第三章 多組分精餾

第三章多組分精餾第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2第三章氣液傳質分離過程3.2多組分精餾多組分精餾過程分析一些基本概念塔壓選擇、計算最小理論塔板數(shù)及組分分配：Fenske方程最小回流比：Underwood方程實際回流比與理論板數(shù)：Gilliland圖多組分精餾塔的簡捷計算方法第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月上節(jié)課內容回顧核實閃蒸問題的判斷條件TB<T<TD

閃蒸計算重要方程：

Rachford-Rice方程Ki值與組成無關的等溫閃蒸計算過程Ki值與組成相關的等溫閃蒸計算框圖絕熱閃蒸計算框圖第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、多組分精餾過程分析Rectifyingsection精餾段Strippingsection提餾段Countercurrent逆流泡沫第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1.多組分精餾塔的設計變量第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1.多組分精餾塔的設計變量第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1.多組分精餾塔的設計變量固定設計變量：所有進入物流的變量（每股物流C+2個）：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：N+C+4可調設計變量：5

第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1.多組分精餾塔的設計變量可調設計變量：5（p63）第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.多組分精餾特性9計算方法上：對于二元精餾，設計變量被確定后，可從任一端出發(fā)，作逐板計算，無需試差。對于多元精餾，由于不能指定全部組成，所以需先假設一端的組成，再通過反復試差求解。二元精餾vs多元精餾在塔內流率，溫度和濃度分布上也有不同。第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月benzene-toluene10二組分精餾流率、溫度、濃度分布除進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10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

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11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月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12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月Summary

3.多元精餾與二元精餾在濃度分布上的區(qū)別13（1）關鍵組分含量存在極大值；（2）非關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、輕非關鍵組分分別在進料板下、上

形成幾乎恒濃的區(qū)域；（4）全部組分均存在于進料板上，但進料板含量不等于進料含量。各組分的濃度分布曲線在進料板處不連續(xù)。第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月144.小結：

（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14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月15級間流率分布與熱量衡算密切相關。影響因素較多，總效應很復雜，難以歸納出一個通用的規(guī)律。假設塔內恒摩爾流近似成立。小結：

（二）沿塔高方向的汽液流率分布第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月16對于兩組分精餾，指定餾出液中一個組分的濃度，就確定了餾出液的全部組成；指定釜液中一個組分的濃度，也就確定了釜液的全部組成。對于多組分精餾，遇到的關鍵問題是塔頂和塔底產品的組成和量無法全部預先確定。小結：

（三）沿塔高方向的濃度分布第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、一些基本概念1.關鍵組分：對多組分精餾來說，通常把指定濃度的兩個組分稱為關鍵組分。輕關鍵組分：相對易揮發(fā)的關鍵組分稱為輕關鍵組分（LNK）重關鍵組分：難揮發(fā)的關鍵組分稱為重關鍵組分（HNK）輕非關鍵組分：相對揮發(fā)度比輕關鍵組分大的組分（將全部或接近全部進入餾出液）重非關鍵組分：相對揮發(fā)度比重關鍵組分小的組分（將全部或接近全部進入釜液）中間組分：第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1.關鍵組分根據(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)的組分輕非關鍵組分（light

nonkeycomponent,LNK）輕組分輕關鍵組分（LK）中間組分(intermediatecomponent,relativevolatilitybetweenthetwokeycomponents)重關鍵組分（HK）重非關鍵組分（heavynonkeycomponent,HNK）重組分Relativevolatilitylowhigh第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1.關鍵組分計算時，如何確定關鍵組分？一般來說，給定了分離要求的組分為關鍵組分，如例3-3（p73）/例3-4（p75）只給定了一個組分的分離要求，而其他組分不作任何要求時，一般選擇相鄰組分作為關鍵組分第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、一些基本概念2.清晰分割：餾出液中除了重關鍵組分外，沒有其它重組分；釜液中除了輕關鍵組分外，沒有其它輕組分。3.最小回流比：在無窮多塔板數(shù)的條件下達到關鍵組分預期分離所需要的回流比。4.最小理論板數(shù)：全回流操作下達到關鍵組分預期分離所需要的理論板數(shù)。第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月21最少理論板數(shù)（Nm）和全回流1、開車時，先全回流，待操作穩(wěn)定后出料。全回流對應最少理論板數(shù)，但全回流下無產品采出，因此正常生產中不會采用全回流。什么時候采用全回流呢？2、在實驗室設備中，研究傳質影響因素。3、工程設計中，必須知道最少板數(shù)。第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、塔壓選擇、計算參考書p402第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月1.確定精餾塔壓力和冷凝器類型的算法第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.經驗常數(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（負壓操作的塔）或者輕烴3.5mmHg左右，即400～500Pa第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.經驗常數(shù)如果可能，按最低溫度49℃（對應于用水作為冷卻介質）計算獲得在0~2.86MPa之間的回流罐壓力pDpD<1.48MPa時，推薦使用全凝器pD<2.52MPa時，推薦使用分凝器pD>2.52MPa時，推薦使用冷凍劑，以使pD<2.86MPa第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3.例：計算下圖塔的操作壓力和冷凝器類型第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）計算TD=49℃時，餾出物的泡點壓力以乙烷為主要成分查p-T-K圖第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月四、最小理論塔板數(shù)及組分分配：Fenske方程第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月29幾點說明SupplementstoFenskeeq.：

1.

AB

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

AB

的近似處理：1>兩點平均2>三點平均3>單點值第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月302.另一種形式摩爾分率用摩爾數(shù)、體積或重量比來代替。d/b:分配比;d:餾出物中組分的流率（摩爾或質量）;b:塔底產物中組分的流率（摩爾或質量）幾點說明SupplementstoFenskeeq.：

第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月313.Nm只與分離要求有關，而與進料組成無關。

Theminimumnumberofequilibriumstagesdependsonthedegreeofseparationofthetwokeycomponentsandtheirrelativevolatility,butisindependentoffeed-phasecondition.幾點說明SupplementstoFenskeeq.：

第31頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月324.Fenske方程可以用來計算進料板位置、各段理論板數(shù)和組分分配。

Fenskeequationcanbeusedforcalculatingfeed-stagelocation,numberofequilibriumstagesofrectifyingsectionandstrippingsection,andcomponentdistributions.幾點說明SupplementstoFenskeeq.：

feed-stagelocation：byreplacingfeedasthecolumntop(orbottom)把進料當作塔頂（或塔釜）第32頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月用Fenske方程計算組分分配為精確計算，上兩個式子應用于計算bi和di中較小的那個，另一個最好用總物料衡算求得。第33頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月345.分離要求的給出形式：（1）規(guī)定關鍵組分在塔頂和塔釜的摩爾分數(shù)。（2）規(guī)定關鍵組分在塔頂和塔釜的流出量。(3-7)幾點說明SupplementstoFenskeeq.：

(3-4)第34頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月355.分離要求的給出形式：（3）規(guī)定關鍵組分在塔頂和塔釜的回收率。（3-11）幾點說明SupplementstoFenskeeq.：

第35頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月36對于無中間組分的體系：如A(LNK)、B(LK)、C(HK)、D(HNK)組成的體系，

先假定清晰分割，計算理論板數(shù)，再校驗是否符合清晰分割的假設。清