分离过程 第三章ppt课件

重关键组分， 塔顶 重 塔釜
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一、关键组分 1.关键组N分au 的5引出
一般精馏：
回流对温 于设度 计型；计进 算，料 R； 5个位 xD 可（ 置 i调D设； ） i计变； xW 量（j为W） j ：这里： DiD FxxF Dii — i 在塔顶回收率
WjW FxW F xjj — j 在塔釜回收率
▼有LNK、HNK，且都不同时出现在顶、釜时：
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。
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二、设计计算多组分精馏过程特性
1. xD i , xW物j料衡算确定顶确釜定浓后度，顶釜浓度未确定
二种方法： ★清晰分割法 假设LNK全部从塔顶采出； 假设HNK全部从塔釜采出。
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3.1.4 实际回流比、理论板数、进料位置
一、实际回流比R
由操作费、设备费确定
由经验取：
R=（1.1～1.5）Rm 二、理论板数
1. Gilliand图和拟合形式
图3-12
NNm N1
—RR R1m（ Nm， N包括釜
由 Rm、 R精、 品课N 件mN
用Gilliand图简便、但不准确，回归的经验式为：
流量L与V同方向变化，故L／V变化很小， 对分离影响很小。
重要结论：精馏塔中，温度分布主要反映物 流的组成；而总的级间流量分布则主要反映热 量衡算的限制。
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本章目录
温 度 分 布
苯、甲苯、异丙苯精馏塔内温度分布 精品课件
温度分布从再沸器到冷凝器单调下降 进料板处温度变化明显
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浓 度 分 布
Rm
1.306
3.1.3 最少理论板数和组分分配
1.最少理论板数
R 时 N ， N m
意义：◆操作前的准备工作
◆ 测出 N m
特点：★F=D=W=0 ★ L=V；L/V=1
★操作线方程： yn1,i xn,i
★板效率 最高精品课件
采用Fenske方程求最少理论板数，推导如下：
设A、B分别表示二个 ，不 板同 序组 由分 上
三、适宜进料位置的确定
1. 设n为精馏段理论板数
m为提馏段理论板数
n m
N
nm mm
n
m
lg（[ lg（[
xl xh
）D（
xl xh
）F（
xh xl
）F
xh xl
）W
] ]
2 .设
Nm N
nm n
n
m
lg[（
xl xh
）D（
x x
h l
）F
lg l h
]
n
nm N Nm
3. m n（ [ x xh l） F （ x xlh ,W ,D)2W D]0.206(31)8 Nnm
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i：轻关键组分，表示：LK，下 标：l
j：重关 键组分，表示：HK， 下标：h
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精馏塔的任务： LK尽量多的进入塔 顶馏出液； HK尽量多的进入塔 釜釜液。
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对于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。
若：i h l h :
— i为轻组分，表示：LNK
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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
清晰分割：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 轻组分全部从塔顶馏出液中采出，重组分全部从 塔釜排出 非关键组分为非分配组分 非清晰分割：非关键组分为分配组分
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；
上几
HNK在再沸器中浓度最高，从釜向 精品课件
3.关键组分
变化复杂
▼ 若无LNK时：HK分别在二段出现两个最高点， LK表现象LNK。
▼ 若无HNK时：LK分别在二段出现两个最高点， HK表现象HNK。
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多元精馏的流量分布：
影响L、V的几个因素： 1）摩尔汽化潜热变化使沿塔向上的摩尔流率 有增加的趋势； 2）蒸汽上升中需被冷却，导致向上流量增加；
3）液体向下流动须被加热，将导致向下流量 的增加。
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塔内流量变化是上三因素的总效应，在很 大程度上，这些因素相互抵消。因此，恒摩尔 流假定有其实用性。
有：（x A xB
）D
（
AB）均N（ xxBA ）W
由于全回流，N用 m表示N，省去“均”：
\Nm
lg（[ xxBA）D （xxBA）W
lgAB
]
（38）
——Fensk方 e 程
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Fenske方程的各种形式：
用摩尔浓度表示：
Nmlg（ [xxB Al） gD A （BxxB A） W] （3—8）
★非清晰分割法
在。
各组分在顶、釜都有可能存
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3.1.2 最小回流比
R Rm 时N ， 塔中出现恒浓
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：
e y
恒浓区
Rm
xDye ye xe
恒浓区：一个，出现在
xW x xD
进料板
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——上恒浓区
——下恒浓区
所有组分 为分配组 分
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二组分精馏 流量、温度、 浓度分布
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二元精馏
温度分布：在塔顶塔底处变化较慢，其它 位置变化较快；多元精馏此情形不明显， 在接近塔顶、塔底和进料处变化较快，且 全塔温差变大。 浓度分布：在精馏段、提馏段中部变化明 显，塔顶、塔底附近变化较慢，其它位置 变化较快。
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苯、甲苯、异丙苯精馏 塔内汽液流量分布
第一节 多组分精馏过程
3.1 .1多组分精馏过程分析 3..12 最小回流比 3.1.3最少理论塔板数和组分分配 3.1.4 实际回流比、理论板数、进
料位置
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3.1.1 多组分精馏过程分析
关键组分： 在设计或操作控制中，有一定分离要求，
且在塔顶、塔釜都有一定数量的组分称为关 键组分
轻关键组分，指在塔釜液中该组分的浓度 有严格限制，并在进料液中比该组分轻的组 分及该组分的绝大部分应从塔顶采出
i h hh :
— i为重组分，表示：HNK
l h ih hh :
— i为中精间品课件关键组分
2. 关键组分的特点
◆LK和HK形成分离界线，且l h越小，
分离越难。
◆ D lD 轻 ； W h W 重
◆精馏中：
LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制； HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制。
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4. 关键组分的指定原则 由工艺要求决定
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
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多组分精馏过程的复杂性
①求解方法 二组分精馏：无需试差 多组分精馏：反复试差求解 ②摩尔流率 二元精馏：在进料板处液体组成有突变， 各板的摩尔流率基本为常数 多组分精馏：液、汽流量有一定的变化， 但液汽比接近于常数
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例3—4 分离烃类混合物 例3—1 求出Rm=1.306；
例3—2求出Nm=6.805和物料衡算表 本题求N，进料位置 解：1.求R R=1.25Rm=1.634
2.求 N 采用 Erbar and Maddox 关联图
R 0.62 Rm 0.566
R1
Rm 1
查图：N m N
0.47
板为18块
\进料位置为从下第向 8块上（数不包括再沸
或从上向下1数 1块第
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四、不同回流比下物料分配的比较
不同回流比物料分配如图（3—14）
对于操作情况，R=(1.2～2)Rm,由Fenske
方程：
[l对gxx全AA回,,WD流情N况m] lgABlgxxBB,,WD
lg xA,D xA,W
2. 求出N的 m数，包括塔釜 二、 级分 。凝 3. 公式A由 、B导出，可用于二 元元和多
二元B A： 为 为挥 挥发 发性 性小 大； 的 的 多组 组 元分 分 B A： 为 为H LKK
4. （AB） 均的一般计算
AB（AB） 顶 （AB） 釜
5 .若 或；AB分 3（ ， AB） 精离 顶 （ 品课件x x 式 AB A B） ） 釜 （ D 、 要 (x x AB A B） 中 ） 进 W ， 求 N m （ .
y y
A B
）2
（
AB）（2
yA yB
）3
\
（
x x
A B
）D
（
AB）（1
AB）（2
y y
A B
）3
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以次类推：
（
xA xB
）D
（ AB）（1 AB）2 L（
AB）N （1
AB）N（
xA xB
）W
取（ AB）均 N（ AB）（1 AB）2L（ AB）N（1 AB）N
— —代入式中
设XRRm；YNNm
R1
N1
Y1ex（ p（ 1[1514.14X1） .72（ X） Xx1） ]（316）
或： Y0.750.75X0.5668 （317）
已知X，由（3—16）或（3—17）解出y
2. Erbar and Maddox关联图：
比Gilliand图精确，误差4.4%
图3—13
Rm —R— Nm Rm1精品R 课件1 N
与 lgAB呈线形关系
在R（1.21.5）Rm下，与全回流分配。相同
结论：可用操作回流比下的物料分配，采用
Fenske方程计算Nm。
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简捷计算法步骤：
Rm解法：
1. 在 [lr,hr]中设 b 式 试差确 定 2. 将代入 a式Rm
注意：若LK、HK挥发度不相邻，可在
l r , hr之间试差出几个 ，解出
几个Rm，最后取平均值。
例3—1 计算最小回流比
已知：xi,F,xi,D ,q1.0
解：由（3—3b）试差 1.325
返回
将
1.325代入（3—3a）得 精品课件
iirrxi,F 1q
(33b)
式中： i r —— i 对基准组分 r 的相对挥发度
取基准：① 最难挥发的组分（最重的组分）
② HK
( xi,D数)m，——最小(x回i,D 流)m 比 操x作i,D 下，i 的摩尔分
q ——进料状态参数
——方程的根，为多根方程，取 l r hr
误差：10～20精%品课件
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设塔顶采用全凝器（板序由上向下）：
从 n1 开始：
由 1 ） （： y yB A ） 1 （ （ A） （ 1 Bx xB A ） 1 （ x xB A ） D
将（2）代入：（ 又由（1）：（ yA
yB
xA xB ）2
ຫໍສະໝຸດ Baidu
）（D （AB）（A2B）xx（1BA ）yy2BA
）2
又将（2）代入：（
AB（xyA A） （xyB B） （yyB A） （xxB A）
对于第 n块板(：yA yB ）n （ AB）（n xA xB ）n (1)
又 yn 1 ,A x n ,Ayn 1 ,B x n ,B(全回流
\（
x x
A B
）n
（
y y
A B
）n1
（2）
用（1）、（2）式推导Fenske方程：
只有LNK为 非分配组分
只有HNK为 非分配组分
LNK和HNK 都为非分配 组分
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2. Rm 的计算
采用Underwood法计算： 该法假设：1.恒摩尔流
2. i h在全塔可看成常数
依据：恒浓区概念
关联式：相平衡、物料平衡
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Underwood公式：ir(ixr i,D)m Rm1 (33a)
◆只有无LNK，且 l h较大，塔顶可采出纯LK； 只有无HNK，且 l h较大，塔釜可采出纯HK。
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3. 关键组分的指定方法 ◆指定回收率 Dl；W h ◆指定控制量
xD l或 xD h ； x W h 或 x W l
注意：同一组分，规定 了一端的回收率，另一 端的量已确定。不能重 复！
只有HK，LK，HNK情况
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浓 度 分 布
只有LK，HK，LNK 精品课件
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多组分精馏浓度分布
关键组分浓度分布往往有极大值
非关键组分通常是非分配组分
LNK和HNK分别在进料板上下形成几乎恒浓 的区域
全部组分均存在于进料板上
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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。
\ N 14.（5 包括釜）
设再沸器效率 100 %，塔中实际塔板数：
N
1
13 .5 0.75
18（块）
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三、确定进料位置
lg（[ 采用：nm
d f
）（l
f d
lg l h
）h
]
3.6
已知：N m N
0.47
故： Nm N
nm n
\
n
3.6 0.47
7.7
塔中实际
精馏段实际 7.7板 07： ..77510块
用摩尔量、体积 量量 表、 示重 ：
Nmlg（[w dl） gAA （Bw d） B]
（3—11）
不用对数表示：
（ w d） AAN Bm （ 精品w d课） 件B （ 3— 1） 2
Fenske方程说明：
1. 全凝器(x， A xB） D为其液相产品浓度 分凝器(x， A xB） D为其汽相产品浓度