第4章 精馏计算(4,5)(拓展)

Companyname多元精馏过程：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。大部分的精馏过程中，处理对象为多元混合组成，多元精馏即多组分精馏。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。4.4多元精馏的简捷计算Companyname多元精馏的简捷计算温度分布：温度分布从再沸器到冷凝器单调下降产品组成二组分精馏：塔顶和塔底的产品组成可以唯一地确定多组分精馏：塔顶和塔底的产品组成不能完全确定求解方法二组分精馏：无需试差多组分精馏：反复试差求解摩尔流率二组分精馏：在进料板液相组成有突变，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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多元精馏过程特点：二组分精馏流量、温度、浓度分布苯、甲苯、异丙苯精馏塔内汽液流量分布苯、甲苯、异丙苯精馏塔内温度分布苯、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Companyname多组分精馏过程分析4.4多元精馏的简捷计算Companyname简单塔4.4多元精馏的简捷计算Companyname多组分精馏过程分析关键组分（KeyComponents）FNa=串级数(2)＋分配器(1)＋侧线采出(0)＋传热单元(2)=5(可调设计变量）4.4多元精馏的简捷计算Companyname已被指定的可调变量：（1）进料位置；（2）回流比；（3）全凝器饱和液体回流或冷凝器的传热面积或馏出液温度。剩余的2个可调设计变量往往用来指定组分在馏出液和釜液中的浓度。对于两组分精馏，指定馏出液中一个组分的浓度，就确定了馏出液的全部组成；指定釜液中一个组分的浓度，也就确定了釜液的全部组成。多组分精馏过程分析Companyname对于多组分精馏，待定设计变量数仍是2，所以只能指定两个组分的浓度，其他组分的浓度则相应确定。通常，把由设计者指定分离要求的这2个组分称为关键组分(keycomponent)。挥发度大的组分，称轻关键组分，LK(light)挥发度小的组分，称重关键组分，HK(heave)多组分精馏过程分析Companyname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。多组分精馏过程分析Companyname为中间关键组分—为重组分，表示：—为轻组分，表示：—若：ihhhihlHNKihhhiLNKihlhi:::对于精馏中的非关键组分：设为非关键组分i对HK的相对挥发度。ih多组分精馏过程分析Companyname多组分精馏物系组成：轻非关键组分（LNK），轻组分轻关键组分（LK）中间组分重关键组分（HK）重非关键组分（HNK），重组分多组分精馏过程分析Companyname关键组分的特点:◆LK和HK形成分离界线，且αlh越小，分离越难。◆精馏中：LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制。◆只有无LNK，且αlh较大，塔顶可采出纯LK;只有无HNK，且αlh较大，塔釜可采出纯HK。重轻；WhWDlD多组分精馏过程分析Companyname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。定义：塔顶、塔釜同时出现的组分—分配组分只在塔顶或塔釜出现的组分—非分配组分一般：LK、HK和中间关键组分为分配组分；非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分。清晰分割(sharpsplitorsharpseparation)：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之外，没有其它轻组分。多组分精馏过程分析Companyname关键组分的指定方法◆指定回收率：jDl、jWh◆指定控制量：xDl或xDh、xWh或xWl注意：同一组分，规定了一端的回收率，另一端的量已确定。不能重复！多组分精馏过程分析Companyname多元精馏的简捷计算全回流条件下的最小理论板数全回流是精馏操作的一种极端情况，即在塔顶和塔底的分离要求下，全回流时所需理论板数最小。RmRNmN当R∞时，N=Nm当N∞时，R=RmR=L/D,只有当D=0时，R=∞,即全回流时。Fenske公式计算Nmin的出发点Companyname1mimiWiLqFWyxxLqFWLqFWR-线方程S-线方程R=∞时，F=W=D=0时，代入得在全回流时，不论在精馏段还是提馏段，下一板上升的蒸汽与上一板下降的液体组成相同。Ln=Vn+1可以全用下标n来表示全塔各相邻板情况：1niniyx①全回流时全塔操作线方程全回流条件下的最小理论板数Companyname当在全塔范围内变化不大时，可以用一个平均的代替所有的，可以用全塔的几何均值来表示：irir11......NWNN1lglgirWixrxDrxixmN(a)塔顶为全冷凝器时：(b)塔顶为分冷凝器时：2lglgirWixxDryiymrN全回流条件下的最小理论板数Companyname公式的表示形式：lglgxxLKHKxxHKLKDWmLKHKN•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）。全回流条件下的最小理论板数Companyname公式的适用范围和讨论：对于轻重关键组分：要求分离度越高，反之相反。WlhxxmN关键组分挥发度相近，反之相反。lhlgmN全回流条件下的最小理论板数Companyname*全回流，恒摩尔流，α在全塔范围内变化不大为基础。一般取或釜顶3进釜顶*任意一对组分，适用于二元精馏，也适用于多元精馏。*Nm与进料组成和进料状态无关，也与组成的表示方法无关。*全回流通常作为精馏塔开工操作和调节的主要手段，用于塔级和填料传质效率的研究和测定。Fenske公式的适用范围和讨论：全回流条件下的最小理论板数Companyname非关键组分的分布在实际部分回流时，可以用全回流近似法假定各组分在塔顶和塔底产品中的摩尔分率与全回流时相同，则产品中各组分的摩尔分率也可用Fenske方程计算。对于任意组分i和重关键组分，有lglgDiihWixkbxminlglglgDiDhihWiWhxxNxx上式可改写成lglgiihiDkbWCompanyname时，塔中出现恒浓区恒浓区（夹点）—精馏塔中全部浓度不变的区域。eDxWxxy恒浓区二元精馏：恒浓区：一个，出现在进料板最小回流比时：多元精馏分离的最小回流比Companyname多元精馏特点：▼各组分相互影响，存在上、下恒浓区；▼所有进料组分中有非分配组分的影响；▼恒浓区位置不一定在进料板处。多元精馏分离的最小回流比Companyname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，这一段不可能是恒浓区，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。重组分恒浓区轻组分恒浓区多元精馏分离的最小回流比Companyname（2）重组分为非分配组分，轻组分为分配组分：（3）重组分为分配组分，轻组分为非分配组分：重组分恒浓区轻组分恒浓区重组分恒浓区轻组分恒浓区多元精馏分离的最小回流比Companyname（4）轻、重组分均为分配组分：重组分恒浓区轻组分恒浓区多元精馏分离的最小回流比最小回流比条件下会出现恒浓区，区内无分离效果，需无穷多理论板。如何计算最小回流比？Companyname（恩德伍德）公式：mR该法假设：1.恒摩尔流2.αih在全塔可看成常数依据：恒浓区概念关联式：相平衡、物料平衡多元精馏分离的最小回流比Companyname公式：11nijFiijixq1()1nijDimmijixRij—组分i相对j的相对挥发度；(xiD)m—最小回流比下馏出液中组分i的摩尔分数；xiF—进料中组分i的摩尔分数；q—进料热状态参数（进料液相分率）；—方程的根。以全回流下的xiD代替取LKHK的根多元精馏分离的最小回流比Companyname代入第一式中将试差确定在第二式中设解法：.2.1，最后取平均值。几个，解出之间试差出几个挥发度不相邻，可在、注意：若rlmRHKLKqrhaa,多元精馏分离的最小回流比Companyname有了实际回流比和最少理论板数，求实际理论板数常用的经验方法有：Gilliland图、Erbar-Maddox图。适用于相对挥发度变化不大的情况适用于非理想性较大的情况理论板数的计算Companyname图和拟合形式:用Gilliand图简便、但不准确，回归的经验式为：0.50.5668lg0.90.17154.411exp11117.20.750.75YXXXYXXYX理论板数的计算其中11mmmmmNNRRNNNRRRNN—（，包括釜）由、、11mmRRNNXYRN；由回流比R和最小回流比Rm计算X，再由关联式计算Y，得理论板数N：1mYNNYCompanyname确定进料板位置FD,xDW,xWZF以进料板为分界线使得：ZFxD为精馏段，设理论板数为n.ZFxW为提馏段，设理论板数为m.n/m=????什么是最佳进料板位置？？理论板数的计算Companyname