组分多级分离过程分析与简捷计算课件

1、组分多级分离过程分析与简捷计算1组分多级分离过程分析与简捷计算2多组分精馏：多组分精馏： 1.组分数组分数C2 2.求解数目较多方程求解数目较多方程 变量分析变量分析 3塔内分布复杂塔内分布复杂过程分析过程分析 4计算计算u简捷法：简捷法：Fenske-Undewood-Gilliland法法 共沸精馏图解法共沸精馏图解法 萃取精馏简化法萃取精馏简化法 吸收因子法吸收因子法 逆流萃取集团法逆流萃取集团法u逐板法：严格计算（非本章内容）逐板法：严格计算（非本章内容）返回组分多级分离过程分析与简捷计算3第一节第一节 设计变量设计变量第二节多组分精馏过程第二节多组分精馏过程第三节第三节 萃取精馏和共

2、沸精馏萃取精馏和共沸精馏第四节第四节 吸收和蒸出过程吸收和蒸出过程第五节第五节 萃取过程萃取过程组分多级分离过程分析与简捷计算4第一节第一节 设计变量设计变量 3.1.1 单元的设计变量单元的设计变量 3.1.2 装置的设计变量装置的设计变量返回组分多级分离过程分析与简捷计算5u设计变量设计变量：确定设计中已知变量确定设计中已知变量u例如二元精馏：例如二元精馏： 可解出：可解出：N； , ,44FWADBF xq PxxR固固有有的的个个变变量量， ，进进料料位位置置规规定定个个变变量量 对于复杂体系变量如何确定？组分多级分离过程分析与简捷计算6确定变量数目确定变量数目设计变量设计变量约束条件

3、约束条件系统中的变量数系统中的变量数设：设：CViCVNNNNN iCVNNN，如如何何确确定定组分多级分离过程分析与简捷计算7u约束条件数约束条件数 ： 物料平衡式物料平衡式 能量平衡式能量平衡式 化学平衡式化学平衡式 其它相等条件其它相等条件VN如何确定？CVNN ,u变量数变量数 ：数数出出能进能进数数出出功进功进）（换：换：股物流，且有功、能交股物流，且有功、能交若若物流数（一股）物流数（一股）自由度数（自由度数（单相）：单相）：任意单股物流（一股、任意单股物流（一股、)()(2212+ + + + + + + + + + + CNNNCCfNVVp pVN返回组分多级分离过程分析与简

4、捷计算83.1.1 3.1.1 单元的设计变量单元的设计变量 u将复杂化工装置分解成简单单元，求将复杂化工装置分解成简单单元，求 ： 42263221216300233+ + + + + + + + + + + + + + CCCeiNCCxxPPTTCeNCCeNNLiFiFFCV）（）（个个个个个个等等量量关关系系：个个能能量量衡衡算算式式：个个物物料料衡衡算算式式：）（物物流流数数：eiNeiN例1.分配器FFFPTxF,PTxLL,11PTxLL,22组分多级分离过程分析与简捷计算913431211 + + + + + + + + + ）（）（）（中中分分配配器器：例例CCexNeiN

5、eaNCCexN设计变量分：设计变量分： 固定设计变量固定设计变量 ： 进料物流变量和系统压力进料物流变量和系统压力 可调设计变量可调设计变量 ： 除除 的其他变量的其他变量eaNexNexN往往对此感兴趣！组分多级分离过程分析与简捷计算10例例2.产物为两相的全凝器产物为两相的全凝器1343124)32()73( + + + + + + + + + + + + + + + ）（）（）（其其中中：CCeaNCCexNCCCNeiLBFLAQ73123)()2(+ + + + + + + + CCCeNV）（数数出出热进热进物流数物流数方程方程数数物料衡算物料衡算C热量衡算热量衡算1相平衡相平衡

6、C二相二相T，P相等相等22C+3:eNC 可指定为平衡单元温度可指定为平衡单元温度组分多级分离过程分析与简捷计算11例例3.简单绝热操作理论板简单绝热操作理论板05212252)32()84( + + + + + + + + + + + eaNCCexNCCCNei）（其其中中：OViVOLiL84)2(4)2(+ + + + + + CCCeNV物流数物流数方程方程数数物料衡算物料衡算C热量衡算热量衡算1相平衡相平衡C二相二相T，P相等相等22C+3:eNC 组分多级分离过程分析与简捷计算12我把各种单元的设计变我把各种单元的设计变量归纳在表量归纳在表31中，你中，你可以去查哟！可以去查哟

7、！设计变量真难！返回组分多级分离过程分析与简捷计算133.1.2 3.1.2 装置的设计变量装置的设计变量由单元设计变量确定：由单元设计变量确定：ucNrNeiNuiN式式连连接接单单元元间间物物流流产产生生等等重重复复使使用用的的单单元元数数 + + uiN重复使用一种为1前面进等前面进等于后面出于后面出例例4. 简单吸收塔（简单吸收塔（N块理论板串级）块理论板串级）VN1NLN+1L1V0变变量量数数相相等等股股汽汽、液液流流量量为为多多次次重重复复使使用用理理论论板板：）（：查查表表)1(:1)(525213 + + + + NNNCNNCNuCreiei组分多级分离过程分析与简捷计算1

8、4吸收塔设计变量：吸收塔设计变量： 指定为理论板数指定为理论板数或关键组分吸收率或关键组分吸收率14222)2(52)2(2)1(1)52( + + + + + + + + + + + + + + + + + + + uxuiuauxNNNNCNCcNNCCNCNuCNrNeiNuiN）（每级压力每级压力进料变量数进料变量数其中：其中：组分多级分离过程分析与简捷计算15例例5. 简单精馏塔简单精馏塔查表31：2MM+1M+2NFDW=L110C+N+27C+4再沸器再沸器2C+(M-1)+5(M-1)板平衡板平衡串级串级3C+7进料板进料板2C+(N-M-1)+5N-(M+1)板平板平衡串级衡

9、串级C+4回流分配器回流分配器C+4全凝器全凝器单元单元 eiN 组分多级分离过程分析与简捷计算169股单元物流数；股单元物流数；54229)189()2710(189)2(9 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + uxuiuauxuiuCNNNNCNCNNCCNCNCCN）（其其中中：故故：:uxN进料进料C+2每级压力每级压力（包括再沸器）（包括再沸器）N全凝器压力全凝器压力1回流分配器压力回流分配器压力1合计合计C+N+45合计合计11（D/F）1进料位置进料位置1理论板数理论板数1回流温度回流温度）（DLN 1+ +:uaN组分多级分离过程分析与简

10、捷计算17 对精馏塔归纳出简便、可靠的对精馏塔归纳出简便、可靠的 确定设计变量的方法：确定设计变量的方法： （1）按每一单相物流有（）按每一单相物流有（C+2）个变）个变 量，量， 计算由进料物流所确定的固计算由进料物流所确定的固 定设计变量数。定设计变量数。 （2）确定装置中具有不同压力的数目。）确定装置中具有不同压力的数目。 （3）上述两项之和即为装置的固定设）上述两项之和即为装置的固定设计变量数。计变量数。（4）将串级单元数目、分配器的数目、侧线采出）将串级单元数目、分配器的数目、侧线采出单元数目及传热单元数目相加，便是整个装置的单元数目及传热单元数目相加，便是整个装置的可调设计变量，可

11、调设计变量，组分多级分离过程分析与简捷计算18例例6. 带一个侧线采出口的精馏塔带一个侧线采出口的精馏塔 设塔内与进料压力相等设塔内与进料压力相等进料变量数进料变量数C+2压力等级数压力等级数1合计合计C+3:uxN:uaN串级单元数串级单元数3分配器的数目分配器的数目1侧线采出单元数目侧线采出单元数目1及传热单元数目及传热单元数目2合计合计7组分多级分离过程分析与简捷计算19作业：作业： P115P115： 1 1题题 P116P116： 4 4题题 返回组分多级分离过程分析与简捷计算20二个极限条件：二个极限条件： NRRNNRmm时时，时时，计算：计算： 1.近似（简捷）法近似（简捷）法

12、 用于：用于： 基础数据不全基础数据不全 提供电算初值提供电算初值 比较、选择方案比较、选择方案 2.严格计算严格计算 电算（下一章）电算（下一章）组分多级分离过程分析与简捷计算213.2.1 多组分精馏过程分析多组分精馏过程分析 3.2.2 最小回流比最小回流比3.2.3 最少理论塔板数和组分分配最少理论塔板数和组分分配3.2.4 实际回流比、理论板数、进实际回流比、理论板数、进料位置料位置返回组分多级分离过程分析与简捷计算223.2.1 3.2.1 多组分精馏过程分析多组分精馏过程分析 一、关键组分一、关键组分 1.关键组分的引出关键组分的引出一般精馏：一般精馏： 对于设计型计算，对于设计

13、型计算，5个可调设计变量为：个可调设计变量为： 在塔釜回收率在塔釜回收率在塔顶回收率在塔顶回收率这里：这里：）（）；）；（；回流温度；进料位置；回流温度；进料位置；jFxWxiFxDxxxRFjWjWjFiDiDiWjWjDiDi 5 uaN组分多级分离过程分析与简捷计算23 i、j为在精馏中起关键作用的为在精馏中起关键作用的组分，称组分，称关键组分。关键组分。 i：挥发度大的组分，称：挥发度大的组分，称轻关轻关 键组分键组分，表示：，表示：LK，下标：，下标：l j：挥发度小的组分，称：挥发度小的组分，称重关重关 键组分键组分，表示：，表示：HK，下标：，下标：h组分多级分离过程分析与简捷计

14、算24精馏塔的任务：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。组分多级分离过程分析与简捷计算25为为中中间间关关键键组组分分为为重重组组分分，表表示示：为为轻轻组组分分，表表示示：若若：ihhhihlHNKihhhiLNKihlhi: 对于精馏中的对于精馏中的非关键组分非关键组分： 设 为非关键组分i对HK的相对挥相对挥发度。发度。ih 组分多级分离过程分析与简捷计算262. 关键组分的特点关键组分的特点LK和和HK形成分离界线，且形成分离界线，且 越小，越小， 分离越难。分离越难。精馏中：精馏中： LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；绝大多数在塔顶出现，在

15、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。绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制。只有无只有无LNK，且，且 较大，塔顶可采出纯较大，塔顶可采出纯LK； 只有无只有无HNK，且，且 较大，塔釜可采出纯较大，塔釜可采出纯HK。重重轻轻；WhWDlD hl hl hl 组分多级分离过程分析与简捷计算273. 关键组分的指定方法关键组分的指定方法 指定回收率指定回收率 指定控制量指定控制量hWlD ；lWhWhDlDxxxx或或；或或注意：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！组分多级分离过程分析与简捷计算284. 关键组分的指定原则关键组分的指定原则 由工艺要求

16、决定由工艺要求决定例：例：ABCD（按挥发度依次减少排列）（按挥发度依次减少排列）混合物混合物分离分离 工艺要求按工艺要求按AB与与CD分开：分开：则：则：B为为LK；C为为HK工艺要求先分出工艺要求先分出A：则：则：A为为LK；B为为HK组分多级分离过程分析与简捷计算29二、设计计算多组分精馏过程的复杂性二、设计计算多组分精馏过程的复杂性1. 确定后，顶釜浓度未确定确定后，顶釜浓度未确定 物料衡算确定顶釜浓度物料衡算确定顶釜浓度 jWDxix,二种方法：二种方法： 清晰分割法清晰分割法 假设假设LNK全部从塔顶采出；全部从塔顶采出； 假设假设HNK全部从塔釜采出。全部从塔釜采出。非清晰分割法

17、非清晰分割法 各组分在顶、釜都有可能存在。各组分在顶、釜都有可能存在。组分多级分离过程分析与简捷计算30 流量分布、温度分布、浓度分布复杂流量分布、温度分布、浓度分布复杂 流量分布流量分布 分子汽化潜热相近，可视为分子汽化潜热相近，可视为恒摩尔流恒摩尔流 例：苯例：苯甲苯物系甲苯物系（图（图34） 苯苯甲苯甲苯异丙苯物系异丙苯物系（图（图35） 分子汽化潜热不相近，分子汽化潜热不相近，V、L有变化，有变化， 但但V/L变化不大变化不大温度分布温度分布 泡点与组成密切相关，温度分布接近组泡点与组成密切相关，温度分布接近组成分布形状。成分布形状。（图（图34），（图），（图36）。）。组分多级分离

18、过程分析与简捷计算31 浓度分布浓度分布1.进料板附近各组分浓度变化较大，原因是进料板附近各组分浓度变化较大，原因是 引入的组分包含全部组成。引入的组分包含全部组成。2.对非关键组分对非关键组分 精馏段：精馏段：HNK迅速消失；迅速消失； LNK以接近于常数浓度在进料板以上各以接近于常数浓度在进料板以上各 板中出现，接近顶部急剧增加，在出料板中出现，接近顶部急剧增加，在出料 液中达到最高。液中达到最高。 提馏段：提馏段：LNK迅速消失；迅速消失； HNK在再沸器中浓度最高，从釜向上几在再沸器中浓度最高，从釜向上几 板下降较大，然后变化不大，一直延伸到板下降较大，然后变化不大，一直延伸到 进料板

19、。进料板。组分多级分离过程分析与简捷计算323.关键组分关键组分 变化复杂变化复杂 若无若无LNK时：时：HK分别在二段出现两个最高点，分别在二段出现两个最高点，LK表现象表现象LNK。（图（图37） 若无若无HNK时：时：LK分别在二段出现两个最高点，分别在二段出现两个最高点， HK表现象表现象HNK。（图（图38） 有有LNK、HNK，且都不同时出现在顶、釜时：，且都不同时出现在顶、釜时： LK在精馏段出现一个最大值，然后降到所规定在精馏段出现一个最大值，然后降到所规定的浓度；的浓度； HK在提馏段出现一个最大值，然后降到所规的在提馏段出现一个最大值，然后降到所规的浓度。浓度。 （图（图3

20、9）返回组分多级分离过程分析与简捷计算333.2.2 3.2.2 最小回流比最小回流比1. 时，恒浓区出现的情况时，恒浓区出现的情况塔中出现恒浓区塔中出现恒浓区时，时， NRRmeeeDmxyyxR mR恒浓区恒浓区精馏塔中全部浓度不变的区域精馏塔中全部浓度不变的区域eDxWxxy恒浓区恒浓区二元精馏：二元精馏：恒浓区：恒浓区：一个，出现在一个，出现在 进料板进料板组分多级分离过程分析与简捷计算34多元精馏：多元精馏：定义：定义：顶釜同时出现的组分顶釜同时出现的组分分配组分分配组分 只在顶或釜出现的组分只在顶或釜出现的组分非分配组分非分配组分一般：一般：LK、HK和中间关键组分为分配组分；和中

21、间关键组分为分配组分； 非关键组分可以是分配组分，也可以是非分非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分。配组分。多元精馏特点：多元精馏特点： 各组分相互影响，存在上、下恒浓区各组分相互影响，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恒浓区位置不一定在进料板处组分多级分离过程分析与简捷计算35只有只有HNK为为非分配组分非分配组分只有只有LNK为为非分配组分非分配组分所有组分所有组分为分配组为分配组分分LNK和和HNK都为非分配都为非分配组分组分上恒浓区上恒浓区下恒浓区下恒浓区组分多级分离过程分析与简捷计算362. 的计算的

22、计算mR采用采用Underwood法计算：法计算： 该法假设：该法假设：1.恒摩尔流恒摩尔流 2. 在全塔可看成常数在全塔可看成常数hi 依据：依据：恒浓区概念恒浓区概念关联式：关联式：相平衡、物料平衡相平衡、物料平衡组分多级分离过程分析与简捷计算37)33(1)33(1)(,bqxaRxriFirimrimDiri + + Underwood公式：公式：式中：式中： i 对基准组分对基准组分 r 的相对挥发度的相对挥发度 取基准：取基准： 最难挥发的组分（最重的组分）最难挥发的组分（最重的组分） HKri mDix)(, 最小回流比操作下，最小回流比操作下，i 的摩尔分的摩尔分数，数， Di

23、mDixx,)( q进料状态参数 方程的根，为多根方程，取方程的根，为多根方程，取 rhrl 误差：误差：1020%组分多级分离过程分析与简捷计算38mbrhrlmRaR式式代代入入将将试试差差确确定定中中设设在在解解法法：式式 . 2,. 1，最后取平均值。，最后取平均值。几个几个，解出，解出之间试差出几个之间试差出几个挥发度不相邻，可在挥发度不相邻，可在、注意：若注意：若mrhrlRHKLK ,例例31 计算最小回流比计算最小回流比 已知：已知：解：解：由（由（33b）试差）试差 将将 代入（代入（33a）得）得306. 1 mR325. 1 0 . 1, qxxDiFi325. 1 返回

24、组分多级分离过程分析与简捷计算393.2.3 3.2.3 最少理论板数和组分分配最少理论板数和组分分配mNNR 时时，1.最少理论板数最少理论板数特点：特点：F=D=W=0 L=V；L/V=1 操作线方程：操作线方程： 板效率板效率 最高最高ininxy, 1 + +意义：操作前的准备工作 测出 mN组分多级分离过程分析与简捷计算40采用采用Fenske方程方程求最少理论板数，推导如下：求最少理论板数，推导如下：）（）（）（）（，板序由上向下，板序由上向下分别表示二个不同组分分别表示二个不同组分、设设BABABBAAABxxyyxyxyBA ）（）（）（21+ + nBAnBAyyxx全全回回

25、流流）又又(, 1, 1BnBnAnAnxyxy + + +)1(nBAnABnBAxxyy）（）（） 块板：块板：对于第对于第n用（1）、（2）式推导Fenske方程：组分多级分离过程分析与简捷计算41设塔顶采用全凝器（板序由上向下）：设塔顶采用全凝器（板序由上向下）：DBABAABBAxxxxyyn）（）（）（）：（由由（开开始始：从从 11111 321）（）（）（）（BAABABDBAyyxx 3222）（）（）代入：（）代入：（又将（又将（BAABBAyyyy 2221）（）（）：（）：（又由（又由（BAABBAxxyy 212）（）（）代入：（）代入：（将（将（BAABDBAyyx

26、x 组分多级分离过程分析与简捷计算42以次类推：以次类推：WBANABNABABABDBAxxxx）（）（）（）（）（）（ 121 L方程方程）（）（）（，省去“均”：，省去“均”：表示表示由于全回流，用由于全回流，用FenskexxxxNNNABWBADBAmm83lglg WBANABDBANNABNABABABABxxxx）（）（）有：（有：（代入式中代入式中）（）（）（）（）取（取（均均均均 121L组分多级分离过程分析与简捷计算43）（）（）（用用摩摩尔尔浓浓度度表表示示：83lglgABWBADBAmxxxxN Fenske方程的各种形式：）（）（）（不用对数表示：不用对数表示：1

27、23BmABAwdNwd ）（）（）（量量表表示示：用用摩摩尔尔量量、体体积积量量、重重113lglgABBAmwdwdN 组分多级分离过程分析与简捷计算44Fenske方程说明：为为其其汽汽相相产产品品浓浓度度比比。）分分凝凝器器，为为其其液液相相产产品品浓浓度度比比；）全全凝凝器器，DBADBAxxxx(. 1.(. 5 mWABDBANxxxx，）、），式式中中（若若分分离离要要求求34.ABABABABABABABAB 均均釜釜顶顶釜釜进进顶顶（）的的一一般般计计算算（） （）或或；（） （） （） HKBLKABABA为为为为多多元元：；为为挥挥发发性性小小的的组组分分为为挥挥发发性

28、性大大的的组组分分二二元元：元元导导出出，可可用用于于二二元元和和多多、公公式式由由. 3二二级级。数数，包包括括塔塔釜釜、分分凝凝器器求求出出的的mN. 2返回组分多级分离过程分析与简捷计算452. 非关键组分分配非关键组分分配iiihmhiiwdfiwdNwd+ + 组组分分物物料料衡衡算算：）（）（）（123 WiDiiiwdfihmrixxWDwdwdwdNiii,123，解解出出）（）由由（）、（、已已知知应应用用： + + 组分多级分离过程分析与简捷计算46解： ，清晰分割法物料衡算HK CLKC为为；为为选选 34WD10015015610010520020415-0.025D0

29、.025D153（HK）0.05W35-0.05W352（LK）0551wdf组分组分 例例32：计算：计算已知：已知：1. 2. 分离要求分离要求05. 0025. 0, WlDhxx和物料分配和物料分配mN均均 ;,Fix组分多级分离过程分析与简捷计算47列方程；列方程； + + + + + +16.6284.37100025. 0)05. 035(5WDWDDDW解出：解出：将将D、W代入表中，完成物料衡算表（略）代入表中，完成物料衡算表（略）2. 求最少理论板数求最少理论板数79. 6lglg hlhlmwdwdN ）（）（组分多级分离过程分析与简捷计算483. 核实清晰分割的合理性核

30、实清晰分割的合理性有：有：代入上式代入上式）（）将（将（）（）（）核实式：核实式：，看是否，看是否，核实，核实对于对于hmhiiiiiiiiiiWiiwdNwdwdfwwdfwdwfxwLNK + + + + + + 1; 1(0,569.6 1001.5 10Wwx 对对于于甲甲烷烷，；清清晰晰分分割割假假设设对对甲甲烷烷成成立立核算式核算式）（hmhiiiwdNfw + + 1组分多级分离过程分析与简捷计算49有有：代代入入上上式式）（）（）（将将）（）（核核实实式式：，看看是是否否，核核实实对对于于 + + hmhiiihmhiiiiiiiDiiwdNfwwdNwdfwfwddxdHNK

31、 110,核算式核算式）（）（hmhiihmhiiwdNfwdNd + + 1组分多级分离过程分析与简捷计算50344340.64480.017:0DDHNKCiCnCCdxCx 对对：，进进行行核核算算：，不成立，须调整不成立，须调整清晰分割假设对清晰分割假设对3C5.调整调整 以前面结果为初值，进行试差以前面结果为初值，进行试差0.644814d 设设，其其它它不不变变，重重复复步步计计算算，至至前前后后二二次次结结果果相相近近为为止止。结果：结果：第二次第二次 与第一次相近与第一次相近635. 0C3 d组分多级分离过程分析与简捷计算51例例33：计算已知：已知：1。 2. 分离要求分离

32、要求和物料分布和物料分布mN003. 0;0015. 0, WTDcxx）异丙苯异丙苯）二甲苯二甲苯）甲苯甲苯）物系：苯物系：苯CXTB( TiFix ;,解：解：选甲苯为选甲苯为LK，异丙苯为，异丙苯为HK，二甲苯为中间，二甲苯为中间关键组分。物料分配时要对关键组分。物料分配时要对二甲苯试差二甲苯试差1. 设设 （依据相对挥发度（依据相对挥发度估计）估计）其他组分按清晰分割法处理，初算结果如其他组分按清晰分割法处理，初算结果如下表。下表。9, 1 xxxxdfwd组分多级分离过程分析与简捷计算52CTTTTCTTCTTCTCCTmKKKKKKwdwdN 式中：式中：）（）（42. 7lglg

33、49.07150.92910039.9240.074640C（HK）9110X0.14729.85330T（LK）02020Bwdf组分组分 组分多级分离过程分析与简捷计算532. 由初算结果核算由初算结果核算1近似为近似为0 0wwdxx；及是否；及是否，核算中间组分：核算中间组分：计算计算与初值相差大，需再次与初值相差大，需再次）（）（）（）（481. 9519. 01 + + xxxCmNcxxCmNcxxdfwwdfwdd 核算核算LNH组分组分B：清清晰晰分分割割法法假假设设成成立立）（）（0104 . 214 + + CmNcBBBwdfw 组分多级分离过程分析与简捷计算5442.

34、 7lglg TCCTmwdwdN ）（）（49.55450.44610039.9240.075740C（HK）9.4810.51910X0.14829.85230T（LK）02020Bwdf组分组分 3. 将将 代入，再次代入，再次 清晰分割法计算清晰分割法计算481. 9519. 0 xxwd，组分多级分离过程分析与简捷计算554. 再次核算再次核算wdxx，核算中间组分：核算中间组分：不需再次试差不需再次试差与上次计算相差不大，与上次计算相差不大，）（）（）（）（485. 9515. 01 + + xxxCmNcxxCmNcxxdfwwdfwdd 5. 重复重复3的计算，完善物料衡算表的

35、计算，完善物料衡算表组分多级分离过程分析与简捷计算56作业：作业： P116P116： 6 6题题 认真思考 独立完成返回组分多级分离过程分析与简捷计算573.2.4 3.2.4 实际回流比、理论板数、进料位置实际回流比、理论板数、进料位置一、实际回流比一、实际回流比R 由操作费、设备费确定由操作费、设备费确定 由经验取：由经验取： R=（1.11.5）Rm二、理论板数理论板数1. Gilliand图和拟合形式图和拟合形式NNRRNNRRRNNNmmmmm+ + + + 、由由包包括括釜釜），（11图图3-12组分多级分离过程分析与简捷计算58用用Gilliand图简便、但不准确，回归的经验式

36、为：图简便、但不准确，回归的经验式为：）（或：或：）（）（）（）（；设设17375. 075. 01632 .1171114 .541exp1115668. 0 + + + + + + + + XYxXXXYNNNYRRRXmm已知已知X，由（，由（316）或（）或（317）解出）解出y2. Erbar and Maddox关联图：关联图： 比比Gilliand图精确，误差图精确，误差4.4%NNRRRRmmm11+ + +图图313组分多级分离过程分析与简捷计算59三、适宜进料位置的确定三、适宜进料位置的确定 + + mnNxxxxxxxxmnmnmnWlhFhlFlhDhlmmlglg.

37、1）（）（）（）（为为提提馏馏段段理理论论板板数数为为精精馏馏段段理理论论板板数数设设 mmhlFlhDhlmmmNNnnxxxxnnnNN lglg. 2）（）（设设 + + mnNDWxxxxmnDhWlFlh)183(). 3206. 02,（）（组分多级分离过程分析与简捷计算60例例34 分离烃类混合物分离烃类混合物 例例31 求出求出Rm=1.306； 例例32求出求出Nm=6.805和物料衡算表和物料衡算表 本题求本题求N，进料位置，进料位置解：解：1.求求R R=1.25Rm=1.634（块块），塔塔中中实实际际塔塔板板数数：设设再再沸沸器器效效率率（包包括括釜釜）查查图图：关关

38、联联图图采采用用求求1875. 05 .131%1005 .1447. 0566. 0162. 01RRMaddox andErbar N2. + + + + NNNNRRmmm组分多级分离过程分析与简捷计算61三、确定进料位置三、确定进料位置7 . 747. 06 . 347. 06 . 3lglg nnnNNNNdffdnmmmhlhlm故：故：已知：已知：）（）（采用：采用： 块块或从上向下数第或从上向下数第块（不包括再沸器）；块（不包括再沸器）；第第进料位置为从下向上数进料位置为从下向上数块块精馏段实际板：精馏段实际板：1181075. 07 . 77 . 7 塔中实际板为18块组分多

39、级分离过程分析与简捷计算62四、不同回流比下物料分配的比较四、不同回流比下物料分配的比较 不同回流比物料分配如图（不同回流比物料分配如图（314）。下，与全回流分配相同下，与全回流分配相同）（在在呈线形关系呈线形关系与与mABWADAWBDBABmWADARRxxxxNxx5 . 12 . 1lglglglglg, + + 对于操作情况，对于操作情况，R=(1.22)Rm,由由Fenske方程：方程： 对全回流情况对全回流情况结论：结论：可用操作回流比下的物料分配，采用可用操作回流比下的物料分配，采用 Fenske方程计算方程计算Nm。组分多级分离过程分析与简捷计算63讨论：讨论： 简捷计算法

40、步骤有那些？简捷计算法步骤有那些？组分多级分离过程分析与简捷计算64简捷计算法步骤：简捷计算法步骤：1.由工艺要求选由工艺要求选LK，HK，物料分配得出，物料分配得出WiDixxWD,、进进料料位位置置、确确定定方方程程求求法法求求：泡泡点点方方程程试试差差求求取取：露露点点方方程程试试差差求求取取的的求求取取、及及、釜釜顶顶釜釜顶顶NRNFenskeRUnderwoodPPKKTTTTmmSrSiririri.5.4.3.2 组分多级分离过程分析与简捷计算65作业：作业： P116P116： 8 8题题 认真思考 独立完成返回组分多级分离过程分析与简捷计算661.1.问题的引出问题的引出u分

41、离乙醇水混合物分离乙醇水混合物u分离丁烯分离丁烯-2丁烷丁烷含量的醇。含量的醇。普通精馏得不到高普通精馏得不到高，呈共沸现象呈共沸现象某板：某板：醇醇醇醇 115.78894. 012 Ctxyo生产上难采用。生产上难采用。块块需需；若若丁烷：丁烷：沸点：丁烯：沸点：丁烯：烷烷30095. 05 . 015 .2729 .27312 NxxKKDF 问题：问题：如何分离 的混合物？1, 11212 第三节第三节 萃取精馏和共沸精馏萃取精馏和共沸精馏组分多级分离过程分析与简捷计算672.2.特殊精馏特殊精馏 在在 和和 的溶液中加入一个新组的溶液中加入一个新组分分S S，使它对原溶液中各组分产生

42、不同作用，从，使它对原溶液中各组分产生不同作用，从而改变原溶液组分之间相对挥发度，使系统变的而改变原溶液组分之间相对挥发度，使系统变的易于分离。易于分离。 及：特殊精馏为既加能量又加质量分离剂的及：特殊精馏为既加能量又加质量分离剂的精馏。精馏。112 112 原溶液加新组分后形成最低共沸物从塔顶采出。原溶液加新组分后形成最低共沸物从塔顶采出。 共沸精馏共沸精馏，S为共沸剂为共沸剂 原溶液加新组分后不形成共沸物且原溶液加新组分后不形成共沸物且S沸点最沸点最高，从塔釜采出高，从塔釜采出 萃取精馏，萃取精馏，S为萃取剂或溶剂为萃取剂或溶剂组分多级分离过程分析与简捷计算68 3.3.1 萃取精馏萃取精

43、馏 3.3.2 共沸精馏共沸精馏返回组分多级分离过程分析与简捷计算693.3.1 3.3.1 萃取精馏萃取精馏 一、流程一、流程ABSA，B特点：特点：1. 二塔串联二塔串联;2. S为难挥发组分，为难挥发组分， 一般在近于塔顶一般在近于塔顶 加入加入.组分多级分离过程分析与简捷计算70二、萃取精馏原理和溶剂选择二、萃取精馏原理和溶剂选择1.溶剂的作用溶剂的作用才会增加。才会增加。增加，增加，只有只有可改变。可改变。组分一定、温度一定不组分一定、温度一定不：）（溶液：溶液：对于理想气体、非理想对于理想气体、非理想122121212112203)( sssspppp 问题：问题：如何增加 ？12

44、 组分多级分离过程分析与简捷计算71由三元物系由三元物系Margules方程：方程：)213()()()(2()(2()()ln(1222111212112122122121 + + + + + + xxCAAxAAxAAxAAxxxxxASSSSSSSSS 度度的脱溶剂浓度或相对浓的脱溶剂浓度或相对浓组分组分式中：式中：）1()21)(1()ln(21112112121xxxxAAxxxASSSSS+ + + + )(21. 20. 1i jjijiAAAC+ + 将其假设为对称物系：将其假设为对称物系：组分多级分离过程分析与简捷计算72将上式代入（将上式代入（320）：）：三组分物系泡点温

45、度三组分物系泡点温度）（）（32111232112233()21)(1()ln(lnTAAxxxAPPSSSSTSSS + + + + 二二组组分分物物系系泡泡点点温温度度）（：若若212122112112021253)21()ln(ln)21()ln(0TxAPPxAxxTSSsS + + 恢复组分多级分离过程分析与简捷计算73变变化化不不大大，有有：随随由由于于TPPSS21的的选选择择性性。为为溶溶剂剂）（定定义义：）（）（）（）：（）（SxAAAxSSSSS121211221121226321ln253233 321221)ln()ln(TSSTSSPPPP 分析（分析（326）：）：

46、 02111122112121212）（大大有有：）（）；（）希希望望（xAAAxSSSSS 组分多级分离过程分析与简捷计算74讨论：讨论：9 . 07 . 0. 11212 SSSSSxxSxSx不能过大，一般不能过大，一般回收费用高，回收费用高，大，但大，但）（大，大，量大，量大， 0)(01)21 (1021. 2122112122112111221 AAAAAAAAxxAAASSSSSS为为负负，须须原原溶溶液液为为负负偏偏差差，为为正正，须须原原溶溶液液为为正正偏偏差差，式式中中：）（选选择择性性好好）（，只只要要满满足足27301221 AAASS组分多级分离过程分析与简捷计算75

47、(327）成立的必要条件：）成立的必要条件：020121 SSASAS，使使形形成成负负偏偏差差或或理理想想溶溶液液与与形形成成正正偏偏差差溶溶液液，使使与与即即：，选择性好。，选择性好。若若很小）很小）（设原溶液偏差性不很大设原溶液偏差性不很大02112 SSAAA110112112使选择性小于使选择性小于较大的范围内，较大的范围内，原负偏差溶液，可能在原负偏差溶液，可能在；使选择性小于使选择性小于较小的范围内，较小的范围内，可能在可能在原因：原正偏差溶液，原因：原正偏差溶液，选择性不一定好。，选择性不一定好。若若很大）很大）设原溶液偏差性很大（设原溶液偏差性很大（xxAAASS ，021

48、SSAA,组分多级分离过程分析与简捷计算76溶剂的作用：溶剂的作用： 体现：体现：原溶液沸点差不大（原溶液沸点差不大（ ）非理想性不很）非理想性不很强时，强时， ，有有：021 SSAA，若：若：0; 021 SSAA012 A1S1212 S）（后后，加加 稀释原溶液：稀释原溶液：体现：体现：当原溶液沸点差大，非理想性很强时，当原溶液沸点差大，非理想性很强时， 加加S后，浓度下降，而后，浓度下降，而 增加，由（增加，由（323）：）： 小，突出了小，突出了 作用。作用。112 Sx)21(1112xxAS ）（SiP 对原溶液对原溶液1、2组分产生不同的作用，提高组分产生不同的作用，提高12

49、 返回组分多级分离过程分析与简捷计算77补充作业：补充作业：在萃取精馏中，已知60时：sSSSSSmolxmolxxkPaPkPaPAAA）求求此此时时（分分数数（剂剂，使使条条件件不不变变，加加水水为为萃萃取取分分数数）时时（，试试计计算算：121221212112),8 . 0. 24 . 06 . 0. 158.843 .11229. 005. 1444. 0 组分多级分离过程分析与简捷计算782. 2. 溶剂的选择溶剂的选择u考虑分子极性考虑分子极性 选择在极性上更类似于选择在极性上更类似于HK的化合物作的化合物作溶剂，降低溶剂，降低HK的挥发度。的挥发度。 例：分离甲醇（沸点例：分离

50、甲醇（沸点64.7），丙酮（沸点），丙酮（沸点65.5）水水二二醇醇醇醇酯酯酮酮醛醛醚醚烃烃a.选烃作溶剂，丙酮为难挥发组分选烃作溶剂，丙酮为难挥发组分2；b.选水作溶剂，甲醇为难挥发组分选水作溶剂，甲醇为难挥发组分2。极性顺序极性顺序：由小到大由小到大组分多级分离过程分析与简捷计算79u考虑能否形成氢键考虑能否形成氢键S加入后形成的溶液：加入后形成的溶液： 仅有氢键生成，则呈现负偏差；仅有氢键生成，则呈现负偏差； 仅有氢键断裂，则呈现正偏差。（表仅有氢键断裂，则呈现正偏差。（表32）u考虑其它因数考虑其它因数 1. 沸点高、不与沸点高、不与1、2组分共沸，不起化学反应。组分共沸，不起化学反应

51、。 2. 溶解度大。溶解度大。 3. 溶剂比（溶剂溶剂比（溶剂/进料）不得过大。进料）不得过大。 4. 无毒、不腐蚀、低廉、易得。无毒、不腐蚀、低廉、易得。组分多级分离过程分析与简捷计算80三、萃取精馏过程分析三、萃取精馏过程分析1.塔内流量分布塔内流量分布m-1mm+1n-1nn+1FSDW设设S为纯组分，在塔顶采出为为纯组分，在塔顶采出为0。）（有：有：）物料衡算：）物料衡算：（不包括（不包括对对塔顶物料衡算塔顶物料衡算、3031)1111111 + + + + + + + + + + + + + + +DnnnnnDnnnnnnxVDxVLyDxxLyVSiDLSVnn组分多级分离过程分

52、析与简捷计算81脱脱溶溶剂剂浓浓度度）（；）（；）（设设：DSDDnSnnnSnnxxxxxxyyy + + + +111111 + + + +VLSxyvlVLnSnSnnnn后，后，说明加说明加）（）（：）：）：）与（）与（比较（比较（111343303111）（）一般情况（一般情况（3430111 + + + + + +DnnnnnDSxvDxvlyx）（333)(1111 + + + + + +DsDnnnnnxxvDxvly原原溶溶液液流流率率）（；）（11nSnnnSnnyVvxLl 组分多级分离过程分析与简捷计算8211110)2+ + + + + + + + + +nSnnnS

53、nnDSDSnSnnSnyVSSxLSxxDxLSyVS）（则：则：代入上式：代入上式：）（；且；且）若（若（）（）（）（物料衡算物料衡算对对不不能能视视为为恒恒摩摩尔尔流流。从从下下向向上上从从上上向向下下说说明明： VL + + + + + + + + + + + +）（）（）（因此：因此：SwLVHTTCpSSlLSDLVHTTCpSSlLmmVSmSmmnnVSnSnn1/生变化生变化一定量蒸汽，使流量发一定量蒸汽，使流量发在下流中会冷凝在下流中会冷凝因溶液沸点高，量大，因溶液沸点高，量大，)3SSn 说说明明：组分多级分离过程分析与简捷计算832. 塔内溶剂浓度分布塔内溶剂浓度分布

54、由于由于S量大，挥发性小，可视为量大，挥发性小，可视为S浓度恒定浓度恒定作为简化计算。作为简化计算。精馏段：精馏段：假设：塔内恒摩尔流；假设：塔内恒摩尔流；0, DSx22112122112111111xxxxxxxxxxxxxyyxyxyKKSSSSSSSSSSSSSSSNS + + + + + + ）（）（）（）（发度发度溶剂对非溶剂的相对挥溶剂对非溶剂的相对挥设设相平衡：相平衡：组分多级分离过程分析与简捷计算84）（）（物料衡算：物料衡算：对对 + + + +433433SDLSLxVSLxyLxSVySSSSSS11:)433()433(+ + + + SSSxxSDLSLx）（ ）（

55、）（的的相相平平衡衡关关系系： + + 4331121SSiiiSSxxxxyS 非非溶溶剂剂溶溶剂剂； 21组分多级分离过程分析与简捷计算85)453(1)1( SSxDLSx 整整理理：分析：分析：损损失失大大，回回收收量量高高。，一一定定时时，、SxLSS . 3量量。，主主要要手手段段是是增增加加要要使使SxS . 2可可忽忽略略。很很小小，SxD 1. 1 ）（提提馏馏段段：同同理理：4731)1( + + SSxwLSx 的的釜釜产产量量不不包包括括Sw，不能提高分离程度。，不能提高分离程度。回流比回流比。，一定时，一定时，、 SxLS . 4组分多级分离过程分析与简捷计算86分析

56、（分析（345）、（）、（347）：）：SSSSSSxxqxxqFRDSSxRDSSxq + + + + + ：有有液液体体存存在在时时（。；）。若若饱饱和和气气体体进进料料（)000. 1 在在再再沸沸器器中中发发生生跃跃升升溶溶剂剂）（）（；）（采采出出挥挥发发性性小小，基基本本上上从从釜釜由由于于SxxwqFRDqFRDSSxSwSWSxSSWSSWS + + + + + + ,. 2组分多级分离过程分析与简捷计算87）（；）（；）（简简化化形形式式011.3 LSxLSxLSxLSxSSSS釜釜顶顶釜釜顶顶均均釜釜顶顶）（）（）（，；釜釜）（，顶顶）塔塔均均值值SSSSxx212112

57、1110102 ）一一平平衡衡点点由由上上式式计计算算1）、（）：由由（求求取取21463.4 ixxiSii 组分多级分离过程分析与简捷计算88 NxxLRSSS，）（，、，若若1212. 5 ）（苯苯酚酚）变变化化，图图（浓浓度度分分布布图图173. 6 S组分多级分离过程分析与简捷计算89 图解法或解析法图解法或解析法设设 在全塔恒定，将在全塔恒定，将1、2、S三元看成三元看成1、2元处理。元处理。四、萃取精馏过程计算四、萃取精馏过程计算SxR=505 . 05 . 021 qzzkPaP123.124 55.OxS )992. 0(008. 012 xx)99.0(01.021 xxF

58、SDW + + + + 102.50898.49. 11, 1, 1WDFWDzFxWxDWDWD解出：解出：、求求解解例：例：35 求求S/F；N组分多级分离过程分析与简捷计算90图图作作xy. 2由安托尼方程计算。由安托尼方程计算。）（方程计算；方程计算；由由）（：求求SSSPPWilson212112)( SSSSPP)()(221112 釜釜顶顶均均SSS)()()(121212 21112111;xxxxyyyy+ + + + 1121121)(11)(xxySS 均均均均二元：二元： 要确定温度和浓度。要确定温度和浓度。组分多级分离过程分析与简捷计算91浓度和温度的确定浓度和温度的

59、确定:CTxxxxxxxxxxxSoSSSD4 .10955.0;0036.014464.055.01008.0997.01:12111211 泡泡点点试试差差：解解出出）（）（）（板板浓浓度度和和温温度度塔塔顶顶CTxxxxxxxxxxxoSSSW7 .13255. 0;4455. 010045. 055. 0199. 001. 0112111211 泡泡点点试试差差：解解出出）（）（）（塔塔釜釜：釜釜上上一一板板浓浓度度组分多级分离过程分析与简捷计算9252. 22)()()(9 . 2)()()(14. 2)()()()(1212127 .1322121124 .10921211212

60、+ + 釜釜顶顶均均釜釜顶顶均均塔塔釜釜：塔塔顶顶：将将温温度度和和浓浓度度代代入入求求SSSTSSSSTSSSSSPPPP 图图作作由由均均均均xyxxySS 1121121)(11)( 组分多级分离过程分析与简捷计算93)5(24.2.3 RRxyyxRRmqqqDmm有有核核实实块。块。求求在图中作操作线方程，在图中作操作线方程，14 NFS求求. 40444. 056.10)()(64.22)()(:4 .10921224 .1091211221121 + + + TSSSSSTSSSSSSSPPPPxxxxS，设设顶顶均均组分多级分离过程分析与简捷计算94270111)1()453(