第三章 多組分精餾

第三章多組分精餾第一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2第三章氣液傳質(zhì)分離過(guò)程3.2多組分精餾多組分精餾過(guò)程分析一些基本概念塔壓選擇、計(jì)算最小理論塔板數(shù)及組分分配：Fenske方程最小回流比：Underwood方程實(shí)際回流比與理論板數(shù)：Gilliland圖多組分精餾塔的簡(jiǎn)捷計(jì)算方法第二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日上節(jié)課內(nèi)容回顧核實(shí)閃蒸問(wèn)題的判斷條件TB<T<TD閃蒸計(jì)算重要方程：

Rachford-Rice方程Ki值與組成無(wú)關(guān)的等溫閃蒸計(jì)算過(guò)程Ki值與組成相關(guān)的等溫閃蒸計(jì)算框圖絕熱閃蒸計(jì)算框圖第三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日一、多組分精餾過(guò)程分析Rectifyingsection精餾段Strippingsection提餾段Countercurrent逆流泡沫第四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1.多組分精餾塔的設(shè)計(jì)變量第五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1.多組分精餾塔的設(shè)計(jì)變量第六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1.多組分精餾塔的設(shè)計(jì)變量固定設(shè)計(jì)變量：所有進(jìn)入物流的變量（每股物流C+2個(gè)）：C+2所有組件和單元的壓力：N+2所有組件和單元的傳熱流率（除冷凝器和再沸器外）：0合計(jì)：N+C+4可調(diào)設(shè)計(jì)變量：5

第七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1.多組分精餾塔的設(shè)計(jì)變量可調(diào)設(shè)計(jì)變量：5（p63）第八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2.多組分精餾特性9計(jì)算方法上：對(duì)于二元精餾，設(shè)計(jì)變量被確定后，可從任一端出發(fā)，作逐板計(jì)算，無(wú)需試差。對(duì)于多元精餾，由于不能指定全部組成，所以需先假設(shè)一端的組成，再通過(guò)反復(fù)試差求解。二元精餾vs多元精餾在塔內(nèi)流率，溫度和濃度分布上也有不同。第九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日benzene-toluene10二組分精餾流率、溫度、濃度分布除進(jìn)料板處液體流率有突變外，各段的摩爾流率基本上為常數(shù).第十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日

benzene(LK)-toluene(HK)-isopropylbenzene11圖3-5三元精餾流量分布圖3-6三元精餾溫度分布液氣比L/V接近常數(shù)第十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日benzene-toluene(LK)-xylene(HK)-isopropylbenzene12圖3-7四元精餾液相組成分布Z1=0.125Z2=0.225Z3=0.375Z4=0.27512=2.2522=1.0032=0.3342=0.21第十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日Summary

3.多元精餾與二元精餾在濃度分布上的區(qū)別13（1）關(guān)鍵組分含量存在極大值；（2）非關(guān)鍵組分通常是非分配的，

即重組分通常僅出現(xiàn)在釜液中，

輕組分僅出現(xiàn)在餾出液中；（3）重、輕非關(guān)鍵組分分別在進(jìn)料板下、上

形成幾乎恒濃的區(qū)域；（4）全部組分均存在于進(jìn)料板上，但進(jìn)料板含量不等于進(jìn)料含量。各組分的濃度分布曲線在進(jìn)料板處不連續(xù)。第十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日144.小結(jié)：

（一）沿塔高方向的溫度分布在精餾塔中，溫度分布主要反映物流的組成。

沿塔高方向自下而上溫度遞減第十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日15級(jí)間流率分布與熱量衡算密切相關(guān)。影響因素較多，總效應(yīng)很復(fù)雜，難以歸納出一個(gè)通用的規(guī)律。假設(shè)塔內(nèi)恒摩爾流近似成立。小結(jié)：

（二）沿塔高方向的汽液流率分布第十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日16對(duì)于兩組分精餾，指定餾出液中一個(gè)組分的濃度，就確定了餾出液的全部組成；指定釜液中一個(gè)組分的濃度，也就確定了釜液的全部組成。對(duì)于多組分精餾，遇到的關(guān)鍵問(wèn)題是塔頂和塔底產(chǎn)品的組成和量無(wú)法全部預(yù)先確定。小結(jié)：

（三）沿塔高方向的濃度分布第十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日二、一些基本概念1.關(guān)鍵組分：對(duì)多組分精餾來(lái)說(shuō)，通常把指定濃度的兩個(gè)組分稱為關(guān)鍵組分。輕關(guān)鍵組分：相對(duì)易揮發(fā)的關(guān)鍵組分稱為輕關(guān)鍵組分（LNK）重關(guān)鍵組分：難揮發(fā)的關(guān)鍵組分稱為重關(guān)鍵組分（HNK）輕非關(guān)鍵組分：相對(duì)揮發(fā)度比輕關(guān)鍵組分大的組分（將全部或接近全部進(jìn)入餾出液）重非關(guān)鍵組分：相對(duì)揮發(fā)度比重關(guān)鍵組分小的組分（將全部或接近全部進(jìn)入釜液）中間組分：第十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1.關(guān)鍵組分根據(jù)組分是否在精餾塔的兩端都出現(xiàn)，可分為非分配組分：只在塔頂或塔釜出現(xiàn)的組分分配組分：在塔頂和塔釜均出現(xiàn)的組分輕非關(guān)鍵組分（light

nonkeycomponent,LNK）輕組分輕關(guān)鍵組分（LK）中間組分(intermediatecomponent,relativevolatilitybetweenthetwokeycomponents)重關(guān)鍵組分（HK）重非關(guān)鍵組分（heavynonkeycomponent,HNK）重組分Relativevolatilitylowhigh第十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1.關(guān)鍵組分計(jì)算時(shí)，如何確定關(guān)鍵組分？一般來(lái)說(shuō)，給定了分離要求的組分為關(guān)鍵組分，如例3-3（p73）/例3-4（p75）只給定了一個(gè)組分的分離要求，而其他組分不作任何要求時(shí)，一般選擇相鄰組分作為關(guān)鍵組分第十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日二、一些基本概念2.清晰分割：餾出液中除了重關(guān)鍵組分外，沒(méi)有其它重組分；釜液中除了輕關(guān)鍵組分外，沒(méi)有其它輕組分。3.最小回流比：在無(wú)窮多塔板數(shù)的條件下達(dá)到關(guān)鍵組分預(yù)期分離所需要的回流比。4.最小理論板數(shù)：全回流操作下達(dá)到關(guān)鍵組分預(yù)期分離所需要的理論板數(shù)。第二十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日21最少理論板數(shù)（Nm）和全回流1、開(kāi)車時(shí)，先全回流，待操作穩(wěn)定后出料。全回流對(duì)應(yīng)最少理論板數(shù)，但全回流下無(wú)產(chǎn)品采出，因此正常生產(chǎn)中不會(huì)采用全回流。什么時(shí)候采用全回流呢？2、在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備中，研究傳質(zhì)影響因素。3、工程設(shè)計(jì)中，必須知道最少板數(shù)。第二十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日三、塔壓選擇、計(jì)算參考書p402第二十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日1.確定精餾塔壓力和冷凝器類型的算法第二十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2.經(jīng)驗(yàn)常數(shù)可假定冷凝器的壓降：0~14kPa塔的總壓降：35kPa或單板壓降：0.7kPa（常壓或高壓塔）0.35kPa（負(fù)壓操作的塔）或者輕烴3.5mmHg左右，即400～500Pa第二十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日2.經(jīng)驗(yàn)常數(shù)如果可能，按最低溫度49℃（對(duì)應(yīng)于用水作為冷卻介質(zhì)）計(jì)算獲得在0~2.86MPa之間的回流罐壓力pDpD<1.48MPa時(shí)，推薦使用全凝器pD<2.52MPa時(shí)，推薦使用分凝器pD>2.52MPa時(shí)，推薦使用冷凍劑，以使pD<2.86MPa第二十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日3.例：計(jì)算下圖塔的操作壓力和冷凝器類型第二十六頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日（1）計(jì)算TD=49℃時(shí)，餾出物的泡點(diǎn)壓力以乙烷為主要成分查p-T-K圖第二十七頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日四、最小理論塔板數(shù)及組分分配：Fenske方程第二十八頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日29幾點(diǎn)說(shuō)明SupplementstoFenskeeq.：

1.AB

（1）方程的精度取決于相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)的可靠性。（2）AB

的近似處理：1>兩點(diǎn)平均2>三點(diǎn)平均3>單點(diǎn)值第二十九頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日302.另一種形式摩爾分率用摩爾數(shù)、體積或重量比來(lái)代替。d/b:分配比;d:餾出物中組分的流率（摩爾或質(zhì)量）;b:塔底產(chǎn)物中組分的流率（摩爾或質(zhì)量）幾點(diǎn)說(shuō)明SupplementstoFenskeeq.：

第三十頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日313.Nm只與分離要求有關(guān)，而與進(jìn)料組成無(wú)關(guān)。

Theminimumnumberofequilibriumstagesdependsonthedegreeofseparationofthetwokeycomponentsandtheirrelativevolatility,butisindependentoffeed-phasecondition.幾點(diǎn)說(shuō)明SupplementstoFenskeeq.：

第三十一頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日324.Fenske方程可以用來(lái)計(jì)算進(jìn)料板位置、各段理論板數(shù)和組分分配。

Fenskeequationcanbeusedforcalculatingfeed-stagelocation,numberofequilibriumstagesofrectifyingsectionandstrippingsection,andcomponentdistributions.幾點(diǎn)說(shuō)明SupplementstoFenskeeq.：

feed-stagelocation：byreplacingfeedasthecolumntop(orbottom)把進(jìn)料當(dāng)作塔頂（或塔釜）第三十二頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日用Fenske方程計(jì)算組分分配為精確計(jì)算，上兩個(gè)式子應(yīng)用于計(jì)算bi和di中較小的那個(gè)，另一個(gè)最好用總物料衡算求得。第三十三頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日345.分離要求的給出形式：（1）規(guī)定關(guān)鍵組分在塔頂和塔釜的摩爾分?jǐn)?shù)。（2）規(guī)定關(guān)鍵組分在塔頂和塔釜的流出量。(3-7)幾點(diǎn)說(shuō)明SupplementstoFenskeeq.：

(3-4)第三十四頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日355.分離要求的給出形式：（3）規(guī)定關(guān)鍵組分在塔頂和塔釜的回收率。（3-11）幾點(diǎn)說(shuō)明SupplementstoFenskeeq.：

第三十五頁(yè)，共三十七頁(yè)，2022年，8月28日36對(duì)于無(wú)中間組分的體系：如A(LNK)、B(LK)、C(HK)、D(HNK)組成的體系，

先假定清晰分割，計(jì)算理論板數(shù)，再校驗(yàn)是否符合清晰分割的假設(shè)。清晰