精馏操作流程

LK
zi xLK ,W
D F i1 1 xHK,D xLK ,W
c
zi xHK,D
W F iHK 1 xHK,D xLK ,W
LK
D F
zi xLK ,W
i1
100
0.33 0.011
32.75kmol h
1 xHK,D xLK ,W
（4）温度分布
温度分布从再沸器到冷凝器单调下降 （5）组成分布（浓度） 二元：在精馏段和提馏段中段组成变化明显 多组分精馏：在进料板处各个组分都有显著的数量
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。
3.1.2多级分离过程的简捷法（群法）计算
f HK wHK D
xLNK ,D

FzLNK D

f Lห้องสมุดไป่ตู้K D
x H K ,W
Fz HK Dx HK,D W

f HK d HK W
xLK ,W
Fz LK Dx LK ,D W

f LK d LK W
x H NK ,W
FzHNK W

f HNK W
假定为恒摩尔流，则操作线方程
D F zLK xLK ,W 190.58 0.8801 0.0298 167.20 kmol h
xLK ,D xLK ,W
0.9990 0.0298
W F D 190.58 167.200 23.38 kmol h
或 W F xLK ,D zLK 190.58 0.9990 0.8801 23.38kmol h
重关键组分（HK）塔顶 重 塔釜
LK对控制LNK进入塔底的数量起决定作用；
HK对控制HNK进入塔顶的数量起决定作用。
LK在塔顶回收率：
LK ,D

DxLK ,D FzLK
100%
HK在塔釜回收率：
HK,W
WxHK,W FzHK
100%
3）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 重 更小 更重 重 关键组分是从进料中按分离要求选取的 两个组分
dHK
LK 1
fi
d LK
dHK
i1
i1
c
c
W流率W wi wLK wHK fi wLK wHK
HK 1
HK 1
则有： xLK ,D

Fz LK
Wx LK ,W D

f LK wLK D
xHK,D

Fz HK
Wx HK,W D

xLK ,D xLK ,W
0.9990 0.0298
组分物料衡算
w1 d4 d5 0
d1 f1 0.038kmol h
w4 f4 0.686kmol h w5 f5 0.019kmol h
d2 Dx2,D 167.20 0.9990 167.033kmol h
已知F z i 和顶、底各一个组分的浓度，即已知 c 2
个变量。则于清晰分割可用一般的物料平衡式求解。
清晰分割
对LNK： wi 0
di fi , 1 i LK 1
对HNK di 0
wi fi , LH 1 i c
D流率：
D

LK 1
di
d LK
物料衡算结果见P66表3-4（略）
例3-3 已知脱丙烷塔的原料组成如下表所示。要 求馏出液中正丁烷的浓度≤0.005，釜液中丙烷的 浓度≤0.010，求馏出液及釜液的组成。
序号 1
2
3
4
5
6
∑
组分 C1
C2
C3
C4
C5
C6
mol% 26 9 25 17 11 12 100
解：取100kmol/h进料为基准，根据题意C3和C4 分别为轻、重关键组分。知
W F xLK ,D zLK xLK ,D xLK ,W
（4）给定 xLK ,D 和 LK
D

F

z LK xLK ,D
LK
W FD
例3-1 某精馏塔进料中含 n C（60 1）0.33，n C70
（2）0.33，n

C8（0 3）0.34。要求馏出液中
n

C
液中某一个组分的浓度（或回
收率）和釜液中某一个组分的
浓度（或回收率）
D xD,i W xW,i
2)关键组分 ——精馏过程由设计者指定浓度或提出分离要求 （如指定回收率）的那两个组分。
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
精馏
3.1多组分精馏 3.2.恒沸精馏 3.3 萃取精馏 3.4.加盐萃取精馏
精馏
教学目的与要求： 掌握多组分精馏、恒沸精馏、萃取精
馏、加盐精馏等过程的基本理论，操作特 点，流程及其简捷计算方法，以及塔内的 流率、浓度和温度分布特点。
3.1多组分精馏
1、两组分精馏和多组分精馏 多次单级分离的串联，简称精馏
非关键组分为非分配组分 非清晰分割：有非关键组分为分配组分
3.1.1.2 多组分精馏过程的复杂性
（1）流程设计的复杂性多样性 （2）求解方法
二元精馏：无需试差 多元精馏：反复试差求解 （3）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 多元精馏：液、汽流量有一定的变化，但液汽比 接近于常数
影响L、V的几个因素：
①通常精馏塔自下至上物料的M和摩尔汽化潜 热↓，则沿塔向上的L、V应有↑的趋势； ②沿塔向上，温度↓ ，蒸汽上升中，需被冷却， 若冷却靠液体的汽化，则导致向上流量↑；
③液体沿塔向下流动时必须被加热，若加热靠 蒸汽冷凝，将导致向下流量↑ 。
流量变化L与V是与同方向变化，故其比值变 化很小，所以，对分离影响很小。
给定：进料量F，分离要求XDH、XWL； 计算：平衡级N、回流比R、进料位置NF 等 将多组分的分离简化为一对关键组分的分离； 物料衡算按清晰分割计算，求得塔顶和塔釜的流量 和组成； 用芬斯克公式计算最少理论板数； 用恩德特伍德公式计算最小回流比； FUG法 用吉利兰关联图求得理论板数N
3.1.2.1清晰分割的物料衡算
精馏段：
L
D
R
1
yni L D xn1,i D L xDi R 1 xn1,i R 1 xDi
提馏段
yi,m

L
L W
xi,m1

W L W
xi,W

L
L qF qF W
xi,m1

L

W qF
W
xi,W
清晰分割的物料衡算四种情况
⑴给定xLK ,D 和 xHK ,W
d LK DxLK ,D
wLK f LK DxLK ,D
d HK f HK WxHK,W wHK WxHK,W
LK 1
fi f HK FxHK,W
D i1 1 xLK ,D xHK,W
c
f i f LK FxLK ,D
W iHK1 1 xLK ,D xHK,W
编号
1
2
3
4
5
组分 流率 kmol/h
zi mol％
甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 0.038 167.73 22.107 0.686
0.02 88.01 11.60 0.36
丙烷 总计 0.019 190.58
0.01 100.00
解：设乙烯为轻关键组分，乙烷为重关键组分。作 物枓衡算，已知：
xLK ,D x2,D 0.9990 , xLK ,W x2,W 0.0298 情况（3）
w2 Wx2,W 23.38 0.0298 0.697kmol h
d3 D d1 d2 d4 d5 167.20 0.038 167.033 0 0 0.129kmol h
w3 f3 d3 22.107 0.129 21.987 kmol h
4)关键组分选择的原则：
（ⅰ）相邻组分
在挥发度相邻的组分之间分割为两个产品，
较轻的组分为LK，较重的组分为HK；H
2 C10
/
C
2
C
0 2
（ⅱ）保证目的产品
取产品中回收率或浓度确定的组分为关键组分；
C
2、C
02／C＝ 3 、C
0 3
（ⅲ）由原料分布确定
紧靠分离点一侧的两组分的 差别不大，可
0 7
的含量不大于0.015，釜液中 n C60的含量不大于
0.011(以上均为摩尔分率)。若进料流率为
100kmoJ/h，试按清晰分割求馏出液和釜液的流
率及组成。
解：根据分离要求， n C60为LK , n C70为HK
xHK,D x2,D 0.015 , xLK ,W x1,W 0.011 情况（2）
fi Fzi
（2）给定 xHK,D 和 xLK ,W
LK
zi xLK ,W
D F i1 1 xHK,D xLK ,W
（3）给定 xLK ,D 和 xLK ,W
（书错改之）
c
zi xHK,D
W F iHK 1 xHK,D xLK ,W
D F zLK xLK ,W xLK ,D xLK ,W
1 0.015 0.011
c
W F
zi xHK,D
iHK
100 0.33 0.34 0.015 67.25kmol h
1 xHK,D xLK ,W
1 0.015 0.011
或：W F D 100 32.75 67.25 kmol h
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
2、精馏操作流程
精馏系统一般由精馏塔、冷凝器、再沸器及 各种泵等设备组成
精馏装置举例
精 馏 段
简单塔 提 馏 段
3、双组分和多组分精馏的异同
组分衡算
d3 0 d2 DxD,2 32.75 0.015 0.49 kmol h d1 D d2 d3 32.75 0.49 0 32.26 kmol h w1 wxW ,1 67.25 0.011 0.74 kmol h
w2 f2 d2 100 0.33 0.49 32.51kmol h w3 W w1 w2 67.25 0.74 32.15 34.00kmol h
普通精馏塔，设组分数为c，
F、zi、D、W
xi,D、xi,W 可列出方程式数
物料平衡式 Fzi Dxi,D Wx i,W
c3
c2
Nv 2c 5
归一方程 zi 1, xi,D 1, xi,W 1
Nc c 3
设计变量 Ni Nv Nc 2c 5 c 3 c 2
1.5 32.51 48.3
0 34.00 50.6
100.0 67.25 100.0
例3-2 某乙烯精馏塔的进料组成如表3-3所示。已 知原料流率为190.58kmol／h．要求馏出液中乙烯 摩尔分率不小于0.9990，釜液中乙烯摩尔分率不大 于0.0298。试用清晰分割计算馏出液和塔釜液流率 及组成。
D和W中各组分流率及组成见表3-2。
编 组分 号
1 正己烷 2 正庚烷 3 正辛烷
总计
fi kmol/h
33 33 34 100
zi， mol%
33 33 34 100
di ， kmol/h
32.26 0.49
0 32.75
xi,D，
wi
xi,W
mol% kmol/h ，mol%
98.5 0.74 1.1
选择含量大的组分为关键组分。
如C3＝、C30／C4、C5的分离
（2）分配与非分配组分 D、W中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
（3）清晰与非清晰分割
清晰分割：轻组分LNK在塔顶产品的收率 为1。重组分HNK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
相同点： 不同点：
基本原理一致
主要工具相同：物、热衡算， 相平衡关系
双组分常用图解法 简捷法
多组分常用 严格计算法（机算）
3.1.1多组分精馏过程分析
3.1.1.1 关键组分
⑴轻、重关键组分
1)精馏过程的可调设计变量 Fzi
N
u a
=2+1+2=5。
除规定回流状态、R和适
宜进料位置外，可再指定馏出