有一定程度的分配。（线1） 2）在最小回流比时只有少数非关键组分在馏出液和釜液中分配，或者没有非关键组分分配。（曲线4） 3）在接近最小回流比时，非关键组分的分配介于两个极限之间。（曲线3） 4）在高回流比时（曲线2），非关键组分的分配实际上超出了极限。 3 2 4 1 LK HK 不同回流比下组分的分配比 1—全回流；2—高回流比； 3—低回流比；4—最小回流比 4.3.2 精馏段、提留段操作线方程 F,zi V n-1 n n+1 m-1 m m+1 D,xD i W,xW i 普通精馏物料衡算示意图 精馏段的操作线方程为 提馏段的操作线方程为 1、最小回流比的出现原因 ☆ 对双组分精馏来说，进料板处出现恒浓区。图a ☆ 多组分精馏比较复杂； 1）若进料中的所有组分在馏出液和釜液中均存在（即所有组分都是分配组分），那么只在进料板处出现一个恒浓区。图a 4.3.3 回流比 塔顶液相回流是保证精馏塔连续稳定操作的必要条件之一。回流比是指回流流量和馏出液流量之比。当塔板数一定时，只有选择合适的回流比才能满足给定的分离要求。而且，回流比也是影响精馏塔设备投资和运行费用的一个重要因素。 a 恒浓区 最小回流比是N →∞时精馏塔的一种极限操作状况。 3）若重组分是非分配组分，而轻组分均为分配组分则在精馏段中部出现一恒浓区使HK在塔顶浓度为0。图c 4）若轻组分是非分配组分，而重组分均为分配组分，则在提馏段中部出现一恒浓区使LK在塔釜的浓度为0。图d c 2）若轻重关键组分都是非分配组分，则在精馏段中部出现一恒浓区使HK在塔顶浓度为0，在提馏段中部出现一恒浓区使LK在塔釜浓度为0。图b d b 2、最小回流比的计算——Underwood法 ☆ Underwood法的假设： 1）塔内汽相和液相均为恒摩尔流率；2）各组分的相对挥发度为常数。 ☆ Underwood公式： ① 进料状态的确定 ② 各组分相对挥发度的求法 ③ θ值和 的求法 0.8 1.0 2.0 αih 0.340 0.330 0.330 zi 3 2 1 3、实际回流比R 在一定的平衡级条件下，为了达到轻重关键组分一定的分离要求，R必须大于Rmin。 确定R的依据是经济衡算，要求达到操作费用和设备投资费用的总和为最小。 Fair和Bolles得研究结果是：R/ Rmin=1.05为最优值，经验值取1.20~2.00之间。 在精馏塔中，两相流体在一块塔板上经常达不到平衡状态，而只是实现了从初始状态到平衡状态的部分变化。 最少理论塔板数是R →∞时精馏塔的一种极限操作状况。 最少理论塔板数可以用芬斯克公式计算。 Fenske公式（推导过程略） 如果塔顶是全凝器，塔釜相当于一块理论板，所以最少理论塔板数为 如果塔顶是分凝器，分凝器相当于一块理论板，所以最少理论塔板数为 W 1 2 3 … N y x xD xw y z x 精馏段操作线方程 进料状态线方程 1）Gililand提出了一个经验算法，以Rmin和Nmin为基础，适用于分离过程中相对挥发度不大的情况，该经验关系表示成Gililand图。 2）Gililand图还可拟合成关系式用于计算： 3）另外，还有Rrbar和Maddox图法。 吉利兰图 1）用Gilliland关系图确定塔板数要求精馏段和提馏段的塔板级数有最佳的分配。最佳的进料级位置由Fenske方程确定。 精馏段的最少平衡级： 提馏段的最少平衡级： Brown和Martin提出：最佳进料级位置可由下式确定，但可靠性较差。 2）克尔克勃莱特（Kirkhride)关于进料位置提出如下经验式： 对于泡点进料可以采用下列经验式确定进料位置。 逐板计算法 逐板计算法是交替使用操作线方程、相平衡关系进行计算，即以相平衡关系确定同一块板上气液相间浓度关系。以操作线方程表示相邻两块板上气液相间的浓度关系，最终得理论板数N。其步骤如下： （1）根据工艺要求进行物料分布，求得馏出液量D及釜液量W，及xDi及xwi； （2）由恩德伍德公式计算Rm，取R，根据操作条件(p、T、q)确定精馏段汽液相流量V、L和提馏段的汽液相流量 （3）建立操作线方程式 提馏段操作线方程式为 4.3.5逐板计算法 逐板计算法仍对塔内各段简化为恒摩尔流，通过逐板