多组分精馏专

3.3 最少理论板数 Nmin
精馏塔在操作过程中，将塔顶蒸气全部冷凝， 精馏塔在操作过程中，将塔顶蒸气全部冷凝，其 凝液全部返回塔顶作为回流，称此操作为全回流， 凝液全部返回塔顶作为回流，称此操作为全回流，回 流比R为无穷大（R=∞）。 此时通常不进料，塔顶、 流比R 为无穷大（ R=∞） 此时通常不进料， 塔顶 、 塔底不采出。故精馏塔内气、液两相流量相等， 塔底不采出 。 故精馏塔内气 、 液两相流量相等 ， L = 两操作线效率均为1 并与对角线重合。 V，两操作线效率均为1，并与对角线重合。由于全回 流操作时，使每块理论板分离能力达到最大， 流操作时，使每块理论板分离能力达到最大，完成相 同的分离要求，所需理论板数最少， 同的分离要求，所需理论板数最少，并称其为最小理 论板数Nmin 。
即
ϕ l＝DxD,l/Fzl
某精馏塔进料中含n-C600.33， n［ 例 ］ ： 某精馏塔进料中含 ， C700.33， n-C800.34。 要求馏出液中 ， 。 要求馏出液中n- C70 含量不大于0.011，釜液中 含量不大于 ，釜液中n-C60含量不大于 0.015(以上均为摩尔分数 。 若进料流率为 以上均为摩尔分数)。 以上均为摩尔分数 100kmol／h，试求馏出液和釜液的流量及 ／ ， 组成。 组成。
W,x W,i ,w i
总物料衡算式： 总物料衡算式： F=D+W 组分物料衡算式： 组分物料衡算式： fi=di+wi 对于轻组分i w =0； 对于轻组分i： i=0；di=fi 对于重组分j：j=0；wj=fj 对于重组分j d =0； 馏出液的流量 D=∑di+dl+dh=∑fi+dl+dh 塔釜液流量 W=∑wj+wl+wh=∑fj+wl+wh 1≤i≤l－ 1≤i≤l－1 h+1≤j≤c
在一精馏塔中分离苯(B)、 甲苯(T)、 例 、 在一精馏塔中分离苯 、 甲苯 、 二甲苯(X)和异丙苯 四元混合物。 和异丙苯(C)四元混合物 二甲苯 和异丙苯 四元混合物 。 进 料量为100kmol/h，进料组成为 B=0.2， 料量为 ， 进料组成为z ， zT=0.3，zX=0.1，zC=0.4。塔顶采用全凝 ， ， 。 饱和液体回流。规定二甲苯(X)在馏 器，饱和液体回流。规定二甲苯 在馏 出液中的含量不大于0.015（以上均为摩 出液中的含量不大于 （ 尔浓度） 在塔底的回收率为93.4％ 。 尔浓度 ） ， 在塔底的回收率为 ％ 试按清晰分割法计算馏出液、釜液组成。 试按清晰分割法计算馏出液 、 釜液组成 。
分离要求: 分离要求: (1) 给定馏出液中轻关键组分的摩尔分数xD,l 给定馏出液中轻关键组分的摩尔分数 x 和塔釜液中重关键组分摩尔分数x 和塔釜液中重关键组分摩尔分数xW,h。 重关键组分的物料衡算为： 轻、重关键组分的物料衡算为： D=∑di+dl+dh=∑fi+dl+dh F=D+W
(2)给定馏出液中重关键组分的摩尔分数 D,h和 给定馏出液中重关键组分的摩尔分数x 给定馏出液中重关键组分的摩尔分数 塔釜液中轻关键组分的摩尔分数x 塔釜液中轻关键组分的摩尔分数 W,l。
3、精馏操作流程
4、双组分和多组分精馏的异同 基本原理一致 相同点： 相同点： 主要工具相同：物衡，热衡， 主要工具相同：物衡，热衡，相 平衡关系 不同点： 不同点： 双组分常用图解法 简捷法 多组分常用 严格计算法（ 严格计算法（计算 机算） 机算）
最小回流比R 3.2 最小回流比 min（Rm） 1. 回流比 对精馏的影响 回流比R对精馏的影响 回流比R是精馏过程的设计和操作的重 回流比 是精馏过程的设计和操作的重 要参数。 直接影响精馏塔的分离能力和系 要参数。R直接影响精馏塔的分离能力和系 统的能耗，同时也影响设备的结构尺寸。 统的能耗，同时也影响设备的结构尺寸。
E
图3-4 回流比对理论塔板数的影响
2.最小回流比 m 最小回流比R 最小回流比 有若干方法可用来计算最小回流比， 有若干方法可用来计算最小回流比 ， 其中最 常用的是恩特伍德法（ 常用的是恩特伍德法（underwood），推导该 ） 式时所用的假设： 式时所用的假设： （1）塔内汽相和液相在各块板上为恒摩尔流率 ） （2）各组分的相对挥发度均为常数 ）
根据分离要求，可假定为清晰分割。 解：根据分离要求，可假定为清晰分割。 设n-C60（1）为轻关键组分，n-C70为重关 ）为轻关键组分， 键组分， 为重组分。 键组分，则n-C80为重组分。 总物料衡算式 F=D+W＝100 ＝ 对于组分1 f1=DxD,1+WxW,1 对于组分 ）＋0.015W 即 100×0.33＝D（1－0.011）＋ × ＝ （ － ）＋ 可解得： 可解得： D=32.34（kmol/h） （ ） W=67.66（kmol/h） （ ） 对于组分2 对于组分 f2=DxD,2+WxW,2 即 100×0.33＝32.34×0.011＋67.66xW,2 × ＝ × ＋ 解得 xW,2＝0.482
非清晰分割： 非清晰分割： 重关键组分是非相邻的， 轻、重关键组分是非相邻的，组分间的组分 在塔顶、底出现。 在塔顶、底出现。 或：两关键组分相对挥发度相差较小
分配组分与非分配组分 在塔顶和塔底产物中同时出现的组分叫分 配组分， 配组分，只在塔顶或塔底出现的组分叫非分配 组分。 组分。
2.清晰分割的物料衡算 2.清晰分割的物料衡算 fi=F×xF,i × di=D×xD,i × D,xD,i,di F,x F,i ,f i wi=W×xW,i ×
清晰分割与非清晰分割 清晰分割： 清晰分割： 若馏出液中除了重关键组分外没有其它 重组分（ 重组分（或比重关键组分还重的组分全部从 塔底排出） 塔底排出），而釜液中除了轻关键组分外没 有其它轻组分（ 有其它轻组分（或比轻关键组分还轻的轻组 分全部从塔顶馏出液中采取） 分全部从塔顶馏出液中采取），这种分离称 为清晰分割。这是一种理想状态。 为清晰分割。这是一种理想状态。 适用：两关键组分相对挥发度相差较大， 适用：两关键组分相对挥发度相差较大， 且两者为相邻组分。 且两者为相邻组分。
αi,j (xD,i )m ∑ α －θ = Rm + 1 i=1 i,j
c
αi,jzi － ∑α －θ = 1 q i＝ i,j 1
c
参数；方程式的根。 θ — 参数；方程式的根。对 于c个组分的系统 个根， 的那一个根。 将有 c个根，只取 α l,k > θ > α h,k的那一个根。 q — 进料热状态参数，其 值由下式决定： 进料热状态参数， 值由下式决定： H m－H m,F q= H m hm － H m —离开进料级气相摩尔焓 ； H m,F — 进料摩尔焓； 进料摩尔焓； h m — 进入进料级液相摩尔焓
如下图示： 如下图示：
1.几个概念 1.几个概念 关键组分与非关键组分 对于多组分精馏来说，一个精馏塔， 对于多组分精馏来说，一个精馏塔，根据 工艺要求，通常指定两个组分的分离要求， 工艺要求 ， 通常指定两个组分的分离要求 ， 那么我们把被分离要求 分离要求的组分称为关键组 那么我们把被 分离要求 的组分称为关键组 其它未被指定分离要求 分离要求的组分称为非 分 ， 其它未被指定 分离要求 的组分称为非 关键组分。由于挥发度总是有差别的， 关键组分 。 由于挥发度总是有差别的 ， 所 以把易挥发的关键组分称为轻关键组分， 以把易挥发的关键组分称为轻关键组分 ， 把不易挥发的关键组分称重关键组分。 把不易挥发的关键组分称重关键组分。
对于甲苯(T)： 对于甲苯 ：dT+wT=fT=30(kmol/h) dT＝D-dB-dX=44-20-0.66=23.34(kmol/h) ∴wT=fT-dT=30-23.34=6.66(kmol/h) ∴W=∑wi=6.66+9.34+40=56(kmol/h) ∵xDi= di/D ∴xDB=20/44=0.455; xDT=23.34/44=0.530; xDC=0 ∑xDi=1.000
∵xWi=wi/W ∴xwB=0; xwT=6.66/56=0.119; xWX=9.34/56=0.167; xWC=40/56=0.714 ∑xWi=1.000
3. 最少理论板数 最少理论板数由以下芬斯克方程求得： 最少理论板数由以下芬斯克方程求得：
3. 回流比的选择 精馏总成本最低的回流比为最优回流比。 精馏总成本最低的回流比为最优回流比 。 总成 本为投资费用和操作费用之和。 本为投资费用和操作费用之和 。而回流比变化对精 馏同时存在正、 负两方面的影响， 如回流比为R 馏同时存在正 、 负两方面的影响 ， 如回流比为 Rmin， 其塔为无穷高， 投资费用直线上升为无穷大。 其塔为无穷高 ， 投资费用直线上升为无穷大 。 当 R 适当提高时，投资费用很快下降为有限大小， 适当提高时 ，投资费用很快下降为有限大小 ，总成 本下降。当回流比继续增大时，则能耗随之增大， 本下降 。当回流比继续增大时 ，则能耗随之增大 ， 则操作费用迅速增大， 增到一定程度， 则操作费用迅速增大 ， R 增到一定程度 ， 设备费用 开始升高，如塔径增大等，将使总成本开始上升。 开始升高， 如塔径增大等 ，将使总成本开始上升 。 为此，回流比存在一优化的问题。 为此，回流比存在一优化的问题。
第三章 多组分精馏过程 3.1 概述 1、多组分精馏 、 按被分离混合物中组分的数目可分为两组分 按被分离混合物中组分的数目可分为两组分 精馏和多组分精馏。 精馏和多组分精馏。 工业生产中，绝大多数为多组分精馏， 工业生产中，绝大多数为多组分精馏， 但两组分精馏的原理及计算原则同样适用于 多组分精馏， 多组分精馏，只是在处理多组分精馏过程时 更为复杂些，因此常以两组分精馏为基础。 更为复杂些，因此常以两组分精馏为基础。
2、精馏原理示意图
多次部分气化和多次部分冷凝