4 1多组分精馏
多组分精馏课程设计
多组分精馏课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解多组分精馏的基本原理，掌握其关键过程参数。
2. 学生能够掌握多组分精馏塔的物料平衡和能量平衡计算方法。
3. 学生能够运用所学知识分析多组分精馏过程中各组分的分离效果。
技能目标：1. 学生能够运用多组分精馏的原理，设计简单的多组分精馏流程。
2. 学生能够通过计算软件，完成多组分精馏塔的模拟计算。
3. 学生能够通过实验操作，观察并分析多组分精馏过程，解决实际问题。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化学工程学科的兴趣，激发其探索精神和创新意识。
2. 培养学生严谨的科学态度和良好的团队合作精神，使其在学习过程中形成积极向上的情感态度。
3. 学生能够认识到多组分精馏技术在工业生产中的重要性，增强其社会责任感和环保意识。
本课程针对高中化学选修课程，结合学生已有知识水平和认知特点，注重理论与实践相结合。
通过本课程的学习，使学生能够掌握多组分精馏的基本原理和实际应用，培养其解决复杂化学工程问题的能力。
同时，注重培养学生的科学素养和情感态度，为其未来的学术发展和职业生涯奠定基础。
二、教学内容1. 多组分精馏基本原理：包括多组分混合物的相图、精馏原理、关键参数（如回流比、理论塔板数）的概念和影响因素。
- 教材章节：第二章第四节《多组分精馏》- 内容安排：2课时2. 多组分精馏塔的物料平衡和能量平衡计算：介绍多组分精馏塔的物料平衡和能量平衡方法，以及相应的计算公式。
- 教材章节：第二章第五节《精馏塔的物料平衡与能量平衡》- 内容安排：3课时3. 多组分精馏流程设计：学习多组分精馏流程的设计方法，包括流程选择、设备参数计算和优化。
- 教材章节：第三章第一节《多组分精馏流程与设备》- 内容安排：3课时4. 多组分精馏实验操作与模拟计算：通过实验操作和模拟计算软件，观察和分析多组分精馏过程中各组分的分离效果。
- 教材章节：第四章《精馏实验与模拟》- 内容安排：4课时5. 应用案例分析：分析实际工业生产中的多组分精馏案例，了解多组分精馏技术在工业应用中的关键问题及解决方案。
多组分精馏专
3.3 最少理论板数 Nmin
精馏塔在操作过程中，将塔顶蒸气全部冷凝， 精馏塔在操作过程中，将塔顶蒸气全部冷凝，其 凝液全部返回塔顶作为回流，称此操作为全回流， 凝液全部返回塔顶作为回流，称此操作为全回流，回 流比R为无穷大（R=∞）。 此时通常不进料，塔顶、 流比R 为无穷大（ R=∞） 此时通常不进料， 塔顶 、 塔底不采出。故精馏塔内气、液两相流量相等， 塔底不采出 。 故精馏塔内气 、 液两相流量相等 ， L = 两操作线效率均为1 并与对角线重合。 V，两操作线效率均为1，并与对角线重合。由于全回 流操作时，使每块理论板分离能力达到最大， 流操作时，使每块理论板分离能力达到最大，完成相 同的分离要求，所需理论板数最少， 同的分离要求，所需理论板数最少，并称其为最小理 论板数Nmin 。
即
ϕ l＝DxD,l/Fzl
某精馏塔进料中含n-C600.33， n［ 例 ］ ： 某精馏塔进料中含 ， C700.33， n-C800.34。 要求馏出液中 ， 。 要求馏出液中n- C70 含量不大于0.011，釜液中 含量不大于 ，釜液中n-C60含量不大于 0.015(以上均为摩尔分数 。 若进料流率为 以上均为摩尔分数)。 以上均为摩尔分数 100kmol／h，试求馏出液和釜液的流量及 ／ ， 组成。 组成。
W,x W,i ,w i
总物料衡算式： 总物料衡算式： F=D+W 组分物料衡算式： 组分物料衡算式： fi=di+wi 对于轻组分i w =0； 对于轻组分i： i=0；di=fi 对于重组分j：j=0；wj=fj 对于重组分j d =0； 馏出液的流量 D=∑di+dl+dh=∑fi+dl+dh 塔釜液流量 W=∑wj+wl+wh=∑fj+wl+wh 1≤i≤l－ 1≤i≤l－1 h+1≤j≤c
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
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
多组分精馏-简洁计算PPT课件
W
要求分离度越高，
xl xh
D
xh xl
反之相N 反m 。
W
关键组分挥发度相近，lg lh N反之m 相反。
.
48
3、Fenske公式计算Nm (2) Fenske公式的适用范围和讨论：
*全回流，恒摩尔流，α在全塔范围内变化不大为基
础。一般取 顶•釜 或 3顶•进•釜
*任意一对组分，适用于二元精馏，也适用于多元精馏。
.
7
一、多组分精馏过程分析
.
8
.
9
• 简单塔
.
10
.
11
二、设计变量（简单塔）
1、独立变量数
Ni= Nv-NC Nv为独立变量数， NC为约束方程式数， Ni为设计变量数
条件：C个组分，N块理论板的精馏塔
.
12
(1)总变量数N0 ： 令下标i---代表i组分
j---代表j第块理论板
变量
F, 进料量
.
5
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
.
6
多组分精馏塔：
多次部分冷凝和多次部分汽化的串联设备，与 二元精馏和单级分离过程一样，多组分精馏的 计算的基本方程仍然是物平、相平和焓平三个 方程，计算方法有简捷法、逐板法和矩阵法等。
1
Σ
C+3
还有三个变量
没有给出呢????
.
16
剩下三个变量一般从下列四项中， 根据设计任务的需求进行选择。
多组分精馏计算
Bi1 Ci1 1 Bi2 Ci2
l i ,1 f i,1
li,2
f i,2
1 Bij Cij
li, j
=
fi, j
1 Bi,N1 Ci,N1 l i , N 1 f i, N 1
1
Bi,N
W-H 三对角线算法的特点
１） 内层迭代变量为 Tj，外层迭代变量是 Lj。 ２） 液相组成是用硬性归一办法得到。 ３） 用直接迭代法将新值代替旧值。 ４） 用泡点计算得到各板的温度，故称之为
泡点(BP)法。
2.SR法
设Tj,Lj
Lj
Tj
算Vj
算Kij
(M+E)
lij
否
L j
lij
i
xij lij L j
Lj (Wj Vj )(H j H j1) Lj1(H j1 hj1) Fj (H j1 hFj ) Qj /(H j1 hj ) U j
因为
V1 DV
L1 R(DV DL )
V2 D L1 (R 1)(DV DL )
若各板的 Lj L0j / L0j 2(0.001) ，整个模拟计算完成；否 则以新的 Lj (Vj ) ，重新回到内层迭代计算，直至外层收敛。
(2-104) 3N个方程
4. 热量衡算(H)
(Uj+Lj)hj+(Wj+Vj)Hj-Vj+1Hj+1-Lj-1hj-1-Fjhfj-
Qj=0
(2-105)
N个方程
当 j=1 li,0=0 L0=0
j=N vi,N+1=0 VN+1=0
2.3.2精馏定态模型算法
第三章 多组分精馏第二节
19
最少理论级数用Fenske 方程计算
N Tmin
xD 1 xW log( )( xW 1 xD log α
) (α α α ） 顶 底
20
Fenske’s方程的几点说明
•
当挥发度介于LK与HK挥发度之间
时，若按全回流的分配代替最小回 流下的分配，实际上是略微提高了
要求。
26
注意
• 清晰分割假定比较实用的情况：
1、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； 2、对于无中间组分的体系：如A(LNK)、B(LK)、C(HK)、D(HNK)组成的
• 液相组成由上而下连续降低，
但精馏段、提馏段的中段温 度变化稍快，对应的温度变 化也如此。
9
二、多组分精馏特性
三元精馏：苯－甲苯－异丙苯精馏塔内汽、液流率分布 、温度分布
(虚线表示按摩尔流假设的模拟结果)
10
图3-5三元精馏：苯（1）-甲苯（2）-异丙苯（3）三组分（甲苯馏出液中回收率99%） 图3-6四元精馏：苯（1）-甲苯（2）-二甲苯（3）-异丙苯（4）四组分（甲苯在馏出液中 的回收率为99%）。 根据给定的要求，甲苯为轻关键组分，二甲苯为重关键组分，苯为 轻组分，异丙苯为重组分。
• 原则：在操作回流比下精馏段与提馏段理论板
数之比，等于在全回流下用Fenske’s方程分别 计算得到的精馏段与提馏段理论板数之比
• Kirkbride经验式:
N R xHK , F N S xLK , F
4 1多组分精馏
组分分配 分配组分，同时出现在馏出液和釜液中的组分 非分配组分，比LK轻、比HK重之组分 在非清晰分割中，分配组分中就有非关键组分存在。
选择 在进行精馏塔设计或操作过程中，为方便计算或控制，常
采用清晰分割法，即关键组分总是选择沸点相邻的两个组 分，使分配组分的数量最少。
2. a i h在全塔可看成常数
依据：恒浓区概念(chapter9)
关联式：相平衡、物料平衡
2020/9/18
19
Underwood公式：(p100)
i
air ( xi,D )m air
Rm 1
(4-1)
式中：
air xi,F 1 q
i air
(4-2)
air — i 对基准组分 r 的相对挥发度
3
4.1 简单塔
特点：
一股进料
无侧线出料
无中间换热设备
图 4.1
部
分
冷
凝器的简源自单塔表4.1 简单塔的变量数
表4.2 简单塔的独立方程数
变量名称
进料量 进料组成 进料温度 进料位置 进料焓 各板温度 各板压力 各板汽、液相流率 各板汽、液相组成 再沸器和冷凝器负荷 理论板数
∑
变量数 方程类别
方程数
表4.3
变量（C＋6） → 固定变量（C＋2），进
料参数和操作压力 → 余下4个可调设计变量。 → 针对设计型计算或操作
型计算，需指定不同的4 个变量。
简单塔独立变量指定方案之一
独立变量
理论板数 进料量 进料组成 进料温度 进料位置 塔顶压力 回流比 馏出物流率
变量数
1 1 C－1 1 1 1 1 1
对多组分精馏而言，可调变量不会因组分数增加而增 加，仍然为4，指定了回流比和适宜进料位置，只能再 指定两个组分的浓度（最被关心的两个变量），其它 组分的浓度都不能由设计者来指定，须通过计算来获 得。
《多组分精馏》PPT课件
VN
分配器D
LN+1
LD
N LN
VN-1
F
NF
L3 V2 2
L2
V1 部分
再沸器
LB
QB
1.多组分精馏塔的设计变量
QC
全凝器 LC C
VN
分配器D
LN+1
LD
N LN
VN-1
F
NF
L3 V2 2
L2
V1 部分
再沸器
LB
QB
固定设计变量： ➢所有进入物流的变量
（每股物流C+2个）： C+2 ➢所有组件和单元的压力：N+2 ➢所有组件和单元的传热流率 （除冷凝器和再沸器外）：0 合计：
1.关键组分
high
轻非关键组分（light nonkey component, LNK）轻组分
轻关键组分（LK） 中间组分(intermediate component, relative volatility between the two key components) 重关键组分（HK）
重非关键组分（heavy nonkey component, HNK）重组分 low
Rectifying section 精馏段
Stripping section 提馏段
泡沫
Countercurrent 逆流
1.多组分精馏塔的设计变量
QC
全凝器 LC C
VN
分配器D
LN+1
LD
N LN
VN-1
F
NF
L3 V2 2
L2
V1 部分
再沸器
LB
QB
1.多组分精馏塔的设计变量
第3章-多组分精馏和特殊精馏
主要内容
3.1 多组分精馏
重点掌握
3.2 萃取精馏和共沸精馏
掌握
3.3 反应精馏
了解3.4 加盐精馏自学来自3.1 多组分精馏过程
3.1.1 多组分精馏过程分析 3.1.2 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
一、关键组分（Key Components）
F
余下的2个可调设计 变量一般用来指定 某个组分在馏出液 和另一个组分在釜 液中的浓度。
i、j为在精馏中起关键作 用的组分，称关键组分。
i：挥发度大的组分，称轻关 键组分，表示：LK，下标：l j：挥发度小的组分，称重关 键组分，表示：HK，下标：h
对于精馏中的非关键组分：
设αih为非关键组分i对HK的相对挥发度。 若：α > α : ih lh — i为轻组分，表示： LNK
Na=串级数(2)＋分配器(1) ＋侧线采出(0)＋传热单元(2)
=5 （不论有多少个组分）
已被指定的可调变量： （1）进料位置 feed stage location ； （2）回流比 reflux ratio ； （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。heat transfer area of the condenser or condensate temperature( i.e., saturated liquid)
α
i
h
<
α hh
:
— i为重组分，表示： HNK
α >α >α : lh ih hh ���������������������������������������������������������������
多组分精馏
引入几个基本概念：
关键组分：用来指定两个分离要求的组分。
轻关键组分：关键组分中的易挥发组分。
用Lk表示。Light key
重关键组分：关键组分中的难挥发组分。
用HK表示。Heavy key
轻组分（轻非关键组分）：比轻关键组分还轻 的组分。ib＞Lb; 用LNK表示。
重组分（重非关键组分）：比重关键组分还重
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：
24
n ijx Fi 1 q
i1 ij
1 n ijx Di
i1 ij
两者为相邻组分，此时可以认为比重关键组分 还重的组分全部在塔底产品中，比轻组分还轻 的组分全部在塔顶产品中，这种情况称为清晰 分割。 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
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
能规定两个组分的分离要求，不能指定全部的组成。
6
分离要求：
1、提出两个产品的纯度
如塔顶 xDA=0.99； 塔釜 xWB =0.98
2、提出两个杂质的含量
如xDB≤0.05;
19
例：脱乙苯塔进料组成及摩尔流率, 相平衡常数如 下。进料为饱和液体, 温度压力一定。 要求塔顶 乙烷回收率为97%, 塔底丙烯的回收率 99%, 试 估算塔顶馏出物和釜液组成。
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。
多组分精馏
代入 ，
【自学教材p73~77[例3-3]和[例3－4]】
四. Underwood公式求最小回流比Rm
(一)恒浓区的分析
1. 双组分精馏求取Rm的回顾
在双组分精馏中，当精馏段操作线和提馏段操作线交点逼近于平衡线时（即e点），在加料板附近，进入塔板的汽相与该塔板液流的液相平衡，操作关系变成了平衡关系，所以该区内的塔板起不到分离作用，即出现恒浓区，要达到分离要求则需要无穷多块塔板。此时的回流比为最小回流比Rm.
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。
【实例】聚苯乙烯原料――苯乙烯的精制
聚合反应一般要求单体的纯度很高，这里要求苯乙烯含量大于98％。苯乙烯的制备过程：先由乙烯与苯反应生成乙苯，再由乙苯脱氢得到苯乙烯：
在粗产品中，除主要含有苯乙烯外，还有苯、甲苯、乙苯和焦油等组分，不能满足聚合反应对单体的纯度要求，所以要对多组分的粗苯乙烯进行精馏分离。
2.设备的基本组成相同——由塔体、再沸器、冷凝器等三个基本部件组成。
4.计算的理论依据相同——三大平衡（物料衡算、相平衡和热量平衡）
（二）不同点（多组分精馏的特性）
多组分精馏由于组分增多，因而具有一些与双组分精馏的不同之处。
1.塔的数目（n）多
一个塔通常只有塔顶馏出物和塔釜残留液两种产物，即一个塔只能分离两个组分。要分离c个组分，则需要的塔数n=c-1。
最小回流比下，精馏段操作线方程为 ，其斜率 ，整理得到求Rm的直接表达式：
通过上述分析，有对应关系：
2.多组分精馏恒浓区
对于多组分精馏，同样可出现恒浓区，也可由此求最小回流比Rm。但由于多组分，使塔中出现恒浓区的部位较双组分时要复杂。
多组分精馏定义
多组分精馏定义《多组分精馏定义》嗨，朋友们！你有没有注意到，在一些化工工厂里，有一些特别神奇的设备在忙碌地工作着。
它们就像是一群超级魔法师，能把混合在一起的各种东西巧妙地分开。
这其中就用到了一种叫做多组分精馏的技术呢。
今天呀，咱们就来好好唠唠多组分精馏到底是个啥。
什么是多组分精馏呢？简单来说，多组分精馏就是一种把由多种成分混合在一起的液体分开的方法，就像把混在一起的不同颜色的小珠子一颗颗分出来一样。
不过呢，这里的小珠子就是不同的化学物质啦。
生活里可能有个小误区，有人觉得多组分精馏就是简单地把液体倒出来分层，这可不对哦。
比如说，油和水混合在一起，你可以简单地等它们分层然后分开，但多组分精馏可不是这么简单，它处理的是那些更复杂地混合在一起的化学物质，而且是通过加热、冷却等一系列操作来实现的。
## 关键点解析核心特征或要素第一个核心要素就是混合液。
这就好比是一个装满各种小零件的大盒子，这些小零件就是不同的化学组分。
比如说在石油化工里，原油就是这样一个混合液，里面有汽油、柴油、煤油等好多不同的成分。
第二个要素是精馏塔。
这个精馏塔就像是一座高楼大厦，不同的楼层就是不同的“接待室”。
混合液在塔里被加热变成蒸汽，然后这些蒸汽就会在塔里上升。
就像小朋友们在玩爬楼梯的游戏，不同的小朋友（不同的组分）爬的速度和高度不一样呢。
第三个要素是温度。
温度在多组分精馏里可是个关键的指挥家。
通过控制不同的温度，可以让不同的组分在合适的地方变成液体或者气体。
就像你调空调温度一样，不同的温度让你有不同的感觉，在精馏里不同温度让不同的组分有不同的状态。
容易混淆的概念多组分精馏很容易和简单蒸馏混淆。
简单蒸馏就像是一个简单的筛选，比如你从一堆大小不同的石子里，一次就把最大的挑出来。
而多组分精馏就像是一个更复杂的筛选系统，它要多次筛选，把好多不同类型的石子按照各种规则全部分开。
简单蒸馏只能粗略地分离一些比较容易分开的混合物，但是多组分精馏可以处理更复杂的、多种成分混合的物质。
- 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)。
2020/9/18
∑
C＋6
6
设计型问题，分离过程由两个分离变量所规定，第三个变 量通常是某点的流量，往往是回流比，第四个变量通常是 进料位置：
φA；
φB； 回流比(回流量被馏出物流量除)； 进料级位置。
操作型问题，即塔已建成，用于新的分离任务，可用以下 四个变量赋值来描述：
进料以上的级数n； 进料以下的级数m； A在塔顶产品中的回收率φA； A在塔顶产品中的浓度xA,D。
表4.3
变量（C＋6） → 固定变量（C＋2），进
料参数和ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ作压力 → 余下4个可调设计变量。 → 针对设计型计算或操作
型计算，需指定不同的4 个变量。
简单塔独立变量指定方案之一
独立变量
理论板数 进料量 进料组成 进料温度 进料位置 塔顶压力 回流比 馏出物流率
变量数
1 1 C－1 1 1 1 1 1
2020/9/18
2
与两组分精馏的计算比较
基本原理一样，计算工具仍是物料平衡、热平衡和相平 衡关系
双组分计算中成功使用的图解法，在多组分计算中却不 便使用
多组分计算中常常使用简捷法（Fenske-Gilliland Method），节省时间和人力
严格算法，计算机 简捷法讨论
2020/9/18
4.2 多组分精馏过程的分析
双组分精馏，要使物料达到一定的分离要求，存在最小 回流比和最少理论板数两个极限条件。若采用的条件小 于最小回流比和少于最少理论板数，就不可能达到要求 的分离纯度。
对多组分精馏，这两个极限条件同样重要，常被用来关 联操作回流比和所需理论板数，是简捷算法（FUG， Fenske-Underwoow-Gilliland Method）的基础。此外， 也可用它来估算各组分的分离程度。
对多组分精馏，由于非关键组分的存在，难以得到较 纯的产品。比轻关键组分更易挥发的组分（轻组分） 将全部进入馏出液，比重关键组分更难挥发的组分 （重组分）将全部进入釜液。
2020/9/18
10
组分分割 清晰分割，在馏出液和釜液中同时存在的组分只有两个关
键组分的精馏 非清晰分割，除两个关键组分外，在馏出液和釜液中还同
对多组分精馏而言，可调变量不会因组分数增加而增 加，仍然为4，指定了回流比和适宜进料位置，只能再 指定两个组分的浓度（最被关心的两个变量），其它 组分的浓度都不能由设计者来指定，须通过计算来获 得。
由于指定的浓度（如xA,D和xB,W）实际上确定了其它组 分的浓度，通常把被指定浓度的两个组分，称为关键 组分（或规定了分离要求的组分称为关键组分），其 中沸点较低的组分称为轻关键组分，沸点较高的组分 称为重关键组分。
时存在有其它非关键组分
组分分配 分配组分，同时出现在馏出液和釜液中的组分 非分配组分，比LK轻、比HK重之组分 在非清晰分割中，分配组分中就有非关键组分存在。
选择 在进行精馏塔设计或操作过程中，为方便计算或控制，常
采用清晰分割法，即关键组分总是选择沸点相邻的两个组 分，使分配组分的数量最少。
1 C 1 1 1 N N 2N 2CN 2 1 2CN+C+ 4N+7
组分的物料平衡 总物料平衡 各板热平衡
∑xi=1 ∑yi=1 ∑zi=1 相平衡方程 进料的焓方程 各板压降计算方程
∑
(C-1)N N N N N 1 CN 1 N 2CN+4N+1
简单塔的独立变量数为：
Ni C 6
表4.1中所列变量数还可增可减，表4.2中的独立方程数也要 随之变化，独立变量的数目是不变的，始终为（C＋6）个。 独立变量也可任意指定，表4.3是常用方案之一。
4.2.2 多组分精馏过程特性
精馏的基础是组分具有不同的挥发度，在能量分离剂 作用下，使混合物经多次部分冷凝和部分汽化，在塔 的每一块塔板上同时进行热、质传递，最终达到分离 目标。
由于传热传质的进行，塔内的流量、温度及组成将沿 塔形成一定的分布。
分布随着组分数的变化将产生什么变化？这些变化呈 现何种特点？
4.2.1 关键组分
精馏塔可将物料分离成两股产品，产品的浓度就是所关心 的。
对于简单精馏塔，可调设计变量数为4（采用部分冷凝 器），除了指定回流比和适宜进料位置外，仅余两个可调 变量，可用来指定馏出液中某一组分的浓度（如xA,D）， 以及釜液中某一组分的浓度(譬如xB,W)。
对二组分精馏，指定了xA,D和xB,W，两股产品的组成也就 完全被确定了。
第四章 多组分精馏与特殊精馏
（一）
2020/9/18
1
精馏特点：
直接获得产品 → 不像吸收、萃取 → 操作流程通常较为简单
适用范围广 → 液体混合物分离 → 气态或固态的混合物，如空分、脂肪酸的分离。
→ 对挥发度相等或相近的混合物，还可采用特殊精馏方法 分离。
耗能 → 冷、热介质 → 加压或减压精馏，消耗额外的能量 → 重视节能
例4.1 丙烯精馏塔的原料是由乙烷、乙烯、丙烷(-42.17℃) 、丙
烯(-47.7℃) 、C4和C5组成的混合物，其分离要求为：塔顶产 品馏出液中丙烯含量不小于99.6%，塔底产品釜液中丙烯含 量不大于15%。试确定该塔的关键组分。
解： 在馏出液和釜液中均规定了丙烯的浓度，显然，丙烯是关
键组分。又因丙烯在馏出液中的浓度高于它在釜液中的浓度， 所以丙烯是轻关键组分。重关键组分比轻关键组分难挥发，而 作为关键组分，它在原料中的浓度不应太低，另外，为方便设 计计算与控制，常采用清晰分割法，即两个关键组分的沸点总 是相邻的，因此，选取丙烷为重关键组分。
3
4.1 简单塔
特点：
一股进料
无侧线出料
无中间换热设备
图 4.1
部
分
冷
凝
器
的
简
单
塔
表4.1 简单塔的变量数
表4.2 简单塔的独立方程数
变量名称
进料量 进料组成 进料温度 进料位置 进料焓 各板温度 各板压力 各板汽、液相流率 各板汽、液相组成 再沸器和冷凝器负荷 理论板数
∑
变量数 方程类别
方程数
精馏塔内的流量、温度及浓度分布，对双组分或多组分精馏， 共同点在在进料板处，各分布曲线都有一个突变，且所有组分 都存在于该板上（教材图3-1～3-6）。
精馏塔内的流量分布，在进料板及在精馏段和提馏段的两相流 量变化主要取决于进料状态。不能从图3-1～3-2得出液相流量 变化一定大于汽相流量变化的结论。