多组分精馏-精选

log
qnDi qnWi

qnDh qnWh
logi,h
故有：
loq q n n giiW D )(llo oli,,h h g glo q q g n nllW D q q n nh h W D loq q n n gh h W D )(
n-1 n
n m
⑤ 逐板计算求解理论塔板数
当关键组份居中时，可分别从塔顶 和塔底逐板计算，求解精馏段和提 馏段的理论板数，进而求得总理论 板数。
m+1 m
x1i= xwi qnW
精馏段从上至下，依次使用相平衡关系和物料衡算关系， 在进料处，轻、重关键组分满足以下条件：
xxhl
n1
xxhl
q
xxhl
n

xl xh
q
为两关键组分操作线交点横坐标的比值。
xxhl q((R R11))zzF Fhl
(q1)xDl (q1)xDh
第n 块板为进料板
提馏段从下至上计算，直至满足：
xxhl mxxhl q xxhl m1
(2) 最小回流比的求法
恩德伍德公式(Underwood)
Rmin
c i1
ihxDi ih
1
c ihzFi 1 q
i1 ih
说明：使用该式其相对挥发度的基准组分为重关键组份。
θ介于轻重关键组分相对挥发度之间，多用试差法求解。
适用条件：①αih可取为常数（塔两端相对挥发度的平均值）； ② 汽液两相符合恒摩尔流假设；
6.8 多组分精馏
多组分精馏的特点： ① 汽、液平衡关系复杂
yiK ixi i 1 ,2 ,c
● 相平衡常数是温度、压力及浓度的函数。
② 物料衡算关系复杂
yin1 RR1xinRxiD1
i1,2 ,c1
yi(n 1 )L L q q F W F xi(n)Lq W F W xiW
（3）精馏在过程系统内的能量集成 精馏过程的用能与系统的用能统一考虑的技术。 ① 多效蒸馏
高低压双效精馏流程:
A
1
1 2 q n F
A、B
p1>p2
A
1
p1>p2
A
1 A、B
p1>p2
B B
B
1
2 q nF
A
2
q nF
A、B 2
2 q n F
A、B
B
B
A、B
② 中间再沸器和中间冷凝器 中间再沸器： 目的：节省高品位热源。
② 非清晰分割
不满足清晰分割的条件，采用近似方法估计。 给定条件：轻关键组分在馏出液中的回收率;
重关键组分在釜液中的回收率。
方法：享斯特别克法（Hengsteback） 假设： (a) 各组份在馏出液和釜液中的流率分配与回流比无关； (b) 非关键组分在产品中的分配情况与关键组分的相同。
回流比为无限大时，对轻、重关键组分由芬斯克方程得：
分离C个组分的混合物，锐分离的序列数为： [2(C 1)]!
C !(C 1)!
每个序列需要精馏塔（C-1）个。
6.8.1 分离序列的选择
（1）一般确定原则 ① 减少组分汽化次数，降低能耗。 直接序列（顺序流程）：按混合物中组分沸点递升排序，轻组分 依次从塔顶分离出去。
例：四组分A、B、C、D 混合物的分离
② 保证产品质量原则： ● 高纯度产品在塔顶采出； ● 热敏性、易分解或聚合的物料优先分出，减少受 热次数。
③ 经济性原则： ● 尽可能考虑到减少设备费和操作费，易腐蚀、 有毒的组分先分出去； ● 难分离的最后分，此时，气体负荷小、塔径小。
④ 操作管理方便原则：
说明：以上原则是在用普通精馏塔一进二出， 分离出较纯的单一组分为前提下得到的。
（2）多组分分离序列综合 研究始于20世纪70年代，研究方法有： 试探法、调优法、数学规划法等。
6.8.2 全塔物料衡算
（1）关键组份及分离要求的规定 关键组份：根据塔的主要分离目的，选取两组份规定分离要求。 规定其中较难挥发的组份在塔顶不得高于某一允许值，易挥发 组份在塔底不得高于某值。 轻关键组份（l）: 挥发度较大的关键组份； 重关键组份（h）: 挥发度较小的关键组份。
③ 轻重关键组分为相邻组分。
6.8.4 多组份精馏塔理论塔板数的计算
（1） 简捷法 ① 以轻、重关键组分为依据，利用芬斯克公式求Nmin 。
Nmin
log
xl xh
D

logl,h
xl xh
W

② 用Underwood公式求取 Rmin； ③ 根据Rmin，选取适宜的R，利用吉利兰关联图求取所需的NT。
● 各有C-1个操作线方程。
③ 分离程度的确定比较复杂 根据塔分离工艺要求和物流特点，规定两个特定组分的分离程度， 其余组分的分离程度则由分离的流程和操作情况等条件所决定。
④ 流程方案的选定比较复杂 需要的塔多
若要将一混合物完全分离成纯组份产品的分离称之为锐分离， 需多塔操作。采用简单塔操作时C个组分，需C -1个塔。 流程方案多
yn 1 ,iq nq L nq L n q q F nq q n FW xn iq n q L n qW n x q W F q n i W
④ 确定相平衡方程
y1i= xDi
yi Kixi
qnD, xDi
式中：
Ki
ih ihxi
ihKh
qnF, zFi
Nmin
log
xl xh
D

logl,h
xl xh
W

其中：
( xl xh
)D

q nDl q nDh
( xl xh
)w

q nWl q nWh
所以
Nmin
log
qnDl qnDh

qnWl qnWh
logl,h
xni与xmi不一致，称为不契合 。 产生不契合的原因：两端产品组成的浓度是估算值。 解决办法：调整塔两端产品中非关键组分的组成及产品流量
直至契合满足规定的要求。
第m块板为进料板， m 为提馏段理论塔板数。
◆ 精馏是耗能较高的单元操作， 在产品生成成本中占有较大的比 重； ◆ 用能过程，尤其是热能的使用 过程，对热能不仅有量的要求， 而且有质或品位的要求； ◆ 用能过程是能量贬值的过程， 是有效能损失的过程，而不是能 在量上的减少。
精馏过程节能技术： ◇ 精馏塔设计和操作参数的优化； ◇ 多组分分离序列的选择； ◇ 精馏与过程系统的能量集成； ◇ 选择适宜的分离方法替代精馏。 （1）精馏塔设计和操作参数的优化
① 适宜回流比和理论板数的选择； ② 适宜进料位置的选择； ③ 进料热状态的选择； ④ 操作压力的选择。
（2）多组分分离序列的选择 不同序列分离相同产品的成本不同，应选取最适宜的分离序列。
（2）逐板计算法 ------ 刘易斯-麦迪逊（L-M）法 计算前提： ◆ 恒摩尔流假定成立； ◆ 各组分的相对挥发度可近似作为常数处理。 计算步骤：
① 确定馏出液和釜液流率qnD、qnW及组成xDi、xwi；
② 计算最小回流比，确定适宜操作回流比；
③ 确定操作线方程。
yn1,i
R R1xn
iRxD 1i

或：
Nmin
log
qnDl qnWl

qnDh qnWh
logl,h

根据假定（b），对任意组份与重关键组份来说，也有：
Nmin
log
qnDi qnDh
logi,h
qnWi qnWh

于是有：
q nD i =已知数
q nW i
又
qniD qniW fiqnZ F Fi
qnW qnW i
x wi

q nWi q nW
qnD qnD i
x Di

q nDi q nD
6.8.3 多组份精馏的最小回流比
(1) 多组份精馏的恒浓区 在最小回流比条件下， 上恒浓区——进料板以上 下恒浓区——进料板以下
代价：中沸器下方塔板分离能力被削弱。
中间冷凝器 目的：减少主冷凝器高品位冷剂的用量，以减少能耗。
代价：其下方的塔板的分离能力有所下降。
塔增加中沸器及中冷器对塔分离的影响
非关键组份： 比轻关键组分更轻的组分称为轻非关键组分； 比重关键组分更重的组分称为重非关键组分。
分离要求规定：通过规定关键组分的分离要求，对塔的分离结 果进行控制。规定方式有：
◆ 规定轻关键组份在塔顶的组成和重关键组分在塔底的组成； ◆ 规定轻关键组分在塔顶组成及回收率； ◆ 规定重关键组分在塔底组成及轻关键组分在塔顶的回收率。
（2）非关键组份在两端产品中的分配 作为设计型计算，求N，欲知qnD， qnW，必需知 xwi和xDi，
但xwi 、 xDi 又和N有关，故需试差。
估算方法：
① 清晰分割 比轻关键组份更轻的各组分均从塔顶蒸出，比重关键组份 更重的组分，均从塔底排出，且两关键组分为相邻组分，
称为清晰分割。可以进行严格的计算。