天津大学化工分离工程教案第3章多组分精馏和特殊精馏

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1、分离过程第3章多组分精馏和特殊精馏主要内容及要求：深入理解多组分精馏过程，会分析；掌握多组分精馏的简捷计算方法；掌握萃取精馏和共沸精馏的原理和过程分析。1精馏塔中的平衡级就是一简单绝热闪蒸级。2第3章多组分精馏和特殊精馏3.1多组分精馏过程3.2萃取精馏和共沸精馏3.3反应精馏3.4加盐精馏√√33.1多组分精馏过程3.1.1多组分精馏过程分析3.1.2最小回流比3.1.3最少理论塔板数和组分分配3.1.4实际回流比和理论板数3.1.5多组分精馏的简捷计算方法43.1.1多组分精馏过程分析一、关键组分（KeyComponents）多组分精馏过程分析就是分析精馏塔内的温度、流率和浓度分布。F

2、Na=串级数(2)＋分配器(1)＋侧线采出(0)＋传热单元(2)=5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。余下的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。5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。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。其中相对易挥发的组分称为轻关键组分（LK），相对不易挥发的组分称为重关键组分（HK）。多组

3、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6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之外，没有其它轻组分。7二、多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。下面通过实例分别对二组分精馏和多组分精馏过程分析进行比较。8二组分精馏实例：苯－甲苯图3-1二组分精馏流率、温度、浓度分布9三组分精馏实例

4、：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯图3-2三组分精馏流量分布图3-3三组分精馏温度分布10四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯图3-6四组分精馏液相组成分布11多组分精馏与二组分精馏在含量分布上的区别：（1）关键组分含量存在极大值；（2）非关键组分通常是非分配的，即重组分通常仅出现在釜液中，轻组分仅出现在馏出液中；（3）重、轻非关键组分分别在进料板下、上形成几乎恒浓的区域；（4）全部组分均存在于进料板上，但进料板含量不等于进料含量。12精馏过程的内在规律：在精馏塔中，温度分布主要反映物流的组成，而总的级间流量分布则主要反映了热衡算的限制。133.1.2最小回流比

5、（Rm）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。二组分精馏：最小回流比下，进料板上下出现恒浓区或称夹点。恒浓区14多组分精馏中的恒浓区（1）轻、重组分均为非分配组分：重组分恒浓区轻组分恒浓区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塔段的中部。同理，轻组分恒浓区出现在提馏段中部。15（2）重组分为非分配组分，轻组分为分配组分：重组分恒浓区轻组分恒浓区（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16（4）轻、重组分均为分配组分：重组分恒浓区轻组分恒浓区最

6、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？17计算最小回流比的Underwood（恩德伍德）公式：假设：1、各组分相对挥发度是常数；2、塔内汽液相流率为恒摩尔流。Underwood（恩德伍德）公式：（3-1）18Underwood（恩德伍德）公式中参数的含义：（3-1）i—组分i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193.1.3最少理论板数（Nm）和组分分配1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料

7、。全回流对应最少理论板数，但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，研究传质影响因素。3、工程设计中，必须知道最少板数。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；（若采用分凝器，则分凝器为第1块塔板）；2、所有板都是理论板。从塔顶向下排序，由相对挥发度的定义有：对第2块板作物料衡算：全回流下，D=0（3-2）21因此：同理：两式相除