《化工分离工程》第3章多组分精馏和特殊精馏.pptxVIP

3.1多组分精馏

●精馏的基本概念

精馏是借助多级平衡手段提高产品(液体

混合物)纯度的一种蒸馏操作。

二元组分精馏实现分离的两个极限条件：

◆最小回流比

◆最少理论塔板数

对于多组分精馏的设计与操作，同样重要。

第三章多组分精馏和特殊精馏

3.1.1多组分精馏过程分析

对于一般精馏塔，可调设计变量Na=5,可设为：

·全凝器规定饱和液体流率；

·确定的回流比

·适宜的进料位置

·指定分离要求：即馏出液中某一组分的浓度及釜液中某一组分的浓度。

二元精馏：指定馏出液中某一组分的浓度，即可确定馏出液全部组成；指定釜液中某一组分的浓度，即可确定釜液全部组成。

多组分精馏：设计变量数不变，指定两个组分的浓度，不能确定全部组成

第三章多组分精馏和特殊精馏

一、关键组分的定义：

●轻关键组分——指在塔釜液中该组分的浓度要有严格限制，

并在进料液中比该组分还轻的组分及该组分的绝大部分应在塔顶馏出液中采出。

·重关键组分-—指在塔顶馏出液中该组分的浓度要有严格限制，并在进料液中比该组分重的组分及该组分的绝大部分应在塔釜液中采出。

·一对关键组分一般是相邻的，但也可以不相邻。

关键组分的选则是根据塔顶和塔底产品工艺要求的组成来选择的，通常选择挥发度相邻的两个组分。

第三章多组分精馏和特殊精馏

非关键组分：关键组分以外的组分称为非关键组分。

轻非关键组分：比轻关键组分挥发度更大或更轻的组分，简称轻组分。

重非关键组分：比重关键组分挥发度更小或更重的组分，简称重组分。

分配与非分配组分

塔顶、塔釜同时出现的组分为分配组分。

只在塔顶或塔釜出现的组分为非分配组分。

关键组分必定是分配组分，非关键组分不一定是非分配组分

第三章多组分精馏和特殊精馏

3.1.2多组分精馏过程的简捷计算

简捷计算属于设计型的算法：

给定：进料量F,分离要求Xp、XB;

计算：理论板N、回流比R、进料位置N,等。

二元精馏简捷计算步骤：

1、求Rmin

2、选R

3、计算(R-Rmin)/(R+1)

4、用芬斯克方程求Nmin

5、用吉利兰图查出对应的(N-Nmin)/(N+1)

6、计算N

第三章多组分精馏和特殊精馏

多组分简捷法计算：

·将多组分溶液简化为一对关键组分的分离，物料衡算按清晰

分割计算，求得塔顶和塔釜各物料的流量和组成，

·用恩德伍德(Underwood)公式计算最小回流比Rm,·再按实际情况确定回流比R,

·用芬斯克(Fenske)公式计算最少理论板数Nm,

·用吉利兰(Gilliland)关联图求得理论板数N。

·简捷法计算只解决分离过程中级数、进料与产品组成间的关系，而不涉及级间的温度与组成的分布。

第三章多组分精馏和特殊精馏

处理物料衡算的两种方法：

·清晰分割——按所选的一对关键组分，简单地认为比轻关键组分还轻的组分全部从塔顶馏出液中采出；比重关键组分还重的组分全部从塔釜排出。即轻组分在塔顶产品的收率为1;重组分在塔釜产品的收率为1。

两个关键组分相邻且分离条件苛刻或非关键组分的相对挥发度与关键组分相差较大时可达到清晰分割。

·非清晰分割-—比轻关键组分还轻的组分塔釜仍有微量存在；比重关键组分还重的组分塔顶仍有微量存在。

第三章多组分精馏和特殊精馏

1.清晰分割的物料衡算

(1)全塔总物料衡算

全塔总物料衡算：

F=W+D

i组分的物料衡算：

F·z;=W·Xw;+D·xDi

若原料液中有C个组分，则有C-1个物料衡算方程的方程组。

第三章多组分精馏和特殊精馏

在清晰分割条件下，轻组分在塔釜不出现，重组分在馏出

物中不出现。可根据轻、重关键组分在塔釜和塔顶馏出物中的摩尔分数求出塔顶、釜组成。

第三章多组分精馏和特殊精馏

化工分离工程

Engineeringofchemicalseparation

W=F-D

第三章多组分精馏和特殊精馏

釜液中重关键组分及重非关键组分的摩尔分数分别为

馏出物中轻关键及非轻关键组分的摩尔分数分别为

化工分离工程

Engineeringofchemicalseparation

(3-10,11)

(3-8,9)

(2)精馏段和提馏段的操作线方程

(假定为恒摩尔流)

精馏段操作线方程式：

第三章多组分精馏和特殊精馏

回流比R:

化工分离工程

Engineeringofchemicalseparation

饱和蒸气的焓-进料的焓

饱和蒸气的焓-饱和液体的焓

对有C个组分组成的物系，精馏段与提馏段分别可列出C-1个方程组。

提馏段操作方程式

化工分离工程

Engi