多组分精馏.ppt

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 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： 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。 qnF, zFi x1i= xwi qnW nm n m n-1 m+1 y1i= xDi qnD, xDi 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，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: B A、B A B A B 1 2 11 2 2 A、B A B B A A、B A、B p1p2p1p2 p1p2 A、B 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