多组分精馏-简洁计算
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多组分精馏的简捷计算和逐板计算举例
0.59842 0.000984
w
lg 6.24
1
4.6
塔釜温度17℃，利用气相中的烷烃冷凝提供塔釜中需要的热 量，可以认为是塔顶部分冷凝，塔釜泵厢式循环。
最小回流比：
ibzi 1 q
ib
ib xdi
ib
Rm
1
其中需要注意的问题： zi是题面中的数据；1-q=0.36；采用牛顿迭代法；b组分选 取（i—C40挥发度最小）；采用全塔平均温度-39℃和压力
C10 : yn1 0.3026xn 0.5279
C2 : yn1 0.3026xn 0.1353
C20 : yn1 0.3026xn 0.0204
相 平 衡 方 程 中 的 ib 是 精 馏 段 平 均 温 度 下 的
值： 95 60 77.50C ，（进料温度与塔顶温度的平均值）
⑦逐板计算 相平衡方程与操作线方程交替运用。
精馏段相平衡方程：xi
yi ib yi ib
xi 1
手算 0.005，计算机计算 0.0001
精馏段操作线方程：yn1,i
R R
1
xn,i
1 R
1
xd
,i
R 0.434
yn1,i 0.3026xn,i 0.6974xd,i
H2 : yn1 0.3026xn 8.7175103
⑥确定进料位置 因为是气液相进料，可以采用芬斯克公式计算精馏段塔板数 塔顶温度：-95℃；进料温度：-60℃；塔釜温度：17℃ 从塔顶温度与进料温度相差不大，可以判断精馏段塔板数不 会太多，采用全塔的平均温度计算误差会很大。所以，采用 塔顶温度和进料温度的平均值 95 60 77.50C 来计算。
yi ib
化工分离过程(第7讲)(3.2多组分精馏过程分析)
x1
y2 y 1
* TB
1.0 B7
3.2.1 多组分精馏过程分析
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，
温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收 集的是低沸点组分，高沸 点组分则留在塔底。
8
3.2.1 多组分精馏过程分析
1 从塔的中间O点进料； 2 组分B的液、汽相组 成分别为 x3 和 y3； 3 每层塔板都经历部分 汽化和部分冷凝过程；T
4
3.2.1 多组分精馏过程分析
简单蒸馏以及二组分精馏的原理图 关键组分(Key Components) 清晰分割 多组分精馏过程的复杂性
二组分精馏实例：苯－甲苯 三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯 四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯
多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别
22
3.2.1 多组分精馏过程分析
2、关键组分
①若无LNK：HK分别在二段出现两个最高点，LK 表现像LNK。 （图3-7） ②若无HNK：LK分别在二段出现两个最高点，HK 表现像HNK。 （图3-8） ③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，然后降到所规定的浓度。 （图3-9）
甲苯为LK，二甲苯为HK，两 者的浓度分布曲线变化规律相 同，方向相反。 在 塔 底 处 ， 主 要 分 离 HK 和 HNK，所以此处HK浓度向上 增大；同理，在塔顶处，主要 分离LK和LNK，所以此处LK 浓度向上减小。
图3-9 苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙 苯液相浓度分布
苯为LNK，在进料板以下浓度 快速减小，最终全部进入塔顶； 异丙苯为HNK，在进料板以上 浓度快速减小，最终全部进入 21 塔釜。
化工原理多组分精馏
化工原理多组分精馏
2021年7月13日星期二
知识要求
1 多组分精馏过程分析 2 最小回流比 3 最少理论塔板数和组分分配 4 实际回流比和理论板数 5 多组分精馏的简捷计算方法
1 多组分精馏的特点和精馏方案的选择
一 多组分精馏原理
R
多组分 混合物 采用
ESA
相际传 质传热
液体多次 部分汽化
蒸汽多次 部分冷凝
dh wh
结合 f i d i wi
di wi
Nm 1 ih
dh wh
解得 di、wi
di
Nm 1 ih
(
dh wh
)
f
i
1
N ih
m
1
( dh ) wh
wi
fi
1
N ih
m
1
( dh ) wh
II、图解法 计算步骤
➢对关键组分
dl wl
Nm 1 lh
dh wh
此式的几何意义是：
lg( d l ) lg d h
)D
/(
xl xh
lg lh
)W
xl xh
D
Nm 1 lh
xl xh
W
Dx D,l Dx D,h
Nm lh
1
WxW ,l WxW ,h
dl dh
Nm 1 lh
wl wh
或
dl wl
Nm 1 lh
dh wh
2）以HK为基准组分，任意组分i的分配规律。
对照：d l wl
Nm 1 lh
W ih1 1 xD,l xw,h
l 1
zi zh xW ,h
D F i1 1 x D,l xW ,h
2021年7月13日星期二
知识要求
1 多组分精馏过程分析 2 最小回流比 3 最少理论塔板数和组分分配 4 实际回流比和理论板数 5 多组分精馏的简捷计算方法
1 多组分精馏的特点和精馏方案的选择
一 多组分精馏原理
R
多组分 混合物 采用
ESA
相际传 质传热
液体多次 部分汽化
蒸汽多次 部分冷凝
dh wh
结合 f i d i wi
di wi
Nm 1 ih
dh wh
解得 di、wi
di
Nm 1 ih
(
dh wh
)
f
i
1
N ih
m
1
( dh ) wh
wi
fi
1
N ih
m
1
( dh ) wh
II、图解法 计算步骤
➢对关键组分
dl wl
Nm 1 lh
dh wh
此式的几何意义是：
lg( d l ) lg d h
)D
/(
xl xh
lg lh
)W
xl xh
D
Nm 1 lh
xl xh
W
Dx D,l Dx D,h
Nm lh
1
WxW ,l WxW ,h
dl dh
Nm 1 lh
wl wh
或
dl wl
Nm 1 lh
dh wh
2）以HK为基准组分，任意组分i的分配规律。
对照：d l wl
Nm 1 lh
W ih1 1 xD,l xw,h
l 1
zi zh xW ,h
D F i1 1 x D,l xW ,h
多组分精馏计算
6.塔顶和塔底组成估算
作用:
⑴为严格计算提供初值.
⑵计算Nm , Rm .
(1) 清晰分割法
假定 : 除了轻重关键组分和中间组分 以外 其它组分均为非分布组分.
di=fi 轻组分(L) bi=0 di=0 重组分(h) bi=fi
(2) 非清晰分割法
除了轻重关键组分和中间组分以外,轻重 组分中也含有分布组分. 适用于相对挥发度差异不大或分离要求 不太高的系统. 假定:实际回流比下各组分在塔顶和塔底 的分布与全回流时相同. 芬斯克方程:
(2-140)
5.进料位置
吉利兰关联式求出的理论板隐含着最佳
进料位置的要求.
⑴ 柯克布兰德经验式
x F ,hk x B ,lk 2 B 0.206 NR [( )( ) ( )] (2-141) NS x F ,lk x B ,hk D
N=NR+NS
⑵ 芬斯克方程 分别求出精馏段和提馏段最少理论板 数. 精: x D ,lk x F ,hk lg[ ] x F ,lk x D ,hk N Rm (2-142) lg( lk ,hk ) R
xij lij
l
i
ij
3) 利用泡点方程计算各板的温度
L
i
l ij
j
1 0
4)并用各板的 作为内层迭代收敛判
lij L j 1
i max
1 10 4
5） 利用Ｈ方程和总物料衡算方程计算各板的 L j 和 V j
H方程
(U j L j )h j (W j V j ) H j V j 1H j 1 L j 1h j 1 Fj hFj Q j 0
2.3精馏计算
多组分精馏
恒浓区
多组分精馏： 最小回流比下，也有恒浓区，但由于非关键
组分的存在，恒浓区出现的部位要较二组分精馏 复杂。
13
多组分精馏中的恒浓区
（1）轻、重组分均为非分配组分： 进料板以上必须紧接着有若干塔板使重组分的 浓度降到零，恒浓区向上推移而出现在精馏段 的中部。同理，轻组分恒浓区出现在提馏段中 部。
重组分恒浓区
重关键组分（HK）
重非关键组分（HNK），重组分
3
根据组分是否在精馏塔的两端都出现， 可分为分配组分和非分配组分。
清晰分割： 馏出液中除了重关键组分之外，没有其它
重组分； 釜液中除了轻关键组分组分精馏过程特性
对于二组分精馏，设计变量被确定后，可从任一 端出发，作逐板计算，无需试差。 对于多组分精馏，由于不能指定全部组成，所以 需先假设一端的组成，再通过反复试差求解。
19
3.2.3 最少理论板数（Nm）和组分分配
最少理论板数对应全回流操作，全回流下无产品采 出，因此正常生产中不会采用全回流。 什么时候采用全回流呢？
1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。 2、在实验室设备中，研究传质的影响因素。 3、工程设计中，必须知道最少理论板数。
20
计算最少理论板数的Fenske（芬斯克）方程： 推导前提： 1、塔顶采用全凝器；
两式相除，可得：
yA yB
2
xA xB
1
代入（1）式得：
x A
x B
D
1
x A
x B
1
1
y A
y B
2
22
再由相平衡关系可得：
yA yB
2
2
xA xB
2
由物料衡算：
yA yB
多组分精馏： 最小回流比下，也有恒浓区，但由于非关键
组分的存在，恒浓区出现的部位要较二组分精馏 复杂。
13
多组分精馏中的恒浓区
（1）轻、重组分均为非分配组分： 进料板以上必须紧接着有若干塔板使重组分的 浓度降到零，恒浓区向上推移而出现在精馏段 的中部。同理，轻组分恒浓区出现在提馏段中 部。
重组分恒浓区
重关键组分（HK）
重非关键组分（HNK），重组分
3
根据组分是否在精馏塔的两端都出现， 可分为分配组分和非分配组分。
清晰分割： 馏出液中除了重关键组分之外，没有其它
重组分； 釜液中除了轻关键组分组分精馏过程特性
对于二组分精馏，设计变量被确定后，可从任一 端出发，作逐板计算，无需试差。 对于多组分精馏，由于不能指定全部组成，所以 需先假设一端的组成，再通过反复试差求解。
19
3.2.3 最少理论板数（Nm）和组分分配
最少理论板数对应全回流操作，全回流下无产品采 出，因此正常生产中不会采用全回流。 什么时候采用全回流呢？
1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。 2、在实验室设备中，研究传质的影响因素。 3、工程设计中，必须知道最少理论板数。
20
计算最少理论板数的Fenske（芬斯克）方程： 推导前提： 1、塔顶采用全凝器；
两式相除，可得：
yA yB
2
xA xB
1
代入（1）式得：
x A
x B
D
1
x A
x B
1
1
y A
y B
2
22
再由相平衡关系可得：
yA yB
2
2
xA xB
2
由物料衡算：
yA yB
第三章 精 馏(分离工程,叶庆国)
第三章 精 馏
3.1 多组分精馏
3.1.1 多组分精馏过程分析
3.1.2 多组分精馏的简捷（群法）计算法
精馏：distillation
精馏是多组分分离中最常见的单元操作，它
是利用组分挥发度差异，借助“回流”技术 实现混合液高纯度分离的多级分离操作，即 同时进行多次部分气化和部分冷凝的过程。 实现精馏操作的主体设备是精馏塔。
Nm
L K , D H K ,W lg (1 L K , D )(1 H K , w )
lg L K H K
Fenske公式计算Nm注意事项
• Fenske公式适用于双组份精馏，也适用于多 组分精馏（可以用一对关键组分来求，也可 用任意两组份来求）。 Nm与进料状态、组成的表示方式无关
i ,n i ,n i ,n
Fenske公式计算Nm
对于任意组分
塔顶为全凝器：x i , D 第一个平衡级 平衡关系：y i ,1 K i ,1 x i ,1 操作关系：x i ,1 y i , 2 联立两式：y i ,1
K i ,1 y i , 2
y i ,l
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。
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
分配与非分配组分
根据组分是否在精馏塔的两端都出现，可分为分配 组分(distributing component)和非分配组分 (nondistribution component)。 分配组分：塔顶、塔底同时出现 非分配组分：只在塔顶活塔底出现的组分
3.1 多组分精馏
3.1.1 多组分精馏过程分析
3.1.2 多组分精馏的简捷（群法）计算法
精馏：distillation
精馏是多组分分离中最常见的单元操作，它
是利用组分挥发度差异，借助“回流”技术 实现混合液高纯度分离的多级分离操作，即 同时进行多次部分气化和部分冷凝的过程。 实现精馏操作的主体设备是精馏塔。
Nm
L K , D H K ,W lg (1 L K , D )(1 H K , w )
lg L K H K
Fenske公式计算Nm注意事项
• Fenske公式适用于双组份精馏，也适用于多 组分精馏（可以用一对关键组分来求，也可 用任意两组份来求）。 Nm与进料状态、组成的表示方式无关
i ,n i ,n i ,n
Fenske公式计算Nm
对于任意组分
塔顶为全凝器：x i , D 第一个平衡级 平衡关系：y i ,1 K i ,1 x i ,1 操作关系：x i ,1 y i , 2 联立两式：y i ,1
K i ,1 y i , 2
y i ,l
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。
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
分配与非分配组分
根据组分是否在精馏塔的两端都出现，可分为分配 组分(distributing component)和非分配组分 (nondistribution component)。 分配组分：塔顶、塔底同时出现 非分配组分：只在塔顶活塔底出现的组分
多组分分离顺序的选择_2022年学习资料
3、多组分分离序列-远-1-BCD-AC亚-CID
3、多组分分离序列-ABICD-CID
3、多组分分离序列-BICD-ABCD-CID
3、Байду номын сангаас组分分离序列-日-t
二、安排分离流程的一些经验规测-1、首选分离方法为能量分离剂的方法（如普-通精馏-●其次选用是使用物质分离 的方法（如吸-收，液液萃取和特殊精馏-。-●关键组分的相对挥发度小于1.05时，普通-精馏在经济上不合算
考考你-是非：分离过程的最小功为当分离过程可逆-时，分离所消耗的功-X-是非：分离程度越高，分离过程的最小 越大
思考题-1、分离最小功的条件是什么，说明什么是完-全可逆。-2、精馏过程的不可逆性表现在哪些方面？节-省精 过程能耗有哪些措施？-3、试列举确定多组分分离顺序的经验法所包-含的主要规则。
参考文献-14.赵彩虹，广义最小偏差排序方法确定多组-份分离过程最佳序列，吉林化工学院学报，-1994年0 期-15.董宏光，秦立民，姚平经.设计演化算法实-现精馏分离序列优化综合.化工科技，2005，-01-16 魏哲如，董宏光，钱建华.基于神经网络混-合整数线性规划的精馏分离序列优化综合.当-代化工，2004，05
5、量多的组分先分-6、分离要求高和最困难分离的组分后分。-7、有特殊组分的要先分-K
参考文献-1.许世兵，余晖，精馏分离与节能，-精细秘紅-中间体，2001年06期-2.李会泉，祝刚，王世广 复杂精馏塔的用能分-析法，高校化学工程学报，1998年02期-3.姚阳照，浅谈精馏塔的节能设计，化工设-计 999年06期-4.刘庆林，李鹏，张志炳，精馏节能过程非平-衡热力学分析一一模型方程的建立，高等学-校化学 报，2001年07期-5.马庆元.精骝过程的节能方法.冶金能源-2004年03期
多组分精馏简述 2
第三章 多组分精馏在化工原理课程中，对双组分精馏和单组分吸收等简单传质过程进行过较详尽的讨论。
然而，在化工生产实际中，遇到更多的是含有较多组分或复杂物系的分离与提纯问题。
在设计多组分多级分离问题时，必须用联立或迭代法严格地解数目较多的方程，这就是说必须规定足够多的设计变量，使得未知变量的数目正好等于独立方程数，因此在各种设计的分离过程中，首先就涉及过程条件或独立变量的规定问题。
多组分多级分离问题，由于组分数增多而增加了过程的复杂性。
解这类问题，严格的该用精确的计算机算法，但简捷计算常用于过程设计的初始阶段，是对操作进行粗略分析的常用算法。
§3-1分离系统的变量分析设计分离装置就是要求确定各个物理量的数值，但设计的第一步还不是选择变量的具体数值，而是要知道在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。
一、设计变量1.设计变量⎩⎨⎧-=：可调设计变量固定设计变量a x c v i N N N N N :v N ：描述系统所需的独立变量总数。
c N ：各独立变量之间可以列出的方程式数和给定的条件，为约束关系数。
要确定i N ，需正确确定v N 和c N ，一般采用郭慕孙发表在AIchE J （美国化学工程师学会），1956（2）：240-248的方法，该法的特点是简单、方便，不易出错，因而一直沿用至今。
郭氏法的基本原则是将一个装置分解为若干进行简单过程的单元，由每一单元的独立变量数e v N 和约束数e c N 求出每一单元的设计变量数e i N ，然后再由单元的设计变量数计算出装置的设计变量数E i N 。
在设计变量i N 中，又被分为固定设计变量x N 和可调设计变量a N ，x N 是指确定进料物流的那些变量（进料组成和流量）以及系统的压力，这些变量常常是由单元在整个装置中的地位，或装置在整个流程中的地位所决定，也就是说，实际上不要由设计者来指定，而a N 才是真正要由设计者来确定的，因此郭氏法的目的是确定正确的a N 值。
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为什么要简捷计算?????
是进一步学习逐板法，矩阵法的基础；
能加快设计进度；
适用于多种方案比较。
该法的计算结果可以为严格计算提供初值
A
24
1、关键组分的确定及其回收率
(1)关键组分的定义：
关键组分有轻、重关键组分之分； 重关键组分hk(heavy key),在塔顶流出物中要
严格控制其浓度的组分 轻关键组分lk(light key),在塔釜产品中要严格
A 简捷法计算只解决分离过程中级数、进料与产品组成间的 关系，而不涉及级间的温度与组成的分布
B 将多组分溶液简化为一对关键组分的分离 C 物料衡算按清晰分割计算，求得塔顶和塔釜的流量和组成 D 用芬斯克公式计算最少理论板数 E 用恩德伍德公式计算最小回流比 F 用吉利兰关联图求得理论板数N
A
23
三、简捷计算法（群法）
A
33
2、清晰分割的物料平衡
A
34
2、清晰分割的物料平衡
Zi, 进料组成
TF, 进料温度 JF, 进料板位置 Pj, 各组压力 N, 全塔板数
Tj, 各板温度 Lj,Vj, 各板流量 xij,yij, 各板汽液组成 Hj,hj, 各板汽液相焓
HF, 进料焓
Kij, 各板和个组分的相平衡常数
qr,qc,
冷凝器和再沸器热负荷
Σ
A
变量数
1 C 1 1 N 1 N 2N 2CN 2N 1 C(N+1) 2
分离工程
河北科技大学
刘玉敏
A
1
第三节 多组分精馏
1、变量分析 2、简捷计算法 3、逐板计算法
A
2
第三章 主要内容
3.1分离系统的变量分析
3.2多组分精馏过程
3.3特殊精馏
掌握
3.3.1萃取精馏
3.3.2恒沸精馏
3.4复杂精馏
掌握
了解 重点掌握
A
3
本章要求：
1）了解分离系统的变量分析； 2）了解多组分精馏过程与二组分精馏的比较分
A
17
三、多组分精馏过程的复杂性
①求解方法 二组分精馏：无需试差 多组分精馏：反复试差求解
②摩尔流率 二组分精馏：在进料板处液体组成有突变，各板的 摩尔流率基本为常数 多组分精馏：液、汽流量有一定的变化，但液汽比 接近于常数
A
18
二组分精馏 流量、温度、 浓度分布
A
19
苯、甲苯、异丙苯精馏 塔内3）掌握清晰分割和不清晰分割物料衡算的计算
方法。简捷法计算算精馏过程的步骤。 4）掌握萃取精馏原理和萃取剂选择性的定义和
影响因素以及萃取剂的选择。
A
4
本章要求：
5）了解萃取精馏流程和萃取精馏过程的计算； 6）了解共沸物的特性和共沸组成的计算，三元物
系组成的表示方法，掌握共沸精馏过程共沸 剂的确定； 7）掌握简捷计算法计算萃取精馏和共沸精馏过程 的理论板数； 8）了解复杂精馏的定义及其过程。
14
(3)总变量数Ni ：
Ni= N0-NC = [3CN+6N+2C+7]-[3CN+6N+C+1] =C+6
A
15
2、独立变量的指定方案
Ni= N0-NC=C+6
通常在实际设计时，以下条件是必须给定的。
独立变量名称
变量数
进料状态(温度)T进料 1
进料组成Zi
C-1
进料量F
1
塔操作压力P
1
进料板位置
A
5
多组分精馏过程：
• 多次单级分离的串联，简称精馏
• 利用混合物中各组分的相对挥发度不同，采 用液体多次部分汽化，蒸汽多次部分冷凝等 汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变 化
• 并结合应用回流手段，使各组分分离
A
6
多组分精馏塔：
多次部分冷凝和多次部分汽化的串联设备，与 二元精馏和单级分离过程一样，多组分精馏的 计算的基本方程仍然是物平、相平和焓平三个 方程，计算方法有简捷法、逐板法和矩阵法等。
1
Σ
C+3
还有三个变量
没有给出呢????
A
16
剩下三个变量一般从下列四项中， 根据设计任务的需求进行选择。
变量名称
变量数
某一组分在塔顶，另一组分 2
在塔釜产品中浓度(即轻重
关键组分)xDi,XWj
回流比R
1
总理论板数N
1
塔釜塔顶产品量之比D/W 1
手工计算常规定的变量
计算机计算时常采用的 指定变量
(3)回收率：
塔顶回收率：
顶D FX X F Dll10% 0塔进 顶料 产中 品轻 中关 轻 的 键 关 量 组 1键 0% 分 0组的
塔釜回收率：
釜W FW X Fyhh10% 0塔进 釜料 产中 品重 中关 重 的 键 关 量 组 1键 0% 分 0组的
A
27
1、关键组分的确定及其回收率
A
28
控制其浓度的组分
A
25
1、关键组分的确定及其回收率
(2)关键组分的确定：
轻重关键组分其挥发 度一般都是相邻的。
一般是由工艺要求所确定的！！！
例如：石油 裂解气中的 脱甲烷塔
塔顶出料 塔釜出料
H2 C10 C2= C20 C3= C30
A ……
C2=是重关键组分 C10是重关键组分
26
1、关键组分的确定及其回收率
13
3CN+6N+2C+7
(2)方程式数目NC ：
方程类别
方程数
各板各组分物平衡
CN
各板各组分相平衡
CN
各板热平衡,(包括塔顶釜)
N
分子分数加和式 xij 1 N
yij 1 N
Zi1
1
计算各板的Kij方程
CN
计算各板汽液相焓方程
2N
计算进料Ki和焓HF方程
C+1
计算各板的压力降方程
N-1
Σ
A 3CN+6N+C+1
A
7
一、多组分精馏过程分析
A
8
A
9
• 简单塔
A
10
A
11
二、设计变量（简单塔）
1、独立变量数
Ni= Nv-NC Nv为独立变量数， NC为约束方程式数， Ni为设计变量数
条件：C个组分，N块理论板的精馏塔
A
12
(1)总变量数N0 ： 令下标i---代表i组分
j---代表j第块理论板
变量
F, 进料量
苯、甲苯、异丙苯 精馏塔内温度分布
A
20
苯、甲苯、异丙苯精馏 塔内液相浓度分布
苯、甲苯、异丙苯精馏 塔内液相浓度分布
A
21
③温度分布 温度分布从再沸器到冷凝器单调下降
④组成分布（浓度） 二组分精馏：在精馏段和提馏段中段组成变化明显 多组分精馏：在进料板处各个组分都有显著的变化
A
22
三、简捷计算法（群法）
1、关键组分的确定及其回收率
A
29
1、关键组分的确定及其回收率
A
30
1、关键组分的确定及其回收率
A
31
苯、甲苯、异丙苯精馏塔内液相浓度分布
A
32
2、清晰分割的物料平衡
物料平衡有两个目的： ①进行产物分布，产量估计。 ②建立操作线方程
物料衡算有两种方法：
①清晰分割的物料衡算
②不清晰分割的物料衡算
是进一步学习逐板法，矩阵法的基础；
能加快设计进度；
适用于多种方案比较。
该法的计算结果可以为严格计算提供初值
A
24
1、关键组分的确定及其回收率
(1)关键组分的定义：
关键组分有轻、重关键组分之分； 重关键组分hk(heavy key),在塔顶流出物中要
严格控制其浓度的组分 轻关键组分lk(light key),在塔釜产品中要严格
A 简捷法计算只解决分离过程中级数、进料与产品组成间的 关系，而不涉及级间的温度与组成的分布
B 将多组分溶液简化为一对关键组分的分离 C 物料衡算按清晰分割计算，求得塔顶和塔釜的流量和组成 D 用芬斯克公式计算最少理论板数 E 用恩德伍德公式计算最小回流比 F 用吉利兰关联图求得理论板数N
A
23
三、简捷计算法（群法）
A
33
2、清晰分割的物料平衡
A
34
2、清晰分割的物料平衡
Zi, 进料组成
TF, 进料温度 JF, 进料板位置 Pj, 各组压力 N, 全塔板数
Tj, 各板温度 Lj,Vj, 各板流量 xij,yij, 各板汽液组成 Hj,hj, 各板汽液相焓
HF, 进料焓
Kij, 各板和个组分的相平衡常数
qr,qc,
冷凝器和再沸器热负荷
Σ
A
变量数
1 C 1 1 N 1 N 2N 2CN 2N 1 C(N+1) 2
分离工程
河北科技大学
刘玉敏
A
1
第三节 多组分精馏
1、变量分析 2、简捷计算法 3、逐板计算法
A
2
第三章 主要内容
3.1分离系统的变量分析
3.2多组分精馏过程
3.3特殊精馏
掌握
3.3.1萃取精馏
3.3.2恒沸精馏
3.4复杂精馏
掌握
了解 重点掌握
A
3
本章要求：
1）了解分离系统的变量分析； 2）了解多组分精馏过程与二组分精馏的比较分
A
17
三、多组分精馏过程的复杂性
①求解方法 二组分精馏：无需试差 多组分精馏：反复试差求解
②摩尔流率 二组分精馏：在进料板处液体组成有突变，各板的 摩尔流率基本为常数 多组分精馏：液、汽流量有一定的变化，但液汽比 接近于常数
A
18
二组分精馏 流量、温度、 浓度分布
A
19
苯、甲苯、异丙苯精馏 塔内3）掌握清晰分割和不清晰分割物料衡算的计算
方法。简捷法计算算精馏过程的步骤。 4）掌握萃取精馏原理和萃取剂选择性的定义和
影响因素以及萃取剂的选择。
A
4
本章要求：
5）了解萃取精馏流程和萃取精馏过程的计算； 6）了解共沸物的特性和共沸组成的计算，三元物
系组成的表示方法，掌握共沸精馏过程共沸 剂的确定； 7）掌握简捷计算法计算萃取精馏和共沸精馏过程 的理论板数； 8）了解复杂精馏的定义及其过程。
14
(3)总变量数Ni ：
Ni= N0-NC = [3CN+6N+2C+7]-[3CN+6N+C+1] =C+6
A
15
2、独立变量的指定方案
Ni= N0-NC=C+6
通常在实际设计时，以下条件是必须给定的。
独立变量名称
变量数
进料状态(温度)T进料 1
进料组成Zi
C-1
进料量F
1
塔操作压力P
1
进料板位置
A
5
多组分精馏过程：
• 多次单级分离的串联，简称精馏
• 利用混合物中各组分的相对挥发度不同，采 用液体多次部分汽化，蒸汽多次部分冷凝等 汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变 化
• 并结合应用回流手段，使各组分分离
A
6
多组分精馏塔：
多次部分冷凝和多次部分汽化的串联设备，与 二元精馏和单级分离过程一样，多组分精馏的 计算的基本方程仍然是物平、相平和焓平三个 方程，计算方法有简捷法、逐板法和矩阵法等。
1
Σ
C+3
还有三个变量
没有给出呢????
A
16
剩下三个变量一般从下列四项中， 根据设计任务的需求进行选择。
变量名称
变量数
某一组分在塔顶，另一组分 2
在塔釜产品中浓度(即轻重
关键组分)xDi,XWj
回流比R
1
总理论板数N
1
塔釜塔顶产品量之比D/W 1
手工计算常规定的变量
计算机计算时常采用的 指定变量
(3)回收率：
塔顶回收率：
顶D FX X F Dll10% 0塔进 顶料 产中 品轻 中关 轻 的 键 关 量 组 1键 0% 分 0组的
塔釜回收率：
釜W FW X Fyhh10% 0塔进 釜料 产中 品重 中关 重 的 键 关 量 组 1键 0% 分 0组的
A
27
1、关键组分的确定及其回收率
A
28
控制其浓度的组分
A
25
1、关键组分的确定及其回收率
(2)关键组分的确定：
轻重关键组分其挥发 度一般都是相邻的。
一般是由工艺要求所确定的！！！
例如：石油 裂解气中的 脱甲烷塔
塔顶出料 塔釜出料
H2 C10 C2= C20 C3= C30
A ……
C2=是重关键组分 C10是重关键组分
26
1、关键组分的确定及其回收率
13
3CN+6N+2C+7
(2)方程式数目NC ：
方程类别
方程数
各板各组分物平衡
CN
各板各组分相平衡
CN
各板热平衡,(包括塔顶釜)
N
分子分数加和式 xij 1 N
yij 1 N
Zi1
1
计算各板的Kij方程
CN
计算各板汽液相焓方程
2N
计算进料Ki和焓HF方程
C+1
计算各板的压力降方程
N-1
Σ
A 3CN+6N+C+1
A
7
一、多组分精馏过程分析
A
8
A
9
• 简单塔
A
10
A
11
二、设计变量（简单塔）
1、独立变量数
Ni= Nv-NC Nv为独立变量数， NC为约束方程式数， Ni为设计变量数
条件：C个组分，N块理论板的精馏塔
A
12
(1)总变量数N0 ： 令下标i---代表i组分
j---代表j第块理论板
变量
F, 进料量
苯、甲苯、异丙苯 精馏塔内温度分布
A
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苯、甲苯、异丙苯精馏 塔内液相浓度分布
苯、甲苯、异丙苯精馏 塔内液相浓度分布
A
21
③温度分布 温度分布从再沸器到冷凝器单调下降
④组成分布（浓度） 二组分精馏：在精馏段和提馏段中段组成变化明显 多组分精馏：在进料板处各个组分都有显著的变化
A
22
三、简捷计算法（群法）
1、关键组分的确定及其回收率
A
29
1、关键组分的确定及其回收率
A
30
1、关键组分的确定及其回收率
A
31
苯、甲苯、异丙苯精馏塔内液相浓度分布
A
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2、清晰分割的物料平衡
物料平衡有两个目的： ①进行产物分布，产量估计。 ②建立操作线方程
物料衡算有两种方法：
①清晰分割的物料衡算
②不清晰分割的物料衡算