第3章多组分精馏1
合集下载
相关主题
- 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)。
LK-LNK的分离区
图3-5苯-甲苯-异丙苯精馏塔内液相浓度分布
(1)进料板处各组分都有 一定的数量；
(2)LNK浓度分布：1区几
4区
乎为0、 2区上升、3区 恒浓、4区迅速上升、在
塔顶达高；
(3)LK浓度分布：1区迅 速上升、2区下降、3区 上升，4区下降；
有两个极值点存在
(4)HK浓度分布：再沸器 中浓度最大、1区迅速下 降、2区恒浓至进料板、3 区迅速下降、4区降为0
三组分精馏温度分布 在两段的两端、进料位置变化快，但中间段 变化慢。
9
④组成分布（浓度）
苯－甲苯物系
二组分精馏温度分布
二组分精馏组成分布
10
图3-4 苯-甲苯-异丙苯精馏塔内液相浓度分布
LK-HK的分离区
1区 2区
3区 4区
(1)进料板处各组分都 有一定的数量
(2)HNK浓度分布：在再 沸器中最高、1区迅速 下降、 2区恒浓至进料 板、3区迅速下降、4区 降为0。
6
3.1.1多组分精馏过程分析
三、多组分精馏过程的特性(与二组分精馏比较) 主要从求解方法、塔内流率、温度、组成分布进行
多组分精馏过程的特性分析。
①求解方法 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。
13
3.1.1多组分精馏过程分析
多组分精馏特点分析总结
一、多组分精馏含量分布的特点
(1)关键组分的含量存在极大值； (2)非关键组分通常是非分配组分 即重组分只在塔底出现，轻组分只 在塔顶出现； (3)轻、重非关键组分分别在进料 板上、下形成几乎的恒浓区； (4)全部组分均存在进料板上，但不 等于进料含量； (5)塔内各组分的含量分布曲线在进 料板处是不连续的。
(1)根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分；
(2)按清晰分割进行物料衡算，求得塔顶和塔釜的流量 和组成；
14
来自百度文库
3.1.1多组分精馏过程分析
二、多组分精馏流量分布特点 塔内流量的变化与热平衡密切相关。 (1)在精馏过程中，塔内物流的分子量沿塔向上一般
是减小的，而低分子量物料汽化潜热较小,所以沿塔向上 V汽＞L液，即沿塔向上汽相流量有增加的趋势。
(2)沿塔向上温度是逐渐下降的，汽体沿塔向上流动 时被冷却(放热)，导致下降的液体被加热或汽化，若液 体被汽化则向上流量增加；液体沿塔向下流动是被加热 (吸热)，导致上升的气体被冷却或冷凝，若气体被冷凝 则向下的流量增加。如果被分离的物料间沸点差大，即T釜 与T顶 差很大时，温度变化对流量变化影响大。 三、多组分精馏温度分布主要取决于物流的组成分布。
分离工程
(Separation Engineering)
3 多组分精馏和特殊精馏
(Chapter3 Multicomponent rectification and special rectification)
1
本章主要学习内容
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
(3)HK浓度分布：1区 上升、2 区下降、3区 上升，4区下降
有两个极值点存在
HK-HNK的分离区
(4)LK浓度分布：同二元 精馏的趋势
11
多组分精馏组成分布（苯-甲苯-异丙苯物系）
图3-4 多组分精馏塔内 液相浓度分布
图3-3 多组分精馏塔 内温度分布 12
LK-HK的分离区
1区 2区 3区
➢ 非关键组分不一定是非分配组分。
3、清晰分割与非清晰分割
①清晰分割：塔顶馏出液中除重关键组分外，没有其他重 组分，釜液中除轻关键组分外没有其他轻组分。
➢ 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。
➢ 轻组分全部从塔顶采出，重组分全部从塔釜采出。
➢ 非关键组分为非分配组分。
②非清晰分割：非关键组分为分配组分。
思考题
重点掌握 掌握 了解 了解
2
3.1多组分精馏过程
（Multicomponent rectification process）
多次单级平衡分离过程的串联，简称精馏。
精馏原理：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，蒸汽多次部分冷凝实现 汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变化，并结 合回流手段，使各组分到达分离的目的。
15
3.1.5多组分精馏的（FUG）简捷计算方法
简捷法计算只解决分离过程中平衡级数、进料与产品 组成间的关系，而不涉及级间的温度与组成的分布。
精馏简捷计算方法 ——FUG法
Fenske
Underwood Gilliland
Nm
Rm
R、N
16
3.1.5多组分精馏的（FUG）简捷计算方法
一、清晰分割计算过程
图例分析
3
3.1.1多组分精馏过程分析
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。
Na=串级数(2)＋分配器(1)＋侧线
F
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。
对于多组分精馏，待定设计变量数 仍是2，所以只能指定两个组分的 浓度，其他组分的浓度则相应确定。
轻非关键组分（LNK），轻组分 轻关键组分（LK） 多组分精馏物系组成： 中间组分 重关键组分（HK） 重非关键组分（HNK），重组分
5
3.1.1多组分精馏过程分析
2、分配组分与非分配组分
①在塔顶馏出液、塔釜液中同时出现的组分为分配组分。
②只在塔顶馏出液或塔釜液中出现的组分为非分配组分。
➢ 关键组分一定是分配组分。
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。
4
3.1.1多组分精馏过程分析
二、几个基本概念 1、关键组分（Key Components） 关键组分：由设计者指定分离要求的那两个组分称为
关键组分。
其中相对易挥发的组分称为轻关键组分（LK）， 相对不易挥发的组分称为重关键组分（HK）。
7
②摩尔流率
二组分精馏汽液流率分布 苯-甲苯物系
在进料板处液体组成有突变，其 他各板的摩尔流率基本为常数
三组分精馏汽液流率分布
苯-甲苯-异丙苯物系 液、汽流量有一定的变化， 但液汽比接近于常数。
8
③温度分布：从再沸器到冷凝器单调下降
二组分精馏温度分布 在两段的两端、进 料位置变化慢，但 中间段变化快。
图3-5苯-甲苯-异丙苯精馏塔内液相浓度分布
(1)进料板处各组分都有 一定的数量；
(2)LNK浓度分布：1区几
4区
乎为0、 2区上升、3区 恒浓、4区迅速上升、在
塔顶达高；
(3)LK浓度分布：1区迅 速上升、2区下降、3区 上升，4区下降；
有两个极值点存在
(4)HK浓度分布：再沸器 中浓度最大、1区迅速下 降、2区恒浓至进料板、3 区迅速下降、4区降为0
三组分精馏温度分布 在两段的两端、进料位置变化快，但中间段 变化慢。
9
④组成分布（浓度）
苯－甲苯物系
二组分精馏温度分布
二组分精馏组成分布
10
图3-4 苯-甲苯-异丙苯精馏塔内液相浓度分布
LK-HK的分离区
1区 2区
3区 4区
(1)进料板处各组分都 有一定的数量
(2)HNK浓度分布：在再 沸器中最高、1区迅速 下降、 2区恒浓至进料 板、3区迅速下降、4区 降为0。
6
3.1.1多组分精馏过程分析
三、多组分精馏过程的特性(与二组分精馏比较) 主要从求解方法、塔内流率、温度、组成分布进行
多组分精馏过程的特性分析。
①求解方法 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。
13
3.1.1多组分精馏过程分析
多组分精馏特点分析总结
一、多组分精馏含量分布的特点
(1)关键组分的含量存在极大值； (2)非关键组分通常是非分配组分 即重组分只在塔底出现，轻组分只 在塔顶出现； (3)轻、重非关键组分分别在进料 板上、下形成几乎的恒浓区； (4)全部组分均存在进料板上，但不 等于进料含量； (5)塔内各组分的含量分布曲线在进 料板处是不连续的。
(1)根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分；
(2)按清晰分割进行物料衡算，求得塔顶和塔釜的流量 和组成；
14
来自百度文库
3.1.1多组分精馏过程分析
二、多组分精馏流量分布特点 塔内流量的变化与热平衡密切相关。 (1)在精馏过程中，塔内物流的分子量沿塔向上一般
是减小的，而低分子量物料汽化潜热较小,所以沿塔向上 V汽＞L液，即沿塔向上汽相流量有增加的趋势。
(2)沿塔向上温度是逐渐下降的，汽体沿塔向上流动 时被冷却(放热)，导致下降的液体被加热或汽化，若液 体被汽化则向上流量增加；液体沿塔向下流动是被加热 (吸热)，导致上升的气体被冷却或冷凝，若气体被冷凝 则向下的流量增加。如果被分离的物料间沸点差大，即T釜 与T顶 差很大时，温度变化对流量变化影响大。 三、多组分精馏温度分布主要取决于物流的组成分布。
分离工程
(Separation Engineering)
3 多组分精馏和特殊精馏
(Chapter3 Multicomponent rectification and special rectification)
1
本章主要学习内容
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
(3)HK浓度分布：1区 上升、2 区下降、3区 上升，4区下降
有两个极值点存在
HK-HNK的分离区
(4)LK浓度分布：同二元 精馏的趋势
11
多组分精馏组成分布（苯-甲苯-异丙苯物系）
图3-4 多组分精馏塔内 液相浓度分布
图3-3 多组分精馏塔 内温度分布 12
LK-HK的分离区
1区 2区 3区
➢ 非关键组分不一定是非分配组分。
3、清晰分割与非清晰分割
①清晰分割：塔顶馏出液中除重关键组分外，没有其他重 组分，釜液中除轻关键组分外没有其他轻组分。
➢ 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。
➢ 轻组分全部从塔顶采出，重组分全部从塔釜采出。
➢ 非关键组分为非分配组分。
②非清晰分割：非关键组分为分配组分。
思考题
重点掌握 掌握 了解 了解
2
3.1多组分精馏过程
（Multicomponent rectification process）
多次单级平衡分离过程的串联，简称精馏。
精馏原理：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，蒸汽多次部分冷凝实现 汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变化，并结 合回流手段，使各组分到达分离的目的。
15
3.1.5多组分精馏的（FUG）简捷计算方法
简捷法计算只解决分离过程中平衡级数、进料与产品 组成间的关系，而不涉及级间的温度与组成的分布。
精馏简捷计算方法 ——FUG法
Fenske
Underwood Gilliland
Nm
Rm
R、N
16
3.1.5多组分精馏的（FUG）简捷计算方法
一、清晰分割计算过程
图例分析
3
3.1.1多组分精馏过程分析
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。
Na=串级数(2)＋分配器(1)＋侧线
F
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。
对于多组分精馏，待定设计变量数 仍是2，所以只能指定两个组分的 浓度，其他组分的浓度则相应确定。
轻非关键组分（LNK），轻组分 轻关键组分（LK） 多组分精馏物系组成： 中间组分 重关键组分（HK） 重非关键组分（HNK），重组分
5
3.1.1多组分精馏过程分析
2、分配组分与非分配组分
①在塔顶馏出液、塔釜液中同时出现的组分为分配组分。
②只在塔顶馏出液或塔釜液中出现的组分为非分配组分。
➢ 关键组分一定是分配组分。
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。
4
3.1.1多组分精馏过程分析
二、几个基本概念 1、关键组分（Key Components） 关键组分：由设计者指定分离要求的那两个组分称为
关键组分。
其中相对易挥发的组分称为轻关键组分（LK）， 相对不易挥发的组分称为重关键组分（HK）。
7
②摩尔流率
二组分精馏汽液流率分布 苯-甲苯物系
在进料板处液体组成有突变，其 他各板的摩尔流率基本为常数
三组分精馏汽液流率分布
苯-甲苯-异丙苯物系 液、汽流量有一定的变化， 但液汽比接近于常数。
8
③温度分布：从再沸器到冷凝器单调下降
二组分精馏温度分布 在两段的两端、进 料位置变化慢，但 中间段变化快。