多组分精馏过程
简述精馏的流程
简述精馏的流程精馏是一种分离混合物中各种组分的方法，它利用各种组分的沸点不同，将混合物加热使其汽化，然后通过冷凝使其重新液化，从而实现组分的分离。
下面详细介绍精馏的流程。
一、装置精馏装置主要由以下部分组成：加热设备、蒸发器、冷凝器、收集器和真空泵等。
二、操作步骤1.准备工作首先进行仔细的检查和清洗，确保所有设备和管道都干净无杂质。
随后将要分离的混合物放入蒸发器中，并根据需要添加一定量的溶剂或助剂。
2.加热启动加热设备，将蒸发器中的混合物加热至沸点。
在这个过程中，各种组分会逐渐汽化并进入冷凝器。
3.冷却在冷凝器中通过水或其他冷却介质降低温度，使汽化的混合物重新液化。
在这个过程中，不同沸点的组分会以不同速度凝结成液体，并通过收集器被收集起来。
4.收集收集器中的液体就是经过精馏分离后得到的组分。
其中，沸点较低的组分会先凝结成液体，沸点较高的组分则会在后面凝结。
因此，不同组分的液体可以通过不同的收集器进行收集。
5.真空操作在某些情况下，需要通过降低系统压力来进行精馏。
这时需要使用真空泵将系统中的气体抽出，降低压力。
这种方法通常用于提高某些高沸点物质的沸点。
三、注意事项1.操作时要注意安全，避免发生火灾和爆炸等事故。
2.混合物必须加热至沸点以上才能进行精馏。
3.冷凝器中必须保持足够的冷却水流量和温度，以确保混合物能够充分冷却并重新液化。
4.不同组分之间要有足够大的沸点差异才能有效地进行精馏。
5.真空操作时要注意泵的使用方法和维护保养，以确保其正常工作并避免损坏设备。
四、总结精馏是一种非常重要的分离技术，广泛应用于化工、制药、食品等行业。
通过合理的操作和设备选择，可以实现对混合物中各种组分的高效分离和纯化。
在进行精馏操作时，要注意安全、保证设备的清洁和正常工作，并根据需要进行真空操作以提高精馏效率。
化工分离过程(第7讲)(3.2多组分精馏过程分析)
x1
y2 y 1
* TB
1.0 B7
3.2.1 多组分精馏过程分析
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，
温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收 集的是低沸点组分，高沸 点组分则留在塔底。
8
3.2.1 多组分精馏过程分析
1 从塔的中间O点进料； 2 组分B的液、汽相组 成分别为 x3 和 y3； 3 每层塔板都经历部分 汽化和部分冷凝过程；T
4
3.2.1 多组分精馏过程分析
简单蒸馏以及二组分精馏的原理图 关键组分(Key Components) 清晰分割 多组分精馏过程的复杂性
二组分精馏实例：苯－甲苯 三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯 四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯
多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别
22
3.2.1 多组分精馏过程分析
2、关键组分
①若无LNK：HK分别在二段出现两个最高点，LK 表现像LNK。 （图3-7） ②若无HNK：LK分别在二段出现两个最高点，HK 表现像HNK。 （图3-8） ③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，然后降到所规定的浓度。 （图3-9）
甲苯为LK，二甲苯为HK，两 者的浓度分布曲线变化规律相 同，方向相反。 在 塔 底 处 ， 主 要 分 离 HK 和 HNK，所以此处HK浓度向上 增大；同理，在塔顶处，主要 分离LK和LNK，所以此处LK 浓度向上减小。
图3-9 苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙 苯液相浓度分布
苯为LNK，在进料板以下浓度 快速减小，最终全部进入塔顶； 异丙苯为HNK，在进料板以上 浓度快速减小，最终全部进入 21 塔釜。
化工原理多组分精馏
2021年7月13日星期二
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
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
多组分 混合物 采用
ESA
相际传 质传热
液体多次 部分汽化
蒸汽多次 部分冷凝
dh wh
结合 f i d i wi
di wi
Nm 1 ih
dh wh
解得 di、wi
di
Nm 1 ih
(
dh wh
)
f
i
1
N ih
m
1
( dh ) wh
wi
fi
1
N ih
m
1
( dh ) wh
II、图解法 计算步骤
➢对关键组分
dl wl
Nm 1 lh
dh wh
此式的几何意义是：
lg( d l ) lg d h
)D
/(
xl xh
lg lh
)W
xl xh
D
Nm 1 lh
xl xh
W
Dx D,l Dx D,h
Nm lh
1
WxW ,l WxW ,h
dl dh
Nm 1 lh
wl wh
或
dl wl
Nm 1 lh
dh wh
2）以HK为基准组分，任意组分i的分配规律。
对照：d l wl
Nm 1 lh
W ih1 1 xD,l xw,h
l 1
zi zh xW ,h
D F i1 1 x D,l xW ,h
第三章 精 馏(分离工程,叶庆国)
3.1 多组分精馏
3.1.1 多组分精馏过程分析
3.1.2 多组分精馏的简捷（群法）计算法
精馏：distillation
精馏是多组分分离中最常见的单元操作，它
是利用组分挥发度差异，借助“回流”技术 实现混合液高纯度分离的多级分离操作，即 同时进行多次部分气化和部分冷凝的过程。 实现精馏操作的主体设备是精馏塔。
Nm
L K , D H K ,W lg (1 L K , D )(1 H K , w )
lg L K H K
Fenske公式计算Nm注意事项
• Fenske公式适用于双组份精馏，也适用于多 组分精馏（可以用一对关键组分来求，也可 用任意两组份来求）。 Nm与进料状态、组成的表示方式无关
i ,n i ,n i ,n
Fenske公式计算Nm
对于任意组分
塔顶为全凝器：x i , D 第一个平衡级 平衡关系：y i ,1 K i ,1 x i ,1 操作关系：x i ,1 y i , 2 联立两式：y i ,1
K i ,1 y i , 2
y i ,l
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。
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
分配与非分配组分
根据组分是否在精馏塔的两端都出现，可分为分配 组分(distributing component)和非分配组分 (nondistribution component)。 分配组分：塔顶、塔底同时出现 非分配组分：只在塔顶活塔底出现的组分
多组分精馏和特殊精馏
核算式
对HNK：C3，iC4，nC4进行核算： C3：d0.6448，xD0.017 C4:xD0
\ 清晰分割假设对 C 3不成立，须调整
5.调整
以前面结果为初值，进行试差
设 d 0 .6 4 4 8 ， 其 它 不 变 ， 重 复 1 4 步
计 算 ， 至 前 后 二 次 结 果 相 近 为 止 。
3. 核实清晰分割的合理性
对
于LNK
，
核
实w
，看
i
是
否xi
,W
0
核实式： fi di wi;
fd ( w )i ( w )i 1
\ wi fi 1 （wd ）i
将
（d ） wi
i
h
N
m（d ）代 wh
入
上
式
有：
wi
1i
fi h N m（wd ）h
核算式
对 于 甲 烷 ， w 9 .6 1 0 5 0 ； x W 1 .5 1 0 6
结果：第二次dC3 0.635 与第一次相近
例3-3 苯（B）-甲苯（T）-二甲苯（X）-异丙苯 （C）的混合物送入精馏塔分离，进料组成（摩尔 分数）为：zB=0.2，zT=0.3， zX=0.1， zC=0.4。相对 挥发度数据：αB=2.25，αT=1.00，αX=0.33，αC= 0.21。分离要求：馏出液中异丙苯不大于0.15%；釜 液中甲苯不大于0.3%（摩尔）。计算最少理论板和 全回流下的物料分配。
1.000 0.025 0.901 0.0167 1.000 - 1.325 0.901 1.325
故
Rm 1.306
返回
3.1.3 最少理论板数和组分分配
1、最少理论板数 全 回 流 R 时 操N ， 作 N m
精馏的工艺
精馏的工艺
精馏是一种分离混合物组分的工艺，通常用于分离液体混合物中的不同挥发性组分。
它基于不同组分的沸点差异来进行分离，通过加热混合物，使其沸点高的组分蒸发，然后将蒸汽冷凝收集，得到纯净的组分。
精馏过程一般包括以下几个步骤：
1. 加热：将混合物加热到使其中一个或多个组分蒸发的温度。
温度通常由系统达到平衡时所需的沸点决定。
2. 蒸发：在加热中，挥发性组分开始从液体相转变为气体相，并形成蒸汽。
3. 冷凝：将蒸汽通过冷凝器冷却，使其重新变成液体。
冷凝器通常是一个管道或器皿，用冷却剂如水或空气传热来冷凝蒸汽。
4. 分离：冷凝后的液体被收集，其中包含主要是挥发性组分的纯净物质。
5. 循环：在一些工艺中，收集的液体可能被再度加热，再次蒸发，以进一步提高分离效果。
精馏的效果受到多个因素的影响，如温度、压力、混合物的成分和性质等。
根据不同的应用和要求，可能需要采用不同的精馏工艺，如简单蒸馏、连续蒸馏、真
空蒸馏等。
第三章-多组分精馏
3.2.4 实际回流比和理论板数
用Underwood方程求出Rm 后，实际回流比R一般 取作1.30Rm。
有了实际回流比和最少理论板数，求实际理论板数 常用的经验方法有：
Gilliland图、Erbar-Maddox图。
适用于相对挥发度 变化不大的情况
适用于非理想性 较大的情况
32
图3-9 Gilliland图
35
3.2.5 多组分精馏的简捷计算方法 精馏简捷计算 ——FUG法
Fenske
Underwood Gilliland
Nm
Rm
R、N
36
开始
指定进料条件
指定两个关键组分的分离程度
估计非关键组分的分离情况
决定精馏塔操作压力和冷凝器类型 （泡、露点计算）
在塔压下作闪蒸计算
（绝热闪蒸计算）
计算最少理论板数和非关键组分的分离程度
多组分精馏 物系组成
轻非关键组分（LNK），轻组分 轻关键组分（LK） 中间组分
重关键组分（HK） 重非关键组分（HNK），重组分
非分配组分：只在塔顶或塔釜出现的组分； 分配组分：在塔顶和塔釜均出现的组分。 11
3.2.2 最小回流比（Rm）
二组分精馏： 最小回流比下，进料板上下出现恒浓区或夹点。
28
讨论与分析：
清晰分割假定比较适用的情况： 轻重关键组分的分离程度较高，轻组分的挥发度比 LK的挥发度大得多，而重组分的挥发度比HK的挥 发度小得多。
对于无中间组分的体系： 如A(LNK)、B(LK)、C(HK)、D(HNK)组成的体系， 先假定清晰分割，计算理论板数，再校验是否清晰 分割。
对于有中间组分的体系： 如A(LNK)、B(LK)、C(中间组分)、D(HK)、 E(HNK) 组成的体系，则根据C的相对挥发度是靠近 B还是靠近D来假定C在塔顶和塔釜的分配。
多组分分离基础及多组分精馏-现代化工分离技术
人工智能和大数据等先进技术 的应用将为多组分分离技术提 供新的解决方案，实现智能化和技术开发将得到加强，以适 应不同化工领域的需求。
绿色化学和可持续发展理念将 进一步渗透到多组分分离技术 的研究和应用中，推动化工行 业的可持续发展。
平衡分离
当混合物达到热力学平衡时，各组分的组成不再发生变化，此时可以通过一定 的操作手段，如改变温度、压力或加入第三组分等，使混合物中各组分得以分 离。
非平衡分离
在某些情况下，混合物无法达到热力学平衡，但为了实现分离，可以采用一些 非平衡分离技术，如吸附、结晶、离子交换等。
分离过程的动力学基础
扩散系数
按操作目的分类
可分为精馏、吸收、萃取、吸附等。精馏是根据混合物中各组分的沸点不同，通过加热、冷凝实现分离；吸收是 根据混合气体中各组分在吸收剂中的溶解度不同实现分离；萃取是根据混合物中各组分在两种不混溶溶剂中的溶 解度不同实现分离；吸附则是利用固体吸附剂对不同组分的吸附能力不同实现分离。
分离过程的热力学基础
06 结论
分离技术的重要地位
分离技术是现代化工生产中的关键环 节，对于提高产品质量、降低能耗和 实现绿色生产具有重要意义。
随着化工行业的发展，多组分分离技 术成为研究和应用热点，对于解决复 杂混合物分离难题具有重要作用。
未来发展方向与展望
高效、节能、环保的多组分分 离技术将是未来的研究重点， 如新型吸附剂、萃取剂和精馏
03 多组分精馏技术
多组分精馏的原理
精馏原理
多组分精馏基于溶液的相平衡原 理，通过加热和冷凝操作将溶液 分成多个纯组分。
组分性质
多组分精馏中，各组分的沸点、 蒸汽压、溶解度等性质对分离效 果有重要影响。
多组分精馏简述
第三章 多组分精馏在化工原理课程中，对双组分精馏和单组分吸收等简单传质过程进行过较详尽的讨论。
然而，在化工生产实际中，遇到更多的是含有较多组分或复杂物系的分离与提纯问题。
在设计多组分多级分离问题时，必须用联立或迭代法严格地解数目较多的方程，这就是说必须规定足够多的设计变量，使得未知变量的数目正好等于独立方程数，因此在各种设计的分离过程中，首先就涉及过程条件或独立变量的规定问题。
多组分多级分离问题，由于组分数增多而增加了过程的复杂性。
解这类问题，严格的该用精确的计算机算法，但简捷计算常用于过程设计的初始阶段，是对操作进行粗略分析的常用算法。
§3-1分离系统的变量分析设计分离装置就是要求确定各个物理量的数值，但设计的第一步还不是选择变量的具体数值，而是要知道在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。
一、设计变量1.设计变量⎩⎨⎧-=：可调设计变量固定设计变量a x c v i N N N N N :v N ：描述系统所需的独立变量总数。
c N ：各独立变量之间可以列出的方程式数和给定的条件，为约束关系数。
要确定i N ，需正确确定v N 和c N ，一般采用郭慕孙发表在AIchE J （美国化学工程师学会），1956（2）：240-248的方法，该法的特点是简单、方便，不易出错，因而一直沿用至今。
郭氏法的基本原则是将一个装置分解为若干进行简单过程的单元，由每一单元的独立变量数e v N 和约束数e c N 求出每一单元的设计变量数e i N ，然后再由单元的设计变量数计算出装置的设计变量数E i N 。
在设计变量i N 中，又被分为固定设计变量x N 和可调设计变量a N ，x N 是指确定进料物流的那些变量（进料组成和流量）以及系统的压力，这些变量常常是由单元在整个装置中的地位，或装置在整个流程中的地位所决定，也就是说，实际上不要由设计者来指定，而a N 才是真正要由设计者来确定的，因此郭氏法的目的是确定正确的a N 值。
多组分共沸混合物精馏工艺流程的研究
多组分共沸混合物精馏工艺流程的研究1、萃取精馏的原理在基本有机化工生产中，经常会遇到组分的相对挥发度比较接近，组分之间也存在形成共沸物的可能性。
若采用普通精馏的方法进行分离，将很困难，或者不可能。
对于这类物系，可以采用特殊精馏方法，向被分离物系中加入第三种组分，改变被分离组分的活度系数，增加组分之间的相对挥发度，达到分离的目的。
如果加入的溶剂与原系统中的一些轻组分形成最低共沸物，溶剂与轻组分将以共沸物形式从塔顶蒸出，塔底得到重组分，这种操作称为共沸精馏；如果加入的溶剂不与原系统中的任一组分形成共沸物，其沸点又较任一组分的沸点高，溶剂与重组分将随釜液离开精馏塔，塔顶得到轻组分，这种操作称为萃取精馏。
2、溶剂甄选原理由于萃取精馏混合物多为强非理想性的系统，所以工业生产中选择适宜溶剂时主要应考虑以下几点：（1）选择性：溶剂的加人必须使待拆分组分的相对溶解度提高明显，即为建议溶剂具备较低的选择性，以提升溶剂的利用率；2）溶解性：要求溶剂与原有组分间有较大的相互溶解度，以防止液体在塔内产生分层现象，但具有高选择性的溶剂往往伴有不互溶性或较低的溶解性，因此需要通过权衡选取合适的溶剂，使其既具有较好的选择性，又具有较高的溶解性；（3）沸点：溶剂的沸点应当低于原进料混合物的沸点，以避免构成溶剂与组分的共沸物。
但也无法过低，以防止导致溶剂回收塔釜梅过低。
目前提炼减压蒸馏溶剂甄选的方法存有实验法、数据库查阅法、经验值方法、计算机辅助分子设计法用实验法甄选溶剂就是目前应用领域最广泛的方法，可以获得较好的结果，但是实验花费很大，实验周期较长。
实验法存有轻易法、沸点仪法、色谱法、气论调等。
实际应用领域过程中往往须要几种方法融合采用，以延长吻合目标溶剂的时间。
溶剂甄选的通常过程为：经验分析、理论指导与计算机辅助设计、实验检验等。
若文献资料和数据不全系列，则只有实行最基本的实验方法，或者实行极具应用领域前景的计算机优化方法以谋求最佳溶剂。
第三章 多组分精馏
层理论塔板才能满足分离要求所需的回流比，
称为最小回流比。多组分精馏计算中，必须用
解析法求最小回流比。
23
常用的是恩德伍德法，推导该式的基本假设是：
1) 体系中各组分的相对挥发度为常数；
2) 塔内气相和液相均为恒摩尔流。
根据物料平衡及相平衡表示，利用恒浓区的 概念，恩德伍德推导出最小回流比的两个联 立公式：
清晰分割时非关键组分在塔顶和塔底产品
中的分配用物料衡算求得。
11
12
总物料衡算 苯的衡算 乙苯的衡算
甲苯的衡算
13
(2) 非清晰分割
如果轻重关键组分不是相邻组分，则塔顶和塔 底产品中必有中间组分。 如果进料液中非关键组分的相对挥发度与关键 组分相差不大，则塔顶产品中就含有比重关键 组分还重组分，塔底产品中含有比轻关键组分
37
应用：实验制备的小批量物质分离、石油产 品评价、高效填料的性能测定、精细化工产
品的提纯、同位素产品的精制等。
计算：难以采用图解方法求解理论板数，通常
采用解析方法或简捷法确定理论板数、进料位
置等。计算中，精密精馏通常按二元混合物处
理。
38
3.5.3
盐溶精馏（加盐精馏）
一种采用特殊萃取剂的萃取精馏，用于难分 离混合物的分离。 例：乙醇-水 、丙醇-水、水-醋酸等的分离
5
对于双组分精馏；
塔顶：xDA 已确定 xDB =1- xDA ;
塔釜：xWB已确定 xWB =1- xWA ;
也就是塔顶、塔釜组成全部确定。
对于多组分精馏：Na=5 ，与组分数无关。
除规定全凝器饱和液体出料：2） R; 3）D/F外只
精馏工艺流程
精馏工艺是一种通过升华和凝固的方式分离混合物中不同组分的技术。
以下是一个典型的精馏工艺流程：
1. 原料准备：
将原料加入到精馏塔中。
原料可以是液态或固态，取决于具体的工艺要求。
2. 加热：
通过加热装置对原料进行加热，使其温度达到沸腾点。
加热可以采用直接加热或间接加热的方式。
3. 沸腾：
原料在塔内加热到沸腾，不同的组分会因为沸点不同而逐渐蒸发。
4. 分馏：
蒸发出的蒸汽进入冷凝装置，冷凝成液态。
这个过程是在精馏塔中进行的，精馏塔内通常设置有多个分离区域，每个区域对应不同的组分沸点。
5. 收集组分：
冷凝后的液态混合物在塔的不同高度收集，不同沸点的组分会被分离出来。
通常情况下，沸点较低的组分会首先被收集。
6. 再循环：
部分分离出来的低沸点组分可能会被再次送回精馏塔的顶部，与原料混合，以提高高沸点组分的回收率。
7. 产品提纯：
经过多次循环后，高沸点组分逐渐被分离和提纯，最终得到高纯度的产品。
8. 废气处理：
精馏过程中会产生废气，这些废气通常需要经过处理才能排放，以符合环保要求。
精馏工艺在化工、炼油、食品加工等行业中有着广泛的应用，可以用于分离和提纯各种组分。
具体的工艺流程可能会根据实际的原料、产品和工艺要求有所不同。
3.1 多组分精馏过程2012-3-23
20122012-5-7
12
化工分离工程
3.1.1 多组分精馏过程分析
（2）多组分精馏塔内温度与理论板的关系 比较二组分图3-4和多组分图 温度 比较二组分图 和多组分图3-5温度与理论板的关系 和多组分图 温度与理论板的关系
图3-4 二组分精馏塔温度分布
甲苯-异丙苯精馏塔内温度分布 图3-6 苯-甲苯 异丙苯精馏塔内温度分布 甲苯
塔底产物
化工分离工程
3.1.1 多组分精馏过程分析
2、组分在塔顶、塔底产品中的预分配 组分在塔顶、
（1）清晰分割
清晰分割 非清晰分割
A—几乎全部 或可能是全部 B—绝大部分 C—限制量 D—少量/微量 少量/ E—微量
（2）非清晰分割
N 进料 A 轻组分 B（LK）轻关键组分 LK） C（HK）重关键组分 HK） D 重组分 E 重组分 塔底产物 塔顶产物 A—全部 B—部分 C—限制量
进料
清晰分割
A—全部 B—部分 C—限制HK 限制HK
N
塔顶产物
重组分全部进入釜 液产品， 液产品，轻组分全 部进入馏出液产品 中。 非关键组分在两产 品中的分配可以通 过物料衡算求得。 过物料衡算求得。
20122012-5-7
A 轻组分
B（LK）轻关键组分 LK） C（HK）重关键组分 HK） D 重组分 E 重组分 塔底产物 B—限制量LK 限制量LK C—大部分 D—几乎全部 E—全部
20122012-5-7 9
A—几乎全部 或可能是全部 B—绝大部分 C—部分 D—限制量HK E—少量/微量 少量/
N 进料
塔顶产物
A—轻组分
B—（LK）轻关键组分 LK） C —中间组分 D—（HK）重关键组分 HK） E—重组分 A—少量/微量 少量/ B—限制量LK 限制量LK C—部分 D—绝大部分 E—可能是全 部或几乎全部
第三章 3.4 多组分精馏2
当R Rop，总费用随R的减小而急剧增加 当R Rop，总费用随R的增大而增加 故通常取 一般取 R = 1.2 ~ 1.5 Rmin R = 1.3 Rmin
R↑=>N↓ 塔径、再沸器、 冷凝器增大
15
刘志伟. 回流比对操作费和设备费的影响. 现代化工. 1997(3):34~36
2、理论板数
4
五、最小回流比（Rmin）: Underwood方程
1. 二元精馏：最小回流比下，出现1个恒浓区或称夹点。
典型理想体系，夹点位于进料级
1.0
P x=xD x=zF x=xB
1.0 (a)典型理想系统
5
y
0
x
恒浓区位置
二元精馏 恒浓区
典型非理想体系，夹点位于进料级以上
1.0
P x=xD x=xB x=zF x
（4）轻、重组分均为分配组分(all components distributed)
少 见
7
3. Underwood方程：计算Rmin
假设： 1、各组分相对挥发度是常数 2、塔内汽液相流率为恒摩尔流
（3-3b)
（3-3a)
8
3. Underwood方程：计算Rmin
首先，用试差法解出式（3-3b）中的θ 值。 分配组分只有轻重关键组分两个时，则θ 只 有一个，且αH,r < θ < αL,r。 分配组分不止轻重关键组分时，则有m个θ 值，m比分配组分数小1。且θ 位于分配组分 的两个相邻相对挥发度之间。 实际计算中，xi,D常近似用全回流条件下的馏 出液的组成
最小理论板数(Nmin)和最小回流比(Rmin)是两 个极限条件，它们确定了塔板数和操作回流 比的允许范围，有助于选择特定的操作条件。 回流比影响操作费用 理论板数影响精馏塔设备投资 N↑ R↓
化工原理多组分精馏
化工原理多组分精馏多组分精馏是指在一个系统中同时存在具有不同挥发性的多个组分，通过精馏过程将这些组分分离出来。
这种精馏过程主要应用于化工工业中，其中最常见的就是原油的精馏。
原油是一种复杂的多组分混合物，其中包括烷烃、烯烃、芳烃等多种组分，它们具有不同的挥发性和沸点。
通过多组分精馏可以将原油中的不同组分分离出来，获取高纯度的单一组分或者组分的混合物。
多组分精馏的基本原理是利用组分之间的沸点差异来实现分离。
在一个精馏塔中，通过加热并提供充足的汽化热量，将原油中的各种组分分别汽化成蒸汽。
然后，将蒸汽冷凝成液体，通过不同位置的收集器收集不同组分的液体。
多组分精馏的关键是精馏塔的设计和操作。
一般而言，精馏塔分为顶部回流装置和底部放流装置。
顶部回流装置可以将部分液体回流到塔顶，提供充足的冷却和平衡，使塔内的温度和组分浓度分布达到稳定状态。
底部放流装置用于获取精馏产物，可以根据需要进行连续放流或间歇放流。
在精馏过程中，通过适当调节顶部回流比例、塔内温度和压力等操作参数，可以实现对不同组分的分离。
具体来说，高沸点组分会在上部冷凝器中快速冷凝成为液体，回流到塔顶，而低沸点组分则主要通过中部冷凝器冷凝，并作为精馏产物从塔底放流。
多组分精馏的效果受到多个因素的影响，包括塔板数目、温度和压力梯度、顶部回流比例等。
通常情况下，增加塔板数目可以提高分离效果，但同时也会增加塔设备的复杂性和能耗。
温度和压力梯度可以通过在塔内设置冷凝器和加热器来实现，不同的温度和压力梯度可以提高对不同组分的分离效果。
顶部回流比例的调节可以通过改变塔顶放流的液体量来实现，适当增加回流比例可以提高精馏塔的分离效果。
总之，多组分精馏是一种常用的分离技术，可以将具有不同挥发性的组分分离出来。
通过合理的设计和操作，可以实现高效的分离效果，对于化工工业中的原油精馏等过程具有重要意义。
多组分精馏
I区：提馏段分离区。将塔釜产品提浓到分离要求，使轻关键组分B的浓度打到xWL。
精馏段——
IV区：上加料区。由于重非分配组分D不在塔顶出现，进料板上必须紧接着有若干板使DA组分降到零，由IV区完成。因此恒浓区向上推移。
V区：上恒浓区。组分A、B、C的浓度恒定，没有分离效果。
可见，直接顺序在塔釜需要的外加热量和塔顶需要的外加冷量都比间接顺序的要少。
2.设备进行精馏操作的主要设备有塔、再沸器和冷凝器。从上面的讨论已知，直接顺序与间接顺序相比，在塔釜要汽化的组分和在塔顶要冷凝的组分都要少，因此：
①直接顺序塔内气体量少，故塔径要小；
②直接顺序塔釜再沸器和冷凝器传热面积要小。
综合上述从能量和设备两方面考虑，直接顺序比间接顺序优。
求 根据清晰分割，比T还重的组分在塔顶不出现，所以 ，
求 述三式可解出：
三、芬斯克（Fenske）公式求最小理论塔板数Nm
（一）操作线方程（回顾——由物料衡算求）
1、精馏段操作线方程
如图，以红框为物衡范围。
总物衡：
i组分物衡：
联立解得精馏段操作线方程：
令
(A)
5.产品质量要求高的组分从塔顶采出
因为塔顶为汽相，杂质少；塔釜为液相，杂质较多。
6.侧线采出可节省设备
对纯度要求高的组分在塔顶采出的同时，对于纯度要求不是很高的组分，可以采用侧线采出，减少设备。
以上概述了讨论了多组分精馏的特点及其分离先后顺序的选取原则。下面将学习多组分精馏的计算。
3.2.2多组分精馏简捷算法
在《化工原理》课程中对双组分液态混合物的精馏进行了讨论，但是在实际出产中所遇到的待进行精馏分离的液态混合物往往为多组分。
化工原理多组分精馏
化工原理多组分精馏简介多组分精馏是一种常见的化工分离技术，广泛应用于石油、化工、药品等行业中。
本文将介绍多组分精馏的基本原理、设备和操作、影响因素，以及应用案例等内容。
基本原理多组分精馏是通过不同组分的挥发性差异实现分离的一种方法。
在一个精馏塔中，原料液体进入塔顶，经过加热后蒸发，蒸汽上升并与冷却剂进行接触，冷却后变为液体，得到精馏液。
根据不同的沸点，各组分在塔内得到部分蒸发和凝结，最后在塔顶和塔底得到不同组分的纯化产品。
设备和操作多组分精馏通常由以下设备组成：1.精馏塔：用于将混合物分离成多个组分的关键设备。
塔内通常有填料或板式反应器，以增加传质效果。
2.热交换器：用于加热和冷却原料和冷却剂。
3.冷凝器：用于将蒸汽冷却成液体，以获取精馏液。
4.回流器：用于控制精馏液的回流或提供塔顶的回流液。
在操作多组分精馏塔时，需要注意以下几点：1.控制塔顶温度：通过调节加热和冷却剂的流量，控制塔顶温度，确保所需组分能够得到纯化。
2.控制回流比：回流比是回流液与塔顶出口流量的比值。
通过调节回流比，可以改变塔内的传质效果，影响分离效果。
3.利用塔内温度梯度：塔内温度从塔底到塔顶逐渐增加，利用温度差异来实现组分的分离。
影响因素多组分精馏的效果受到多个因素的影响，以下是几个重要的影响因素：1.组分挥发性差异：组分之间的沸点差异越大，精馏效果越好。
2.塔设计：塔的高度、填料或板式的选择，对传质效果和分离效果有直接影响。
3.温度梯度：塔内温度梯度越大，分离效果越好。
4.回流比：适当的回流比可以改善传质效果，提高精馏效果。
5.操作参数：加热剂和冷却剂的流量、操作压力等参数的调节，会直接影响精馏过程的效果。
应用案例多组分精馏在化工领域有着广泛的应用。
以下是几个常见的应用案例：1.石油炼油：通过多组分精馏，将原油中的各种烃类分离出来，得到汽油、柴油、煤油等产品。
2.药品制造：制药工业中，多组分精馏被用于纯化药物原料，去除杂质，提高药品的纯度和品质。
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取LK>>HK的根
3.1.3 最少理论板数（Nm）和组分分配
全回流对应最少理论板数，但全回流下无产品采出，因此正 常生产中不会采用全回流。 什么时候采用全回流呢？
1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。 2、在实验室设备中，研究传质影响因素。 3、工程设计中，必须知道最少板数。
计算最少理论板数的Fenske（芬斯克）方程：
分
离
工
程
第3章 多组分精馏和特殊精馏
?
第三章 主要内容
本章要求 3.1多组分精馏过程 3.2萃取精馏和共沸精馏 3.3反应精馏 3.4加盐精馏 本章小结 参考文献 思考题
重点掌握
掌握 了解 了解
本章要求：
（1）了解多组分精馏过程与二组分精馏的比 较分析，掌握关键组分等概念。 （2）掌握清晰分割和不清晰分割物料衡算的 计算方法，简捷法求算精馏过程理论板数的 步骤。 （3）掌握萃取精馏原理和萃取剂选择性的定 义和影响因素以及萃取剂的选择。
塔顶回收率：
塔釜回收率：
②非关键组分
关键组分以外的组分称为非关键组分 轻非关键组分（LNK），比轻关键组分挥发度更大或更轻的 组分，简称轻组分 重非关键组分（HNK），比重关键组分挥发度更小或更重的 组分，简称重组分
③分配与非分配组分
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
对于二组分精馏，设计变量被确定后，可从任一端出发， 作逐板计算，无需试差。 对于多组分精馏，由于不能指定全部组成，所以需先假设 一端的组成，再通过反复试差求解。
下面通过实例分别对二组分精馏和多组分精馏过程分析进 行比较。
二组分精馏实例：苯－甲苯
图3-1 二组分精馏流率、温度、浓度分布
三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯
一、 精馏操作流程
一、精馏操作流程
冷凝器 动画演示
板式精馏塔 动画演示
再沸器 动画演示
多组分精馏过程分析就是分析精馏塔内的温度、流率和浓 度分布。 二、关键组分（Key Components） Na=串级数(2)＋分配器(1) ＋侧线采出(0)＋传热单元(2) = 5 已被指定的可调变量： （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。
（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 含量不等于进料含量。
精馏过程的内在规律：
在精馏塔中，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了热衡算的限制。
本章要求：
（4）了解萃取精馏流程和萃取精馏过程的计 算。 （5）了解共沸物的特性和共沸组成的计算， 三元物系组成的表示方法，掌握共沸精馏过程 共沸剂的确定。 （6）了解简捷计算法计算萃取精馏和共沸精 馏过程的理论板数。
3.1 多组分精馏过程
3.1.1 3.1.2 3.1.3 3.1.4 3.1.5 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 实际回流比和理论板数 多组分精馏的简捷计算方法
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。
④清晰与非清晰分割 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。
三、多组分精馏过程特性
3.1 多组分精馏过程
多次单级分离的串联，简称精馏 利用混合物中各组分的相对挥发度不同，采 用液体多次部分汽化，蒸汽多次部分冷凝等 汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变 化，并结合应用回流手段，使各组分分离。
3.1.1 多组分精馏过程分析
一、 精馏操作流程
一、精馏操作流程
一、精馏操作流程
简单塔
计算最小回流比的Underwood（恩德伍德） 公式：
假设： 1、各组分相对挥发度是常数； 2、塔内汽液相流率为恒摩尔流。
Underwood（恩德伍德）公式：
（3-1）
Underwood（恩德伍德）公式中参数的含义：
（3-1）
以全回流下的 xiD代替
i —组分i 的相对挥发度； (xiD)m —最小回流比下馏出液中组分i的摩尔分数； xiF —进料中组分i的摩尔分数； q —进料热状态参数（进料液相分率）； —方程的根。
3.1.2 最小回流比（Rm）
二组分精馏： 最小回流比下，进料板上下出现恒浓区或称夹点。
Байду номын сангаас
恒浓区
多组分精馏： 最小回流比下，也有恒浓区，但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。
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，这 一段不可能是恒浓区，恒浓区向上推移而出现在精馏塔段的中 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
（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
（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
（4）轻、重组分均为分配组分：
重组分恒浓区 轻组分恒浓区
最小回流比条件下会 出现恒浓区，区内无 分离效果，需无穷多 理论板。 如何计算最小回流比？
图3-2 三组分精馏流量分布 图3-3 三组分精馏温度分布
图3-4苯、甲苯、异丙苯 精馏塔内液相浓度分布
图3-5苯、甲苯、异丙苯 精馏塔内液相浓度分布
四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯
图3-6 四组分精馏液相组成分布
多组分精馏与二组分精馏在含量分布上的区别：
（1）关键组分含量存在极大值；
F
余下的2个可调设计变量往往用来指定组分在馏出液和釜 液中的浓度。
①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（LK）， 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 重关键组分（HK） ，指在塔顶液中该组分 的浓度有严格限制，并在进料液中比该组分 重的组分及该组分的绝大部分应从塔釜采出