《化工原理》第九章-特殊精馏
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对产品纯度的要求
初选方案一般规则：
1．按进料组分摩尔分率接近0.5对0.5进行分离； 2．进料各组分摩尔分率相近且按挥发度排序两两 间相对挥发度相近时,可把组分逐一从塔顶取出； 3．进料各组分按挥发度排序两两间相对挥发度差 别较大时，可按相对挥发度递减的方向排流程；
4．进料各组分摩尔分率差别较大时，按摩尔分率 递减的方向排列流程；
两个组分 挥发度大的— 轻关键组分(l) 挥发度小的— 重关键组分(h) 关键组分与分离方案有关
比轻关键组分更易挥发的—轻组分
比重关键组分更难挥发的—重组分
②全塔物料衡算
总物料衡算 F=D+W
i 组分 FxFi=DxDi+WxWi (i=1~n-1)
归一方程 ΣxDi=1, ΣxFi=1, ΣxWi=1
⑵经济性:恒沸物从塔顶蒸出，潜热消耗大
9 多组分精馏基础 9.1 流程方案的选择
n个组分精馏分离, 为获n个高纯度产品， 需要(n-1)个塔, 塔多方案多
如，A、B、C三组分(其挥发度依次降低)分离 两种流程
4组分3塔5流程 5组分4塔14流程
流程的选择：
经济上优化，设备费+操作费最少 技术上可行，物性(如热敏性，聚合结焦倾向)，
8 特殊精馏 α<1.05时,无法用普通精馏分离, 常采用特殊精馏 8.1 恒沸精馏 双组分非均相恒沸精馏—两塔联合操作
双组分均相恒沸精馏—加挟带剂， 形成新的恒沸物
挟带剂的要求： ①与A(或B)或AB形成最低恒沸物，从塔顶蒸出 ②新恒沸物要便于分离，如非均相，
用分层方法回收挟带剂 ③新恒沸物中挟带剂相对含量要少
Rmin
x n ij Di
i1 ij
1
选取R=(1.2~2)Rmin
②最少理论板数的计算
用芬斯克方程计算
N min
log
x Dl x Dh
xWh xWl
log lh
将多组分分离看作轻、重关键组分之间的分离
③由 R Rmin 查吉利兰图，得 N Nmin
R1
N 1
再算出所需理论板数N
④由
N min1
log
x Dl x Dh
xFh xFl
log lh
算精馏段最少理论板数
由
N
1 N1
N
min 1
1
=
N N min N 1
算出加料板位置N1
本次讲课习题： 第九章 23， 24, 28
或
log Di Wi
k log ih
b
直线关系 条件：αih全塔变化不大，R=∞
实质：给出n-2个
Di Wi
值
9.3 理论板数的捷算法
①Rmin的计算
精确计算多组分的Rmin非常繁硕，常用恩德伍 德式近似计算
假定：⑴恒摩尔流；
⑵ αih全塔变化不大
由
1
q
ij ij
xFi
,
求出θ值
lj
hj
通常, 进料F, xFi(i=1~n-1)均已确定
如：已知：xDh，xWl
求： D ,W
FF
及其它xDi，xWi
变量分析：
3n+3个变量,n+3个式子,已知n+2个,
缺n-2个。非关键组分在塔顶、塔底？
约束条件(R、N、αij)难以用简单方式表达 ③清晰分割法：
塔顶重组分含量为0，塔底轻组分含量为0
5．产品纯度要求高的留在最后分离
具体：多方案作经济比较，决定合理的流程 如：5组分4塔14流程 经上述原则筛选后，留2~3个方案作进一步的计算
9.2 精馏的关键组分和物料衡算 ①关键组分 多组分精馏(如A,B,C,D)， 塔顶只能规定一个组分含量 塔底只能规定一个组分含量 其它组分含量由R、N、αij确定 关键组分—对多组分精馏分离起控制作用的
A、B、C(l) | D(h)、E
塔顶
xDl， xDh 0
塔底 0 0 xWl， xWh
条件： αlh较大，xDh、xWl较低
实质：给出n-2个0
④全回流近似法
由芬斯克方程
N min
log
x Di xWi
xWh x Dh
log ih
得
log xDi xWi
N min log ih
log xDh xWh
8.2 萃取精馏 加萃取剂S(挥发性小),改变A、B组分
相对挥发度பைடு நூலகம் AB
萃取剂主要条件：
①选择性高, 少量加入, αAB大大提高 ②挥发性要小, 沸点S>>沸点A、B ③与原溶液有足够的互溶度. 流程特点：加吸收段
萃取精馏与恒沸精馏比较
共同点：均加入第三组分S 差别：⑴S可选范围:是否要求生成恒沸物
初选方案一般规则：
1．按进料组分摩尔分率接近0.5对0.5进行分离； 2．进料各组分摩尔分率相近且按挥发度排序两两 间相对挥发度相近时,可把组分逐一从塔顶取出； 3．进料各组分按挥发度排序两两间相对挥发度差 别较大时，可按相对挥发度递减的方向排流程；
4．进料各组分摩尔分率差别较大时，按摩尔分率 递减的方向排列流程；
两个组分 挥发度大的— 轻关键组分(l) 挥发度小的— 重关键组分(h) 关键组分与分离方案有关
比轻关键组分更易挥发的—轻组分
比重关键组分更难挥发的—重组分
②全塔物料衡算
总物料衡算 F=D+W
i 组分 FxFi=DxDi+WxWi (i=1~n-1)
归一方程 ΣxDi=1, ΣxFi=1, ΣxWi=1
⑵经济性:恒沸物从塔顶蒸出，潜热消耗大
9 多组分精馏基础 9.1 流程方案的选择
n个组分精馏分离, 为获n个高纯度产品， 需要(n-1)个塔, 塔多方案多
如，A、B、C三组分(其挥发度依次降低)分离 两种流程
4组分3塔5流程 5组分4塔14流程
流程的选择：
经济上优化，设备费+操作费最少 技术上可行，物性(如热敏性，聚合结焦倾向)，
8 特殊精馏 α<1.05时,无法用普通精馏分离, 常采用特殊精馏 8.1 恒沸精馏 双组分非均相恒沸精馏—两塔联合操作
双组分均相恒沸精馏—加挟带剂， 形成新的恒沸物
挟带剂的要求： ①与A(或B)或AB形成最低恒沸物，从塔顶蒸出 ②新恒沸物要便于分离，如非均相，
用分层方法回收挟带剂 ③新恒沸物中挟带剂相对含量要少
Rmin
x n ij Di
i1 ij
1
选取R=(1.2~2)Rmin
②最少理论板数的计算
用芬斯克方程计算
N min
log
x Dl x Dh
xWh xWl
log lh
将多组分分离看作轻、重关键组分之间的分离
③由 R Rmin 查吉利兰图，得 N Nmin
R1
N 1
再算出所需理论板数N
④由
N min1
log
x Dl x Dh
xFh xFl
log lh
算精馏段最少理论板数
由
N
1 N1
N
min 1
1
=
N N min N 1
算出加料板位置N1
本次讲课习题： 第九章 23， 24, 28
或
log Di Wi
k log ih
b
直线关系 条件：αih全塔变化不大，R=∞
实质：给出n-2个
Di Wi
值
9.3 理论板数的捷算法
①Rmin的计算
精确计算多组分的Rmin非常繁硕，常用恩德伍 德式近似计算
假定：⑴恒摩尔流；
⑵ αih全塔变化不大
由
1
q
ij ij
xFi
,
求出θ值
lj
hj
通常, 进料F, xFi(i=1~n-1)均已确定
如：已知：xDh，xWl
求： D ,W
FF
及其它xDi，xWi
变量分析：
3n+3个变量,n+3个式子,已知n+2个,
缺n-2个。非关键组分在塔顶、塔底？
约束条件(R、N、αij)难以用简单方式表达 ③清晰分割法：
塔顶重组分含量为0，塔底轻组分含量为0
5．产品纯度要求高的留在最后分离
具体：多方案作经济比较，决定合理的流程 如：5组分4塔14流程 经上述原则筛选后，留2~3个方案作进一步的计算
9.2 精馏的关键组分和物料衡算 ①关键组分 多组分精馏(如A,B,C,D)， 塔顶只能规定一个组分含量 塔底只能规定一个组分含量 其它组分含量由R、N、αij确定 关键组分—对多组分精馏分离起控制作用的
A、B、C(l) | D(h)、E
塔顶
xDl， xDh 0
塔底 0 0 xWl， xWh
条件： αlh较大，xDh、xWl较低
实质：给出n-2个0
④全回流近似法
由芬斯克方程
N min
log
x Di xWi
xWh x Dh
log ih
得
log xDi xWi
N min log ih
log xDh xWh
8.2 萃取精馏 加萃取剂S(挥发性小),改变A、B组分
相对挥发度பைடு நூலகம் AB
萃取剂主要条件：
①选择性高, 少量加入, αAB大大提高 ②挥发性要小, 沸点S>>沸点A、B ③与原溶液有足够的互溶度. 流程特点：加吸收段
萃取精馏与恒沸精馏比较
共同点：均加入第三组分S 差别：⑴S可选范围:是否要求生成恒沸物