多组分分离过程的设计

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1、ANYANGINSTITUTEOFTECHNOLOGY本科课程设计多组分分离过程的设计系（院）名称：化学与环境工程学院专业班级：化学工程与工艺学生姓名：刘威指导教师姓名：樊晓芳2014年10月前言1第一章多组分拟二元相平衡21.1引言21.2拟二元集总组分的概念21.3精馏过程数学模型31.4分离过程综合研究的意义3第二章基于模拟软件的多组分精馏拟二元简捷设计42.1引言42.2问题描述42.3拟二元法用于多组分精馏塔的设计4图2-1拟二元简捷设计法的设计框图52.3.1拟二元相平衡的确定52.3.2计算最小回流比72.3.3验证最小回流比82.3.4计算

2、最少理论板数82.3.5计算操作回流比和理论板数82.4实例分析82.4.1实例182.5本章小结10第三章基于迭代的拟二元逐级计算的多组分精馏设计法113.1引言113.2基于迭代的拟二元逐级计算法的设计过程113.2.1问题的提出113.2.2逐级计算法进行严格模拟113.2.3拟二元法计算最小回流比123.2.4迭代计算最小回流比133.2.5理论板数的求取和进料板位置的确定133.2.6计算步骤143.3计算实例143.3.1实例1143.4本章小结15结论16致谢17参考文献18I多组分分离过程的设计摘要:分离过程的设计通常以系统的总费用最小为目

3、标，涉及选择适宜的分离方法，确定最优的分离序列，实现系统热集成等环节，是化工过程系统工程研究的重要问题之一。对多组分分离过程，相平衡模型及计算方法是过程设计最关键也是最复杂的环节，然而目前仍未有更简单有效的针对多组分相平衡问题的计算方法。本文在分析多组分分离过程本身特性的基础上，提出了一种基于拟二元法的相平衡计算方法，并将该法用于分离过程设计问题的研究。提出基于迭代的拟二元逐级计算的多组分精馏塔的设计法。首先采用基于优化的逐级计算法计算每块塔板上各物质的组成，然后进行拟二元精馏过程的设计。实例研究表明：这一方法也可以容易的得到多组分精馏的最小回流比和最少理

4、论板数；而且也适用于理想、非理想体系，对恒沸精馏该方法也能得到比较好的结果。提出一种多组分精馏塔的简捷设计法。实例研究表明，这一方法很容易得到多组分精馏的最小回流比和最少理论板数；既可以用于理想的精馏体系又可以用于非理想的精馏体系；对于有夹带剂加入的恒沸精馏过程，这一方法仍然适用。关键词：多组分分离，设计，拟二元，精馏I前言分离过程的设计通常以系统的总费用最小为目标，涉及选择适宜的分离方法，确定最优的分离序列，实现系统热集成等环节，是化工过程系统工程研究的重要问题之一。而精馏是目前最重要的多组分分离操作，由于其只需要提供能量和冷却剂就能得到高纯度的产品，且

5、操作简单，因此被广泛应用。但是，精馏的实现需要以能量作为过程进行的推动力，其能耗在整个过程工业中占有重要的位置。为了进一步提高精馏分离过程的可操作性、安全性、经济性以及灵活性，对精馏过程的设计和综合就显得越来越重要。精馏塔的简捷设计法一般用于过程设计的初始阶段和经验估算。过程综合问题的求解过程一般涉及塔的设计计算，也多采用简捷设计法，而且精馏塔的简捷设计计算还可为严格算法提供比较合理的理论板数、回流比和加料板位置的初值。所以对多组分精馏塔简捷设计的研究仍然具有重要的意义。关于精馏的研究诸多，例如：为达到指定分离要求而需要的最小理论板数的求解，计算最小回流比

6、的方法等。这些简捷法结合了理论与实际经验产生了许多不同的方法，在精馏过程综合中得到了有效的应用。有关精馏塔简捷设计的研究，前人的工作是卓有成效的。但由于多组分精馏过程的复杂性，以往的设计方法或者对精馏的组分数有所限制或者仅适用于某些特定的精馏体系。在前人工作的基础上结合前述多组分精馏简捷设计研究的不足。本次设计通过对多组分精馏的研究，提出多组分精馏简捷设计的新方法。具体研究内容如下：(1)对多组分精馏过程进行研究和分析，以拟二元集总组分的概念描述多组分体系，对拟二元相平衡关系进行推导，在此基础上建立拟二元简捷设计模型，并发展两种设计方法。(2)对多组分精馏

7、的典型实例进行设计计算，以验证设计方法的有效性与合理性。17第一章多组分拟二元相平衡1.1引言气液相平衡关系是精馏塔设计的基础。对于二元精馏体系，按照相律法则，体系有四个变量和两个自由度。如果一个变量被确定，那么另外三个变量中只有一个变量可以无约束自由变化。但是多组分精馏体系要比二元精馏体系复杂的多。对于有n个组分的体系就有n个变量可以独立变化，除了压强恒定外，还需知道(n-1)个其它变量，才能确定此平衡物系，多组分精馏的平衡线图也很难精确得到，到目前为止还没有满意的结果。对于恒沸精馏过程，即使原溶液为二组分溶液，由于加入了恒沸剂，也成为三组分溶液，因此恒

8、沸精馏应按多组分精馏来处理，且为非理想溶液体系。为了解决多组分精馏