多组分多级分离过程分析与简捷计算

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
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。
对于精馏中的非关键组分：
设 ih 为非关键组分i对HK的相对挥 发度。 若： i h l h :
多组分精馏：
1.组分数C>2 2.求解数目较多方程 ——变量分析 3.塔内分布复杂——过程分析 4.计算 简捷法：Fenske-Undewood-Gilliland法 共沸精馏图解法 萃取精馏简化法 吸收因子法 逆流萃取集团法 逐板法：严格计算（非本章内容）
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第三章 多组分多级分离过程分析 与简捷计算
i r
Rm 1 (3 1a) (3 1b)
i r xi , F 1 q ir
i r —— i 对基准组分 r 的相对挥发度 式中： 取基准：① 最难挥发的组分（最重的组分） ② HK ( xi ,D )m ——最小回流比操作下，i 的摩尔分 ( xi ,D )m xi ,D 数， q ——进料状态参数 ——方程的根，为多根方程，取 l r h r
——上恒浓区
——下恒浓区
所有组分 为分配组 分
只有 非分配组分
只有HNK为 非分配组分
LNK和HNK 都为非分配 组分
2.
Rm 的计算
采用Underwood法计算：
该法假设：1.恒摩尔流 2. i h在全塔可看成常数 依据：恒浓区概念
关联式：相平衡、物料平衡
Underwood公式： i r ( xi ,D )m
3.关键组分 变化复杂
▼ 若无LNK时：HK分别在二段出现两个最高点， LK表现象LNK。（图3—4）
▼ 若无HNK时：LK分别在二段出现两个最高点， HK表现象HNK。（图3—5）
▼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，然后降到所规的 浓度。 （图3—6） 返回
— i为轻组分，表示： LNK i h hh : — i为重组分，表示： HNK l h i h hh : — i为中间关键组分
2. 关键组分的特点 ◆LK和HK形成分离界线，且l h越小，
分离越难。
◆ D l D轻；W h W重 ◆精馏中：
LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制； HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制。
◆只有无LNK，且 l h较大，塔顶可采出纯LK； 只有无HNK，且 l h较大，塔釜可采出纯HK。
3. 关键组分的指定方法 ◆指定回收率 D l；W h ◆指定控制量
x D l 或x D h；xW h或xW l
注意：同一组分，规定 了一端的回收率，另一 端的量已确定。不能重 复！
4. 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
第一节多组分精馏过程 第二节萃取精馏和共沸精馏
第一节 多组分精馏过程
二个极限条件：
R 时， N N m R Rm时， N
计算：
1.近似（简捷）法
用于：● 基础数据不全 ● 提供电算初值 ● 比较、选择方案 2.严格计算
电算（下一章）
第一节 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
二、设计计算多组分精馏过程的复杂性
1. x D i , xW j确定后，顶釜浓度未确定 物料衡算确定顶釜浓度
二种方法： ★清晰分割法 假设LNK全部从塔顶采出； 假设HNK全部从塔釜采出。
★非清晰分割法 各组分在顶、釜都有可能存在。
2. 流量分布、温度分布、浓度分布复杂 ★流量分布 分子汽化潜热相近，可视为恒摩尔流 例：苯—甲苯物系（图3—1） 苯—甲苯—异丙苯物系（图3—2） 分子汽化潜热不相近，V、L有变化， 但V/L变化不大
3.1.4 实际回流比、理论板数、进料 位置
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3.1.1 多组分精馏过程分析
一、关键组分
1.关键组分的引出 u 一般精馏：N a 5 对于设计型计算，5个可调设计变量为： 回流温度；进料位置；R；x Di （ Di）；xWj （Wj）
DxDi 这里： Di — i 在塔顶回收率 Fx Fi WxWj Wj — j 在塔釜回收率 Fx Fj
★温度分布 泡点与组成密切相关，温度分布接近组 成分布形状。（图3—3）。
★浓度分布
1.进料板附近各组分浓度变化较大，原因是 引入的组分包含全部组成。 2.对非关键组分 精馏段：HNK迅速消失； LNK以接近于常数浓度在进料板以上各 板中出现，接近顶部急剧增加，在出料 液中达到最高。 提馏段：LNK迅速消失； HNK在再沸器中浓度最高，从釜向上几 板下降较大，然后变化不大，一直延伸到 进料板。
误差：10～20%
Rm 解法：
1. 在[ l r , h r ]中设 试差确定 2. 将代入a式 Rm
注意：若 LK、HK挥发度不相邻，可在 l r , h r 之间试差出几个 ，解出 几个Rm，最后取平均值。
例3—1 计算最小回流比
3.1.2 最小回流比
R Rm时， N 塔中出现恒浓区
恒浓区——精馏塔中全部浓度不变的区域 1. Rm 时，恒浓区出现的情况
二元精馏：
e
y
恒浓区
x D ye Rm ye x e
恒浓区：一个，出现在
xW
x
xD
进料板
多元精馏：
定义：顶釜同时出现的组分——分配组分 只在顶或釜出现的组分——非分配组分 一般：LK、HK和中间关键组分为分配组分； 非关键组分可以是分配组分，也可以是非分 配组分。 多元精馏特点： ▼各组分相互影响，存在上、下恒浓区 ▼所有进料组分中有非分配组分的影响 ▼恒浓区位置不一定在进料板处