多组分精馏
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8
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。
20
解：
21
22
3.3 最小回流比 在多组分精馏中，当轻重关键组分的分离要
求确定后，在一定的进料状态下，用无限多层 理论塔板才能满足分Байду номын сангаас要求所需的回流比，称 为最小回流比。多组分精馏计算中，必须用解 析法求最小回流比。
第三章 多组分精馏
3.1 概述
1
化工原理中，讨论了二元精馏。而在化工生产实 际中遇到的大部分是多组分物系分离和提纯问题。
多组分物系分离和提纯问题，由于组分数增多， 增加了过程的复杂性。因此，对于组分物系分离 过程进行定性分析，讨论塔内的流率、组成、温 度分布特点，有助于对于精馏过程深入了解，是 选择分离过程、设计和强化改进分离操作必不可 少的知识。
4
3. 2 多组分精馏过程
3. 2. 1 多组分精馏过程分析
关键组分
对于精馏塔 可调设计变量Na=5
对于设计型计算：
1）全凝器饱和液体出料； 2）R;
3） D/F;
4）xDA;
对于操作型计算：
5）xWB
1）全凝器饱和液体出料； 2）R;
3）D/F;
4）N;
5）M+1 。
5
对于双组分精馏； 塔顶：xDA 已确定 xDB =1- xDA ; 塔釜：xWB已确定 xWB =1- xWA ;
xWA≤0.02;
3、提出产品的回收率
塔顶A产品回收率为98%等，
还可以交叉使用。
7
3.2.2 关键组分 在待分离的组分溶液中，选取工艺中最关心
的两个组分一般是选择挥发度相邻的两个组分， 对其分离要做出规定，即指定他们在馏出液和 釜液中的浓度。这样，在一定的分离条件下， 所需的理论板层数和其他组成也随之而变，所 选定的两个组分称为关键组分。
亨斯特别克法—任何回流比下估算各组分在塔 顶和塔底产品中的分配方法。
17
图解法计算：
18
说明:亨斯特别克法公式中的相对挥发度可取 为塔顶和塔底的或塔顶、进料口和塔底的几何平 均值。
但在开始估算时，塔顶和塔底的温度均为未知 数，故需用试差法。先假设各处的温度，由此算 出馏出液和釜残液的组成，由此校准所设温度是 否正确。
底产品中必有中间组分。 如果进料液中非关键组分的相对挥发度与关键
组分相差不大，则塔顶产品中就含有比重关键 组分还重组分，塔底产品中含有比轻关键组分 还轻的组分。上述两种情况称为非清晰分割。
可用芬斯克全回流公式估算。
14
在非清晰分割时，可用芬斯克全回流公式 进行估算，需作如下假设： 1）在任何回流比操作时，各组分在塔顶和塔 釜产品中的分配情况与全回流时相同； 2）非关键组分分配情况与关键组分的分配情 况也相同。
吉利兰图求理论塔板数。
27
具体步骤如下： 1）根据分离要求确定关键组分； 2）根据进料组成及分离要求进行物料衡算，初步估算
15
芬斯克全回流公式
16
*多组分物系中各组分的产品分配(解析法与图解法)
D W D D W l D h W l W h
故 hh 1, log hh 0
log D log D log D log D
W l
W h W i
W h
log lh log hh
log ih log hh
的组分。ib＜hb; 用HNK表示。
9
两组分在塔顶和塔底预分配方案 在多组分精馏中，一般先规定关键组成在塔
顶和塔底产品中的组成，其他组成的分配应通 过物料衡算或近似估算得到。待求出理论板层 数后，再校算塔顶或塔底产品中的组成，根据 组分间挥发度的不同，可有两种预分配方案。
10
(1) 清晰分割 如果轻重关键组分的挥发度相差较大，且
Rmin +1
试差法求算Rmin
25
适宜回流比的选择
1 实际回流比的范围 Rmin<R<R∞
精馏过程的经济性主要取决于操作费用和设 备费用。回流比是影响精馏过程经济性的一个 重要指标。
26
3.4 理论塔板数的计算 3.4.1简捷法
基本原则：将多组分精馏简化为轻重关键组分， “双组分精馏”故可应用芬斯克方程和
2
多组分精馏的设计计算分为； 1. 严格计算法 2. 简捷计算法
计算机的广泛使用后，多组分精馏的设计 计算多采用严格计算法。但简捷计算法也广泛 使用。主要用于： 1）给严格计算法提供初值； 2）用于初步设计。
3
组分物系分离过程中，如果相对挥发度 低于1.1采用一般精馏分离是不经济的，若有 共沸物生成则分离是不可能的。这种情况下采 用特殊精馏。有 共沸精馏、萃取精馏、反应 精馏。加盐精馏等。
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：
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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。
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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。
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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;
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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。
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解：
21
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3.3 最小回流比 在多组分精馏中，当轻重关键组分的分离要
求确定后，在一定的进料状态下，用无限多层 理论塔板才能满足分Байду номын сангаас要求所需的回流比，称 为最小回流比。多组分精馏计算中，必须用解 析法求最小回流比。
第三章 多组分精馏
3.1 概述
1
化工原理中，讨论了二元精馏。而在化工生产实 际中遇到的大部分是多组分物系分离和提纯问题。
多组分物系分离和提纯问题，由于组分数增多， 增加了过程的复杂性。因此，对于组分物系分离 过程进行定性分析，讨论塔内的流率、组成、温 度分布特点，有助于对于精馏过程深入了解，是 选择分离过程、设计和强化改进分离操作必不可 少的知识。
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3. 2 多组分精馏过程
3. 2. 1 多组分精馏过程分析
关键组分
对于精馏塔 可调设计变量Na=5
对于设计型计算：
1）全凝器饱和液体出料； 2）R;
3） D/F;
4）xDA;
对于操作型计算：
5）xWB
1）全凝器饱和液体出料； 2）R;
3）D/F;
4）N;
5）M+1 。
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对于双组分精馏； 塔顶：xDA 已确定 xDB =1- xDA ; 塔釜：xWB已确定 xWB =1- xWA ;
xWA≤0.02;
3、提出产品的回收率
塔顶A产品回收率为98%等，
还可以交叉使用。
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3.2.2 关键组分 在待分离的组分溶液中，选取工艺中最关心
的两个组分一般是选择挥发度相邻的两个组分， 对其分离要做出规定，即指定他们在馏出液和 釜液中的浓度。这样，在一定的分离条件下， 所需的理论板层数和其他组成也随之而变，所 选定的两个组分称为关键组分。
亨斯特别克法—任何回流比下估算各组分在塔 顶和塔底产品中的分配方法。
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图解法计算：
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说明:亨斯特别克法公式中的相对挥发度可取 为塔顶和塔底的或塔顶、进料口和塔底的几何平 均值。
但在开始估算时，塔顶和塔底的温度均为未知 数，故需用试差法。先假设各处的温度，由此算 出馏出液和釜残液的组成，由此校准所设温度是 否正确。
底产品中必有中间组分。 如果进料液中非关键组分的相对挥发度与关键
组分相差不大，则塔顶产品中就含有比重关键 组分还重组分，塔底产品中含有比轻关键组分 还轻的组分。上述两种情况称为非清晰分割。
可用芬斯克全回流公式估算。
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在非清晰分割时，可用芬斯克全回流公式 进行估算，需作如下假设： 1）在任何回流比操作时，各组分在塔顶和塔 釜产品中的分配情况与全回流时相同； 2）非关键组分分配情况与关键组分的分配情 况也相同。
吉利兰图求理论塔板数。
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具体步骤如下： 1）根据分离要求确定关键组分； 2）根据进料组成及分离要求进行物料衡算，初步估算
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芬斯克全回流公式
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*多组分物系中各组分的产品分配(解析法与图解法)
D W D D W l D h W l W h
故 hh 1, log hh 0
log D log D log D log D
W l
W h W i
W h
log lh log hh
log ih log hh
的组分。ib＜hb; 用HNK表示。
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两组分在塔顶和塔底预分配方案 在多组分精馏中，一般先规定关键组成在塔
顶和塔底产品中的组成，其他组成的分配应通 过物料衡算或近似估算得到。待求出理论板层 数后，再校算塔顶或塔底产品中的组成，根据 组分间挥发度的不同，可有两种预分配方案。
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(1) 清晰分割 如果轻重关键组分的挥发度相差较大，且
Rmin +1
试差法求算Rmin
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适宜回流比的选择
1 实际回流比的范围 Rmin<R<R∞
精馏过程的经济性主要取决于操作费用和设 备费用。回流比是影响精馏过程经济性的一个 重要指标。
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3.4 理论塔板数的计算 3.4.1简捷法
基本原则：将多组分精馏简化为轻重关键组分， “双组分精馏”故可应用芬斯克方程和
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多组分精馏的设计计算分为； 1. 严格计算法 2. 简捷计算法
计算机的广泛使用后，多组分精馏的设计 计算多采用严格计算法。但简捷计算法也广泛 使用。主要用于： 1）给严格计算法提供初值； 2）用于初步设计。
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组分物系分离过程中，如果相对挥发度 低于1.1采用一般精馏分离是不经济的，若有 共沸物生成则分离是不可能的。这种情况下采 用特殊精馏。有 共沸精馏、萃取精馏、反应 精馏。加盐精馏等。