第六章分离系列综合

分离序列综合问题定义定义：在给定进料流股状态（流量、温度、压力和组成），并规定分离产品要求的情况下，系统化地设计出分离方案并使总费用最小。.1.分离序列综合组合问题简单塔：①指一个进料分成两个产品；②每一个组分只出现在一个产品中——锐分离；③塔顶采用全凝器，塔底采用再沸器。（a)直接序列

（b)非直接序列

简单塔分离3组分混合物的分离序列例如：分离3组分混合物。.▲分离序列数分离的流程方案，含有R个组分的混合物分离成R个单组分产品，其分离序列的总数目。说明：①组分数↑，可能的分离序列数↑②分离序列的综合实质上是解决一个组合问题▲分离点（切分点)可以分离开的相邻组分之间如A/BB/C。R组分混合物分离成R个纯组分产品，存在R-1个分离点。.A/B，C，DABCB/C，DC/DDA/B，C，DAB/CBB，C/DDC例如:

R=4，SR=5.A，B/C，DBACC/DDA/BA，B，C/DABCA/B，CB/CD.A，B，C/DABCA，B/CA/BD.子群子群▲分离序列的子群数（相邻的流股）分离过程中产生的流股数。一般情况下，例：R=3，G=6.

对于4组分进料的子群第一个分离器的进料后面分离器的进料产品R=4G=10

.▲分离子问题数（独立分离单元数

）

所有分离序列中不重样的分离器总数。

R=4，分离序列SR=5，每种分离序列有3个分离器，但15个分离器中只有U=10个是不重样的，即：（A/B，C，D）（A，B/C，D）（A，B，C/D）（A/B，C）（A，B/C）（B/C，D）（B，C/D）（A/B）（B/C）（C/D）.组分数R在一序列中的分离器数序列数

SR子群数G分离子问题数

U2345678910111234567891012514421324291430486216796361015212836455566141020355684120165220序列数、子群和分离子问题数目说明：多组分精馏分离序列优化综合问题就是大规模复杂组合优化问题。.如果考虑采用多种分离方法，分离方法数为N，则分离序列数：说明：SR随N的增加呈爆炸增大。6.1.4分离序列方案评价分离序列的评判指标可以认为是其中所有独立分离单元评价简单加和。独立分离单元评价指标：一般应与设计条件下的年度费用关联。简化计算起见，常采用：

分离易度系数（CES）和分离难度系数（CDS）.（1）分离易度系数定义：CES=f，

f(≤1)为塔顶与塔釜产品摩尔流量比。

△为相邻组分间的沸点差绝对值。（2）分离难度系数定义：

.说明：（1）分离易度系数越大或分离难度系数越小，表示轻、重关键组分越易被分离；对特定分离序列，其中独立分离单元分离易度系数总和越大、分离难度系数总和越小，该分离序列也就更优。（2）实际工程设计中，寻求最优分离序列不仅要考虑总分离费用最小，往往还需要考虑很多其他因素，比如可持续发展范畴中的环境因素等。

.6.2分离序列综合经典方法

直观推断、渐进调优和数学规划等经典方法。6.2.1有序直观推断规则

(按顺序使用)规则(1)在所有其分离方法中，优先采用能量分离剂分离方法（例如精馏）,避免用质量分离剂分离方法（例如萃取）。当关键组分间的相对挥发度小于1.05~1.10时，应该采用质量分离剂分离方法（例如萃取），此时质量分离剂应在下步立即分离。规则(2)

精馏分离过程尽量避免真空和制冷操作。如需采用真空操作，则可考虑用萃取方案代替；如需采用制冷操作，则可考虑采用吸收方案代替。由于真空和制冷操作能耗较大，有时即使在较高温度和压力下操作也会有利。.规则(3)

当产品集中包括多个多元产品时，倾向于选择得到最少产品种类的分离序列。相同的产品不要在几处分出。因为产品集合越小，相应分离序列中的分离单元就越少，所以费用可能较低。规则(4)

首先安排除去腐蚀性组分和有毒有害组分，从而避免对后继设备苛刻要求，提高安全操作保证，减少环境污染。规则(5)

最后处理难分离或分离要求高的组分，特别是当关键组分间的相对挥发度接近1时，应当在没有非关键组分存在的情况下进行分离，这时分离净功耗可以保持较低水平。.假设：

分离费用∝进料量/分离点两侧相邻组分间性质差异=F/△例F1=F2=F3=F4=F△12=△34=△△23=△/3流程

总成本F1+F2+F3+F4

Δ12+F2+F3+F4

Δ23F3+F4

Δ34+=4F

Δ

3F4

Δ/3+2FΔ+=FΔ151234234343412.F1+F2+F3+F4

Δ12+F2+F3+F4

Δ34F2+F3

Δ23+=4F

Δ

3FΔ+2FΔ/3+=FΔ1312342342323141234122314F1+F2+F3+F4

Δ23+F1+F2

Δ12F3+F4

Δ34+=4F

Δ/3

2FΔ+2FΔ+=FΔ1634说明：以上3种分离序列中，把难分离的组分放在最后处理的方案（2）的总费用最小。.规则(6)

进料中含量最多的组分应该首先分离出去，这样可以避免含量最多的组分在后续塔中多次气化与冷凝，降低了后续塔的负荷。规则(7)

如果组分间的性质差异以及组分的组成变化范围不大，则倾向于塔顶和塔底产品量等摩尔分离。精馏塔冷凝器负荷与再沸器负荷不能独立调节，塔顶和塔底产品量等摩尔分离时，精馏段回流比与提馏段蒸发比可以得到较好的平衡。说明：如果不能按塔顶和塔底产品量等摩尔分离（如分离点组分间相对挥发度太小等情况），则可选择具有最大分离易度系数处为分离点。

.假定进料中组分1，2，3，4摩尔分率相等流程分离序列总负荷1）F1＋2F2＋3F3＋3F4=9F123423434123412）3F1＋3F2＋2F3＋F4=9F12341212341232F1＋2F2＋2F3＋2F4=8F最小1234123412343)产品量等摩尔分离.例6-1，试确定下列混合物的分离序列组分mol/h沸点T，oC相邻组分CES沸点差TA氢18-2539223.0B甲烷5-1615719.6C乙烯24-1041614.6D乙烷15-884018.1E丙烯14-4861.1F丙烷6-42414.0G重组分8-1要求分离出6个产品（AB），C，D，E，F，G。.解：(1)由规则（1）、（2），采用常规蒸馏，加压下冷冻。(2)按规则（3），A、B间不要分开。(3)规则（4）未用。(4)由规则（5），C/D，E/F的分离应放在最后，因为其△T小。(5)规则（6）未用；(6)按规则（7），AB/C,D,E,F,G的分离应该优先，因为其CES=19.6为最大；.参数CD/EFGCDEF/Gf28/398/59△T4041CES