多组分精馏分析
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LK在精馏段出现一个最大 值，然后降到所规定的浓度；
HK在提馏段出现一个最大 值，然后降到所规的浓度。
多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别：
（1）关键组分含量存在极大值；
（2）非关键组分通常是非分配的， 即重组分通常仅出现在釜液中， 轻组分仅出现在馏出液中；
（3）重、轻非关键组分分别在进料板下、上 形成几乎恒浓的区域；
（4）全部组分均存在于进料板上，但进料板 板浓度不等于进料浓度。
最小回流比（Rm）
一、回流比R对设计的影响
回流比R是精馏过程的设计和操作的重要参数。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。
当回流比增大时精馏段操作线斜率R/(R+1)增大，则精馏段操
作线远离平衡线，使得精馏塔内各板传质推动力增大，使各板分离
Байду номын сангаас
图 回流比对理论塔板数的影响
二、最小回流比Rmin
随着回流比R的减小，则精馏过程的能耗下降，塔径D也 会随之减小。但因R减小，使操作线交点向平衡移动，导致 过程传质推动力减小，使得完成相同的分离要求所需理论板 数N随之增加，使塔增高。如下页图所示。
当回流比继续减小，使两操作线交点落在平衡曲线上， 如图中E点所示。此时完成规定分离要求所需理论板数为∞， 此工况下的回流比为该设计条件下的最小回流比Rmin。
定义：塔顶、塔釜同时出现的组分——分配组分
只在塔顶或塔釜出现的组分——非分配组分
一般：LK、HK和中间关键组分为分配组分；
非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分。
多组分精馏中的恒浓区
（1）轻、重组分均为非分配组分：
进料板以上必须紧接着有若干塔板使重组分的浓度降 到零，恒浓区向上推移而出现在精馏段的中部。同理， 轻组分恒浓区出现在提馏段中部。
重组分恒浓区
轻组分恒浓区
图1
（2）重组分为非分配组分，轻组分为分配组分：
重组分恒浓区
轻组分恒浓区
图2
（3）重组分为分配组分，轻组分为非分配组分：
重组分恒浓区 轻组分恒浓区
图3
（4）轻、重组分均为分配组分：
假设HNK全部从塔釜采出。
★非清晰分割法
各组分在顶、釜都有可能存在。
多组分精馏过程分析
二元体系流量温度及浓度分布
除进料板处液体流率 有突变之外,各段的 摩尔流率基本为常数:
分子汽化潜热相近，
=80℃
可视为恒摩尔流。
例：苯—甲苯物系
=110.55℃
三元体系流量及温度分布
分子汽化潜热不相近，V、L有变化，但V/L变化不大。 泡点与组成密切相关，温度分布接近组成分布形状。
已指定可调设计变量:
1 进料位置
2 回流比
3 全凝器饱和液体回 流或冷凝器的传热面 积或馏出液温度
剩余两个可调设
计变量一般用来 指定某个组分在 馏出液中的浓度 和另外一个组分 在釜液中的浓度
二元体系 ,指定其中一 个组分的浓度,另外一个 组分的浓度知道,对多元 组分,指定一个组分浓度, 其他组分浓度只决定平 衡条件,在多元体系精馏 中指定浓度的两个组分 称为关键组分
Rm in
xD ye
ye xe
式中：
xe－平衡曲线上E点
液相摩尔分数
ye－平衡曲线上E点
气相摩尔分数
R Rm时， N 塔中出现恒浓区
恒浓区——精馏塔中全部浓度不变的区域
1. Rm 时，恒浓区出现的情况
二元精馏：
恒浓区一个，出现在进料板
恒浓区
多元精馏：
由于非关键组分的存在，恒浓区出现的部位要较 二组分精馏复杂。存在上、下2个恒浓区，恒浓区 位置不一定在进料板处
苯的沸点80℃ 甲苯沸点110.55℃ 异丙苯沸点152.4 ℃
三元体系(苯-甲苯-异丙苯)浓度分布
无LNK时： HK分别在二段出现
两个最高点，LK表 现象LNK。
三元体系(苯-甲苯-异丙苯)浓度分布
没有HNK LK分别在二段出现
两个最高点， HK表 现象HNK。
浓度分布
1.进料板附近各组分浓度变化较大，原因是引入的组分包 含全部组成。
第五讲 多组分精馏过程
主要内容
多组分精馏过程分析 最小回流比 最少理论塔板数和组分分配 实际回流比、理论板数、进料位置
关键组分(key Components)
1.关键组分的提出 精馏装置的设计变量: 可调设计变量=串级数(2)+分配器(1)+侧线采出(0) +传热单元(2)=5 (无论有多少个组分)
能力提高。为此，完成相同分离要求，所需理论板数N将会减少。
需要的理论板数N的减少，可降低塔的高度。然而由于R的增加导
致塔内气、液两相流量增加，从而引起再沸器热流提高。从而使精
馏过程能耗增加，气相流量V及V‘增大将使塔径增大。
D 4Vs
u
Vs
VM m
3600 v
VS的单位m3/s V的单位kmol/h
关键组分(key Components)
关键组分
轻关键组分(LK)
重关键组分(HK)
非关键组分
轻非关键组分(LNK) 或轻组分
重非关键组分(HNK) 或重组分
轻非关键组分(LNK) > 轻关键组分>中间组分 > 重关键组分(HK) > 重非关键组分 挥发度降低
多组分精馏中的非关键组分
设 iH 为非关键组分i对HK的相对挥发度。
例：ABCD（按挥发度依次减少排列）混合物分离 ◆工艺要求按AB与CD分开： 则：B为LK；C为HK ◆工艺要求先分出A 则：A为LK；B为HK
设计计算多组分精馏过程的复杂性
非关键组分在顶、釜浓度的确定 x Di , xWj
通过物料衡算确定顶、釜浓度
二种方法：
★ 清晰分割法
假设LNK全部从塔顶采出；
2.对非关键组分 精馏段：HNK迅速消失； LNK以接近于常数浓度在进料板以上各板中出现，接近
顶部急剧增加，在出料液中达到最高。 提馏段：LNK迅速消失； HNK在再沸器中浓度最高，从釜向上几板下降较大，然
后变化不大，一直延伸到进料板。
四元体系（苯-甲苯-二甲苯-异丙苯）浓度分布
有LNK、HNK，且都不同 时出现在顶、釜时：
若：αiH > αLH : — i为轻组分，表示：LNK
αiH < αHH : — i为重组分，表示：HNK
αLH > αiH > αHH : — i为中间关键组分
关键组分的特点
关键组分的指定方法
注意：同一组 分规定了一端 回收率，另一 端的量已确定。 不能重复！
关键组分的指定原则
由工艺要求决定
HK在提馏段出现一个最大 值，然后降到所规的浓度。
多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别：
（1）关键组分含量存在极大值；
（2）非关键组分通常是非分配的， 即重组分通常仅出现在釜液中， 轻组分仅出现在馏出液中；
（3）重、轻非关键组分分别在进料板下、上 形成几乎恒浓的区域；
（4）全部组分均存在于进料板上，但进料板 板浓度不等于进料浓度。
最小回流比（Rm）
一、回流比R对设计的影响
回流比R是精馏过程的设计和操作的重要参数。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。
当回流比增大时精馏段操作线斜率R/(R+1)增大，则精馏段操
作线远离平衡线，使得精馏塔内各板传质推动力增大，使各板分离
Байду номын сангаас
图 回流比对理论塔板数的影响
二、最小回流比Rmin
随着回流比R的减小，则精馏过程的能耗下降，塔径D也 会随之减小。但因R减小，使操作线交点向平衡移动，导致 过程传质推动力减小，使得完成相同的分离要求所需理论板 数N随之增加，使塔增高。如下页图所示。
当回流比继续减小，使两操作线交点落在平衡曲线上， 如图中E点所示。此时完成规定分离要求所需理论板数为∞， 此工况下的回流比为该设计条件下的最小回流比Rmin。
定义：塔顶、塔釜同时出现的组分——分配组分
只在塔顶或塔釜出现的组分——非分配组分
一般：LK、HK和中间关键组分为分配组分；
非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分。
多组分精馏中的恒浓区
（1）轻、重组分均为非分配组分：
进料板以上必须紧接着有若干塔板使重组分的浓度降 到零，恒浓区向上推移而出现在精馏段的中部。同理， 轻组分恒浓区出现在提馏段中部。
重组分恒浓区
轻组分恒浓区
图1
（2）重组分为非分配组分，轻组分为分配组分：
重组分恒浓区
轻组分恒浓区
图2
（3）重组分为分配组分，轻组分为非分配组分：
重组分恒浓区 轻组分恒浓区
图3
（4）轻、重组分均为分配组分：
假设HNK全部从塔釜采出。
★非清晰分割法
各组分在顶、釜都有可能存在。
多组分精馏过程分析
二元体系流量温度及浓度分布
除进料板处液体流率 有突变之外,各段的 摩尔流率基本为常数:
分子汽化潜热相近，
=80℃
可视为恒摩尔流。
例：苯—甲苯物系
=110.55℃
三元体系流量及温度分布
分子汽化潜热不相近，V、L有变化，但V/L变化不大。 泡点与组成密切相关，温度分布接近组成分布形状。
已指定可调设计变量:
1 进料位置
2 回流比
3 全凝器饱和液体回 流或冷凝器的传热面 积或馏出液温度
剩余两个可调设
计变量一般用来 指定某个组分在 馏出液中的浓度 和另外一个组分 在釜液中的浓度
二元体系 ,指定其中一 个组分的浓度,另外一个 组分的浓度知道,对多元 组分,指定一个组分浓度, 其他组分浓度只决定平 衡条件,在多元体系精馏 中指定浓度的两个组分 称为关键组分
Rm in
xD ye
ye xe
式中：
xe－平衡曲线上E点
液相摩尔分数
ye－平衡曲线上E点
气相摩尔分数
R Rm时， N 塔中出现恒浓区
恒浓区——精馏塔中全部浓度不变的区域
1. Rm 时，恒浓区出现的情况
二元精馏：
恒浓区一个，出现在进料板
恒浓区
多元精馏：
由于非关键组分的存在，恒浓区出现的部位要较 二组分精馏复杂。存在上、下2个恒浓区，恒浓区 位置不一定在进料板处
苯的沸点80℃ 甲苯沸点110.55℃ 异丙苯沸点152.4 ℃
三元体系(苯-甲苯-异丙苯)浓度分布
无LNK时： HK分别在二段出现
两个最高点，LK表 现象LNK。
三元体系(苯-甲苯-异丙苯)浓度分布
没有HNK LK分别在二段出现
两个最高点， HK表 现象HNK。
浓度分布
1.进料板附近各组分浓度变化较大，原因是引入的组分包 含全部组成。
第五讲 多组分精馏过程
主要内容
多组分精馏过程分析 最小回流比 最少理论塔板数和组分分配 实际回流比、理论板数、进料位置
关键组分(key Components)
1.关键组分的提出 精馏装置的设计变量: 可调设计变量=串级数(2)+分配器(1)+侧线采出(0) +传热单元(2)=5 (无论有多少个组分)
能力提高。为此，完成相同分离要求，所需理论板数N将会减少。
需要的理论板数N的减少，可降低塔的高度。然而由于R的增加导
致塔内气、液两相流量增加，从而引起再沸器热流提高。从而使精
馏过程能耗增加，气相流量V及V‘增大将使塔径增大。
D 4Vs
u
Vs
VM m
3600 v
VS的单位m3/s V的单位kmol/h
关键组分(key Components)
关键组分
轻关键组分(LK)
重关键组分(HK)
非关键组分
轻非关键组分(LNK) 或轻组分
重非关键组分(HNK) 或重组分
轻非关键组分(LNK) > 轻关键组分>中间组分 > 重关键组分(HK) > 重非关键组分 挥发度降低
多组分精馏中的非关键组分
设 iH 为非关键组分i对HK的相对挥发度。
例：ABCD（按挥发度依次减少排列）混合物分离 ◆工艺要求按AB与CD分开： 则：B为LK；C为HK ◆工艺要求先分出A 则：A为LK；B为HK
设计计算多组分精馏过程的复杂性
非关键组分在顶、釜浓度的确定 x Di , xWj
通过物料衡算确定顶、釜浓度
二种方法：
★ 清晰分割法
假设LNK全部从塔顶采出；
2.对非关键组分 精馏段：HNK迅速消失； LNK以接近于常数浓度在进料板以上各板中出现，接近
顶部急剧增加，在出料液中达到最高。 提馏段：LNK迅速消失； HNK在再沸器中浓度最高，从釜向上几板下降较大，然
后变化不大，一直延伸到进料板。
四元体系（苯-甲苯-二甲苯-异丙苯）浓度分布
有LNK、HNK，且都不同 时出现在顶、釜时：
若：αiH > αLH : — i为轻组分，表示：LNK
αiH < αHH : — i为重组分，表示：HNK
αLH > αiH > αHH : — i为中间关键组分
关键组分的特点
关键组分的指定方法
注意：同一组 分规定了一端 回收率，另一 端的量已确定。 不能重复！
关键组分的指定原则
由工艺要求决定