化工原理多组分精馏讲解

概述
能量消耗少 设备投资少
设备投资包括设 备的购置和维修 费、操作费用等 。保证设备投资 少。
需要遵循如下原则： 1）腐蚀性介质应先分离 2）量大的组分应先分离 3）相对挥发度接近者或 分离要求高者最后分离。
满足工艺要求
1产品的质量和纯 度要求 2保证安全生产
如易燃、易爆、 腐蚀性介质一般 都要先行分离！
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举例：四组分系统分离方案：
A B C A.B.C
A.B
A
A.B
A
C
A.B.C.D
A.B.C.D
A.B.C.D
B B.C.D （a） C.D D D C （b） B C.D （c） D
A
B.C
B
二 多组分精馏方案 1、多组分精馏设备数 对于n组分系统：所需设备数
塔数 （n-1） 换热器数 泵数 3 （n-1） 其他
≥2 （n-1）
2、多组分精馏方案数 精 馏 方 案 按挥发度递减 按挥发度递增 按挥发度交错 顺序分馏 顺序分凝
方案数共
[2( n 1)]! z n! (n 1)!
A.B.C
A
B
A.B.C.D
A.B.C.D
B.C.D
D （d）
C
D （e）
B.C
C
图4-2 四组分精馏的五种精馏方案
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4.1 2 多组分精馏方案的选择原则
如使用并联 流程，易分 解、聚合的 物质减少加 热次数或降 低操作温度！
精馏塔的能量用 户有：塔顶冷凝 器（主要消耗冷 量）、塔釜再沸 器（主要消耗热 量）、泵（主要 消耗电能）
在不同的精馏方案 下其能量消耗是不 同的，
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案例1 深冷分离-顺序分离流程
C10 H2
C1 0 C2 = 10 10 5 C1 0 6
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简捷法计算流程
开始 规定进料 规定两个关键组分的分配 估计非关键组分的分配
确定塔压和冷凝器的类型
在塔的操作压力下对进料作闪蒸计算
计算最少理论塔板数 计算非关键组分的分配
N
非关键组分的估计值和计算值接近
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知识要求 1 多组分精馏过程分析
2 最小回流比
3 最少理论塔板数和组分分配
4 实际回流比和理论板数 5 多组分精馏的简捷计算方法
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D1=10 D2(lk)=x
3、清晰分割法的应用范围：
1）各组分间αi,j 较大； 2）LK和HK相邻的物系。
关 键 组 分
轻关键组分LK
重关键组分HK
关键组分中αi,j较大的组分。
关键组分中αi,j较小的组分。
LK和HK可以 使相邻的，也 可以使不相邻 的。
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2、清晰分割法规定：
比LK更轻的组分，其塔釜采出量为0，即x w,LNK=0。比HK更重的 组分，在塔顶的馏出量为0，即xD,HNK=0。
4.2 多组分精馏过程典型案例 案例3 乙苯脱氢生产苯乙烯
燃料气 苯 过热水蒸汽 乙苯 3 7 11 补充过 热水蒸汽 4 6 9 5 水相 10 乙苯 甲苯 焦油 12 13 14 15 8 苯乙烯
1
2
图4-13 乙苯脱氢生产苯乙烯流程 1-乙苯蒸发器 2-乙苯加热器 3-混合器 4-脱氢反应器 5-废热锅炉 6-水冷器 7-盐水冷凝器8-气液分离器 9-油水分离器 10-阻聚剂添加槽 11-乙苯蒸出塔 12-苯-甲苯回收塔 13-苯-甲苯分离塔 14-苯乙烯粗馏塔 15-苯乙烯精馏塔
1 多组分精馏的特点和精馏方案的选择
一 多组分精馏原理
R
相际传 质传热 液体多次 部分汽化
富集于塔顶
多组分 混合物
ESA
塔釜蒸汽 加热
采用
轻组分
重组分
实现组 分分离
蒸汽多次 部分冷凝
各组分相对 挥发度不同 精馏过程
富集于塔釜
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案例2 深冷分离-前脱乙烷流程 6 4
C10 C2=
C3=
C4
1 裂解气
2
3
5
7
8
9
10
Ⅰ~Ⅲ
Ⅳ,Ⅴ
C20 图4-12裂解气前脱乙烷分离顺序分离流程
C30
C5+
1-碱洗塔 2-干燥塔 3-脱乙烷塔4-加氢脱炔 5-脱甲烷塔6-冷箱7-乙烯塔 8-脱丙烷塔9-丙 烯塔 10-脱丁烷塔器
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计算最少理论塔板数
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3 多组分精馏物料衡算
一 清晰分割法物料衡算
1、关键组分选择：
多组分精馏不能对所有组分都提出分离要求，而只能对其中一种或两种 组分规定分离要求。 规定了分离要求的组分称为关键组分，关键组分的分离要求一旦被确定， 其它组分的分离程度随之被规定。 固定条件下各组 分的相对挥发度 是一定的。
C4
C3 =
1 裂解气
2 9
3
4
7
8
11
Ⅰ~Ⅲ Ⅳ,Ⅴ来自百度文库C2 0
11 C5 + C3 0
图4-11裂解气深冷分离顺序分离流程 1-碱洗塔 2-干燥塔 3-脱甲烷塔 4-脱乙烷塔 5-乙烯塔 6-脱丙烷塔7-脱丁烷塔8-丙烯塔 9-冷箱 10脱炔反应器 11-绿油塔
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Y
计算最小回流比 计算实际回流比 计算进料板位置 计算冷凝器和再沸器热负荷 结束
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4.3 多组分精馏过程典型案例分析
简捷法计算具体步骤
1
物料衡算
塔顶温度和塔釜温度的确定
2
3 4
最小回流比和和回流比的计算