化工分离过程(第89讲)(3.2多组分精馏过程分析).ppt

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1、化工分离过程ChemicalSeparationProcesses第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算2第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算多组分精馏：组分数c>2求解的变量数目较多——变量分析塔内分布复杂——过程分析计算简捷法：芬斯克—恩德伍德—吉利兰法（FUG）萃取精馏简化法共沸精馏图解法吸收因子法逆流萃取集团法逐板法：严格计算法（第四章内容）3第三章多组分多级分离过程分析与简捷计算3.1设计变量3.2多组分精馏过程（普通精馏）3.2.1多组分精馏过程分析3.2.2最小回流比3.2.3最少理论塔板数和组分分配

2、3.2.4实际回流比和理论板数3.3萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏）3.4吸收和蒸出（解吸）过程3.5萃取过程√√43.2.3最少理论塔板数和组分分配最少理论板数（对应全回流）由于全回流操作时，使每块理论板分离能力达到最大，完成相同的分离要求，所需理论板最少，并称其为最少理论板数。意义：操作前的准备工作测出Nm53.2.3最少理论塔板数和组分分配1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。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？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

3、数。63.2.3最少理论塔板数和组分分配Fenske（芬斯克）公式推导前提芬斯克推导了全回流时二组分和多组分精馏的严格解。塔顶采用全凝器,假设所有板都是理论板,从塔顶第一块理论板往下计塔板序号。7（3-5）3.2.3最少理论塔板数和组分分配Fenske方程推导过程：从塔顶向下排序，由相对挥发度的定义有：对第1块板和全凝器作物料衡算：全回流下D=0（3-4）83.2.3最少理论塔板数和组分分配因此：同理：两式相除，可得：代入（3-4）式：（3-4）可得：93.2.3最少理论塔板数和组分分配再由相平衡关系可得：由物料衡算：可得：依此类推到塔釜：（3-7）10

4、3.2.3最少理论塔板数和组分分配注意：式中N为第N块理论板，再沸器为第N块理论板，塔顶最上一块板为第一块板，若用分凝器，则分凝器为第一块理论板。因为精馏塔内存在温度差，每块板上的相对挥发度不知道，因此，到此我们还不能计算出理论板，为了计算理论板，定义如下的全塔平均相对挥发度:113.2.3最少理论塔板数和组分分配将全塔平均相对挥发度代入（3-7）式：（3-8）123.2.3最少理论塔板数和组分分配Fenske方程说明：2、相对挥发度（1）方程的精度取决于相对挥发度数据的可靠性。（2）AB的近似处理：1）两点平均：2）三点平均：1、推导中未作任何假设，

5、因而是严格的。3）单点值133.2.3最少理论塔板数和组分分配3、方程的变形形式：摩尔分率可用摩尔数、体积或重量比来代替，因为换算因子可以相互抵消，得到另一种常用的一般形式：d/w称为分配比。（3-11）143.2.3最少理论塔板数和组分分配4、Fenske方程既可用于二组分精馏，也可用于多组分精馏。5、最少理论板数只与分离要求有关，与进料组成无关。6、Fenske方程可以用来计算进料板位置、各段理论板数和组分分配。（1）进料板位置：把进料当作塔顶（或塔釜）；（2）各段理论板数；（3）组分分配：将Fenske方程变形可得各组分流量分配。（3-12）153

6、.2.3最少理论塔板数和组分分配对于非关键组分i有物料衡算式：将（3-12）式与上式联立得：可求得组分i在塔顶和塔釜的量163.2.3最少理论塔板数和组分分配分离要求的给出形式：（1）规定关键组分在塔顶和塔釜的百分含量。代入以含量表示的Fenske方程：（2）规定关键组分在塔顶和塔釜的回收率。代入以回收率表示的Fenske方程：（3-11）（3-15）17例3-2:计算Nm和物料分配（取100mol/h进料为基准）已知:1.xi,F；α均2.分离要求:xh,D≤0.025;xl,W≤0.05编号组分进料fi馏出液di釜液wi总计100.0DW解:根据题意

7、，C2为LK，C3为HK，假定混合物按清晰分割法分离123456甲烷乙烷（LK）丙烯（HK）丙烷异丁烷正丁烷5.035.015.020.010.015.05.000020.00010.00015.0015.0-0.025D35.0-0.05W0.05W0.025D181.根据物料衡算可列方程组：解得：将D、W代入表中，完成物料衡算表（略）2.根据（3-11）求最少理论板数：193.核实清晰分割的合理性对于LNK，核实wi，看是否xi,w≈0＜10-4核实式：清晰分割假设对甲烷成立对于甲烷:20核实式：对于HNK，核实di，看是否xi,D≈0对于HNK：丙

8、烷(4)、异丁烷(5)和正丁烷(6)进行核算清晰分割假设对丙烷(4)不成立，须调