第三章 多组分精馏精品PPT课件
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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。
由设计者指定分离要求的这2个组分称为关键 组分。
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）。
轻非关键组分（LNK），轻组分
多组分精馏物系组成：
轻关键组分（LK） 中间组分
10
3.2 多组分精馏
3.2.1 多组分精馏过程分析 3.2.2 最小回流比 3.2.3 最少理论塔板数和组分分配 3.2.4 实际回流比和理论板数 3.2.5 多组分精馏的简捷计算方法
11
3.2.1 多组分精馏过程分析
由设计者指定分离要求的这两个组分称为 关键组分。
相对易挥发的组分称为轻关键组分（LK）， 相对难挥发的组分称为重关键组分（HK）。
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。 12
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。
Rm
i (xiD )m 1 i
i xiF 1 q
i
（3-3a） (3-3b)
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 —进料液相分率；
—方程的根。 取LK>>HK的根
18
[例3-3 ] 计算最小回流比
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。
5
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
6
三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯
图3-2wenku.baidu.com三组分精馏流量分布 图3-3 三组分精馏温度分布
7
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
Na=串级数(2)＋分配器(1)
F
＋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。
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。
2
对于两组分精馏，指定馏出液中一个组分的浓度， 就确定了馏出液的全部组成；指定釜液中一个组分 的浓度，也就确定了釜液的全部组成。
16
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：
Rm
i (xiD )m 1 i
（3-3a）
i xiF 1 q
i
(3-3b)
17
Underwood（恩德伍德）公式中参数的含义：
两式相除，可得：
yA yB
2
xA xB
1
代入（1）式得：
x A
x B
D
1
x A
x B
1
1
y A
y B
2
22
再由相平衡关系可得：
yA yB
2
2
xA xB
2
由物料衡算：
yA yB
3
xA xB
2
可得：
xA xB
D
1 2
xA xB
2
1 2
yA yB
8
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； （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。
9
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。
轻组分恒浓区
图1
14
（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
图2
（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
图3
15
（4）轻、重组分均为分配组分：
重组分恒浓区 轻组分恒浓区
图4
最小回流比条件下出现 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？
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。
13
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，恒浓区向上推移而出现在精馏段 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
（若采用分凝器，则分凝器为第1块塔板）； 2、所有板都是理论板。 从塔顶向下排序，由相对挥发度的定义有：
yA yB
1
1
xA xB
1
xA xB
D
（1）
对第1块板作物料衡算：
全回流下， D=0
V2 y A2 L1 x A1 Dx AD
21
因此： y A2 x A1
同理： y B2 xB1
3.2 多组分精馏过程
3.2.1 多组分精馏过程分析 3.2.2 最小回流比 3.2.3 最少理论塔板数和组分分配 3.2.4 实际回流比和理论板数 3.2.5 多组分精馏的简捷计算方法
1
3.2.1 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。
一、关键组分（Key Components）
重关键组分（HK）
重非关键组分（HNK），重组分
3
根据组分是否在精馏塔的两端都出现， 可分为分配组分和非分配组分。
清晰分割： 馏出液中除了重关键组分之外，没有其它
重组分； 釜液中除了轻关键组分之外，没有其它
轻组分。
4
二、多组分精馏过程特性
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。
19
3.2.3 最少理论板数（Nm）和组分分配
最少理论板数对应全回流操作，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，研究传质的影响因素。 3、工程设计中，必须知道最少理论板数。
20
计算最少理论板数的Fenske（芬斯克）方程： 推导前提： 1、塔顶采用全凝器；
由设计者指定分离要求的这2个组分称为关键 组分。
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）。
轻非关键组分（LNK），轻组分
多组分精馏物系组成：
轻关键组分（LK） 中间组分
10
3.2 多组分精馏
3.2.1 多组分精馏过程分析 3.2.2 最小回流比 3.2.3 最少理论塔板数和组分分配 3.2.4 实际回流比和理论板数 3.2.5 多组分精馏的简捷计算方法
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3.2.1 多组分精馏过程分析
由设计者指定分离要求的这两个组分称为 关键组分。
相对易挥发的组分称为轻关键组分（LK）， 相对难挥发的组分称为重关键组分（HK）。
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。 12
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。
Rm
i (xiD )m 1 i
i xiF 1 q
i
（3-3a） (3-3b)
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 —进料液相分率；
—方程的根。 取LK>>HK的根
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[例3-3 ] 计算最小回流比
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。
5
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
6
三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯
图3-2wenku.baidu.com三组分精馏流量分布 图3-3 三组分精馏温度分布
7
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
Na=串级数(2)＋分配器(1)
F
＋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。
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。
2
对于两组分精馏，指定馏出液中一个组分的浓度， 就确定了馏出液的全部组成；指定釜液中一个组分 的浓度，也就确定了釜液的全部组成。
16
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：
Rm
i (xiD )m 1 i
（3-3a）
i xiF 1 q
i
(3-3b)
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Underwood（恩德伍德）公式中参数的含义：
两式相除，可得：
yA yB
2
xA xB
1
代入（1）式得：
x A
x B
D
1
x A
x B
1
1
y A
y B
2
22
再由相平衡关系可得：
yA yB
2
2
xA xB
2
由物料衡算：
yA yB
3
xA xB
2
可得：
xA xB
D
1 2
xA xB
2
1 2
yA yB
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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； （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。
9
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。
轻组分恒浓区
图1
14
（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
图2
（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
图3
15
（4）轻、重组分均为分配组分：
重组分恒浓区 轻组分恒浓区
图4
最小回流比条件下出现 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？
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。
13
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，恒浓区向上推移而出现在精馏段 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
（若采用分凝器，则分凝器为第1块塔板）； 2、所有板都是理论板。 从塔顶向下排序，由相对挥发度的定义有：
yA yB
1
1
xA xB
1
xA xB
D
（1）
对第1块板作物料衡算：
全回流下， D=0
V2 y A2 L1 x A1 Dx AD
21
因此： y A2 x A1
同理： y B2 xB1
3.2 多组分精馏过程
3.2.1 多组分精馏过程分析 3.2.2 最小回流比 3.2.3 最少理论塔板数和组分分配 3.2.4 实际回流比和理论板数 3.2.5 多组分精馏的简捷计算方法
1
3.2.1 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。
一、关键组分（Key Components）
重关键组分（HK）
重非关键组分（HNK），重组分
3
根据组分是否在精馏塔的两端都出现， 可分为分配组分和非分配组分。
清晰分割： 馏出液中除了重关键组分之外，没有其它
重组分； 釜液中除了轻关键组分之外，没有其它
轻组分。
4
二、多组分精馏过程特性
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。
19
3.2.3 最少理论板数（Nm）和组分分配
最少理论板数对应全回流操作，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，研究传质的影响因素。 3、工程设计中，必须知道最少理论板数。
20
计算最少理论板数的Fenske（芬斯克）方程： 推导前提： 1、塔顶采用全凝器；