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1、6.8 多组分精馏, 相平衡常数是温度、压力及浓度的函数。, 汽、液平衡关系复杂, 物料衡算关系复杂, 各有C-1个操作线方程。,多组分精馏的特点：, 分离程度的确定比较复杂根据塔分离工艺要求和物流特点，规定两个特定组分的分离程度，其余组分的分离程度则由分离的流程和操作情况等条件所决定。, 流程方案的选定比较复杂 需要的塔多 若要将一混合物完全分离成纯组份产品的分离称之为锐分离，需多塔操作。采用简单塔操作时C个组分，需C -1个塔。 流程方案多 分离C个组分的混合物，锐分离的序列数为：,每个序列需要精馏塔（C-1）个。,6.8.1 分离序列的选择,（1）一般确定原则, 减少组分汽化次数，降低能
2、耗。直接序列（顺序流程）：按混合物中组分沸点递升排序，轻组分依次从塔顶分离出去。,例：四组分A、B、C、D混合物的分离,保证产品质量原则： 高纯度产品在塔顶采出； 热敏性、易分解或聚合的物料优先分出，减少受 热次数。, 经济性原则： 尽可能考虑到减少设备费和操作费，易腐蚀、 有毒的组分先分出去； 难分离的最后分，此时，气体负荷小、塔径小。, 操作管理方便原则：,说明：以上原则是在用普通精馏塔一进二出， 分离出较纯的单一组分为前提下得到的。,（2）多组分分离序列综合 研究始于20世纪70年代，研究方法有： 试探法、调优法、数学规划法等。,6.8.2 全塔物料衡算,（1）关键组份及分离要求的规定,
3、关键组份：根据塔的主要分离目的，选取两组份规定分离要求。规定其中较难挥发的组份在塔顶不得高于某一允许值，易挥发组份在塔底不得高于某值。 轻关键组份（l）: 挥发度较大的关键组份； 重关键组份（h）: 挥发度较小的关键组份。,非关键组份： 比轻关键组分更轻的组分称为轻非关键组分； 比重关键组分更重的组分称为重非关键组分。,（2）非关键组份在两端产品中的分配,作为设计型计算，求N，欲知qnD， qnW，必需知 xwi和xDi，但xwi 、 xDi 又和N有关，故需试差。,分离要求规定：通过规定关键组分的分离要求，对塔的分离结果进行控制。规定方式有：, 规定轻关键组份在塔顶的组成和重关键组分在塔底的
4、组成； 规定轻关键组分在塔顶组成及回收率； 规定重关键组分在塔底组成及轻关键组分在塔顶的回收率。,估算方法：, 非清晰分割,不满足清晰分割的条件，采用近似方法估计。,给定条件：轻关键组分在馏出液中的回收率; 重关键组分在釜液中的回收率。, 清晰分割,比轻关键组份更轻的各组分均从塔顶蒸出，比重关键组份更重的组分，均从塔底排出，且两关键组分为相邻组分，称为清晰分割。可以进行严格的计算。,方法：享斯特别克法（Hengsteback） 假设： (a) 各组份在馏出液和釜液中的流率分配与回流比无关； (b) 非关键组分在产品中的分配情况与关键组分的相同。,回流比为无限大时，对轻、重关键组分由芬斯克方程得
5、：,其中：,所以,根据假定（b），对任意组份与重关键组份来说，也有：,或：,故有：,=已知数,于是有：,又,6.8.3 多组份精馏的最小回流比,(1) 多组份精馏的恒浓区 在最小回流比条件下， 上恒浓区进料板以上 下恒浓区进料板以下,(2) 最小回流比的求法,恩德伍德公式(Underwood),说明：使用该式其相对挥发度的基准组分为重关键组份。 介于轻重关键组分相对挥发度之间，多用试差法求解。,适用条件：ih可取为常数（塔两端相对挥发度的平均值）； 汽液两相符合恒摩尔流假设； 轻重关键组分为相邻组分。,6.8.4 多组份精馏塔理论塔板数的计算,（1） 简捷法, 以轻、重关键组分为依据，利用芬斯
6、克公式求Nmin 。, 用Underwood公式求取 Rmin；, 根据Rmin，选取适宜的R，利用吉利兰关联图求取所需的NT。,（2）逐板计算法,计算前提： 恒摩尔流假定成立； 各组分的相对挥发度可近似作为常数处理。 计算步骤：, 确定馏出液和釜液流率qnD、qnW及组成xDi、xwi；,- 刘易斯-麦迪逊（L-M）法, 计算最小回流比，确定适宜操作回流比；, 确定操作线方程。, 确定相平衡方程,式中：, 逐板计算求解理论塔板数当关键组份居中时，可分别从塔顶和塔底逐板计算，求解精馏段和提馏段的理论板数，进而求得总理论板数。,为两关键组分操作线交点横坐标的比值。,第n 块板为进料板,在进料处，
7、轻、重关键组分满足以下条件：,精馏段从上至下，依次使用相平衡关系和物料衡算关系，,提馏段从下至上计算，直至满足：,xni与xmi不一致，称为不契合 。产生不契合的原因：两端产品组成的浓度是估算值。解决办法：调整塔两端产品中非关键组分的组成及产品流量 直至契合满足规定的要求。,第m块板为进料板， m 为提馏段理论塔板数。 总理论板数：,（含再沸器）,6.8.5 精馏过程的节能, 精馏是耗能较高的单元操作，在产品生成成本中占有较大的比重； 用能过程，尤其是热能的使用过程，对热能不仅有量的要求，而且有质或品位的要求； 用能过程是能量贬值的过程，是有效能损失的过程，而不是能在量上的减少。,精馏过程节能
8、技术： 精馏塔设计和操作参数的优化； 多组分分离序列的选择； 精馏与过程系统的能量集成； 选择适宜的分离方法替代精馏。,（1）精馏塔设计和操作参数的优化 适宜回流比和理论板数的选择； 适宜进料位置的选择； 进料热状态的选择； 操作压力的选择。,（2）多组分分离序列的选择,不同序列分离相同产品的成本不同，应选取最适宜的分离序列。,（3）精馏在过程系统内的能量集成,精馏过程的用能与系统的用能统一考虑的技术。, 多效蒸馏,高低压双效精馏流程:, 中间再沸器和中间冷凝器,中间再沸器：目的：节省高品位热源。,代价：中沸器下方塔板分离能力被削弱。,中间冷凝器,目的：减少主冷凝器高品位冷剂的用量，以减少能耗。,代价：其下方的塔板的分离能力有所下降。,塔增加中沸器及中冷器对塔分离的影响,
