多组分精馏-简洁计算课件.ppt

1、A1A2第三节第三节 多组分精馏多组分精馏1、变量分析、变量分析2、简捷计算法、简捷计算法3、逐板计算法、逐板计算法A33.1分离系统的变量分析分离系统的变量分析3.2多组分精馏过程多组分精馏过程3.3特殊精馏特殊精馏 3.3.1萃取精馏萃取精馏 3.3.2恒沸精馏恒沸精馏3.4复杂精馏复杂精馏重点掌握重点掌握掌握掌握了解了解第三章第三章 主要内容主要内容掌握掌握A41）了解分离系统的变量分析；）了解分离系统的变量分析；2）了解多组分精馏过程与二组分精馏的比较分）了解多组分精馏过程与二组分精馏的比较分 析。掌握关键组分等概念；析。掌握关键组分等概念；3）掌握清晰分割和不清晰分割物料衡算的计算）

2、掌握清晰分割和不清晰分割物料衡算的计算 方法。简捷法计算算精馏过程的步骤。方法。简捷法计算算精馏过程的步骤。4）掌握萃取精馏原理和萃取剂选择性的定义和）掌握萃取精馏原理和萃取剂选择性的定义和 影响因素以及萃取剂的选择。影响因素以及萃取剂的选择。本章要求：本章要求：A55）了解萃取精馏流程和萃取精馏过程的计算；）了解萃取精馏流程和萃取精馏过程的计算；6）了解共沸物的特性和共沸组成的计算，三元物）了解共沸物的特性和共沸组成的计算，三元物 系组成的表示方法，掌握共沸精馏过程共沸系组成的表示方法，掌握共沸精馏过程共沸 剂的确定；剂的确定；7）掌握简捷计算法计算萃取精馏和共沸精馏过程）掌握简捷计算法计算

3、萃取精馏和共沸精馏过程 的理论板数；的理论板数；8）了解复杂精馏的定义及其过程。）了解复杂精馏的定义及其过程。本章要求：本章要求：A6多组分精馏过程：多组分精馏过程： 多次单级分离的串联，简称精馏多次单级分离的串联，简称精馏 利用混合物中各组分的利用混合物中各组分的相对挥发度相对挥发度不同，采不同，采用液体多次部分汽化，蒸汽多次部分冷凝等用液体多次部分汽化，蒸汽多次部分冷凝等汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变化化 并结合应用并结合应用回流回流手段，使各组分分离手段，使各组分分离A7多次部分冷凝和多次部分汽化的串联设备，与多次部分冷凝和多次部分汽化的串联

4、设备，与二元精馏和单级分离过程一样，多组分精馏的二元精馏和单级分离过程一样，多组分精馏的计算的基本方程仍然是物平、相平和焓平三个计算的基本方程仍然是物平、相平和焓平三个方程，计算方法有简捷法、逐板法和矩阵法等。方程，计算方法有简捷法、逐板法和矩阵法等。多组分精馏塔：多组分精馏塔：A8一、多组分精馏过程分析一、多组分精馏过程分析A9A10 简单塔简单塔A11A12 Ni= Nv-NC Nv为独立变量数，为独立变量数， NC为约束方程式数，为约束方程式数， Ni为设计变量数为设计变量数 1、独立变量数、独立变量数条件：条件：C个组分，个组分，N块理论板的精馏塔块理论板的精馏塔二、设计变量（简单塔）

5、二、设计变量（简单塔）A13(1)总变量数总变量数N0 ：令下标令下标i-代表代表i组分组分 j-代表代表j第块理论板第块理论板变量变量变量数变量数 F, 进料量进料量1 Zi, 进料组成进料组成C TF, 进料温度进料温度1 JF, 进料板位置进料板位置1 Pj, 各组压力各组压力N N, 全塔板数全塔板数1 Tj, 各板温度各板温度N Lj,Vj, 各板流量各板流量2N xij,yij, 各板汽液组成各板汽液组成2CN Hj,hj, 各板汽液相焓各板汽液相焓2N HF, 进料焓进料焓1 Kij, 各板和个组分的相平衡常数各板和个组分的相平衡常数C(N+1) qr,qc, 冷凝器和再沸器热负

6、荷冷凝器和再沸器热负荷2 3CN+6N+2C+7A14(2)方程式数目方程式数目NC ：方程类别方程类别方程数方程数各板各组分物平衡各板各组分物平衡CN各板各组分相平衡各板各组分相平衡CN各板热平衡各板热平衡,(包括塔顶釜包括塔顶釜)N分子分数加和式分子分数加和式NN1计算各板的计算各板的Kij方程方程CN计算各板汽液相焓方程计算各板汽液相焓方程2N计算进料计算进料Ki和焓和焓HF方程方程C+1计算各板的压力降方程计算各板的压力降方程N-13CN+6N+C+11jxi1jyi1ZiA15(3)总变量数总变量数Ni ：Ni= N0-NC = 3CN+6N+2C+7-3CN+6N+C+1 =C+6

7、A162、独立变量的指定方案、独立变量的指定方案Ni= N0-NC=C+6通常在实际设计时，以下条件是必须给定的。通常在实际设计时，以下条件是必须给定的。独立变量名称独立变量名称变量数变量数进料状态进料状态(温度温度)T进料进料1进料组成进料组成ZiC-1进料量进料量F1塔操作压力塔操作压力P1进料板位置进料板位置1C+3还有三个变量还有三个变量没有给出呢没有给出呢?A17剩下三个变量一般从下列四项中，剩下三个变量一般从下列四项中，根据设计任务的需求进行选择。根据设计任务的需求进行选择。变量名称变量名称变量数变量数某一组分在塔顶，另一组分某一组分在塔顶，另一组分在塔釜产品中浓度在塔釜产品中浓度

8、( (即轻重即轻重关键组分关键组分) )xDi,XWj2回流比回流比R1总理论板数总理论板数N1塔釜塔顶产品量之比塔釜塔顶产品量之比D/W1手工计算常规定的变量手工计算常规定的变量计算机计算时常采用的计算机计算时常采用的指定变量指定变量A18求解方法求解方法 二组分精馏：二组分精馏：无需试差无需试差 多组分精馏：多组分精馏：反复试差求解反复试差求解摩尔流率摩尔流率 二组分精馏：二组分精馏：在进料板处液体组成有突变，各板的在进料板处液体组成有突变，各板的 摩尔流率基本为常数摩尔流率基本为常数 多组分精馏：多组分精馏：液、汽流量有一定的变化，但液汽比液、汽流量有一定的变化，但液汽比 接近于常数接近

9、于常数 三、多组分精馏过程的复杂性三、多组分精馏过程的复杂性 A19二组分精馏二组分精馏流量、温度、流量、温度、浓度分布浓度分布A20苯、甲苯、异丙苯精馏苯、甲苯、异丙苯精馏塔内汽液流量分布塔内汽液流量分布苯、甲苯、异丙苯苯、甲苯、异丙苯精馏塔内温度分布精馏塔内温度分布A21苯、甲苯、异丙苯精馏苯、甲苯、异丙苯精馏塔内液相浓度分布塔内液相浓度分布苯、甲苯、异丙苯精馏苯、甲苯、异丙苯精馏塔内液相浓度分布塔内液相浓度分布A22温度分布温度分布温度分布从再沸器到冷凝器单调下降温度分布从再沸器到冷凝器单调下降组成分布（浓度）组成分布（浓度） 二组分精馏二组分精馏：在精馏段和提馏段中段组成变化明显：在精

10、馏段和提馏段中段组成变化明显 多组分精馏多组分精馏：在进料板处各个组分都有显著的变化：在进料板处各个组分都有显著的变化 A23A 简捷法计算只解决分离过程中级数、进料与产品组成间的简捷法计算只解决分离过程中级数、进料与产品组成间的关系，而不涉及级间的温度与组成的分布关系，而不涉及级间的温度与组成的分布B 将多组分溶液简化为一对关键组分的分离将多组分溶液简化为一对关键组分的分离C 物料衡算按清晰分割计算，求得塔顶和塔釜的流量和组成物料衡算按清晰分割计算，求得塔顶和塔釜的流量和组成D 用芬斯克公式计算最少理论板数用芬斯克公式计算最少理论板数E 用恩德伍德公式计算最小回流比用恩德伍德公式计算最小回流

11、比F 用吉利兰关联图求得理论板数用吉利兰关联图求得理论板数N 三、简捷计算法（群法）三、简捷计算法（群法）A24为什么要简捷计算为什么要简捷计算?是进一步学习逐板法，矩阵法的基础；是进一步学习逐板法，矩阵法的基础；能加快设计进度；能加快设计进度；适用于多种方案比较。适用于多种方案比较。该法的计算结果可以为严格计算提供初值该法的计算结果可以为严格计算提供初值三、简捷计算法（群法）三、简捷计算法（群法）A251、关键组分的确定及其回收率、关键组分的确定及其回收率(1)关键组分的定义：关键组分的定义： 关键组分有轻、重关键组分之分；关键组分有轻、重关键组分之分；重关键组分重关键组分hk(heavy

12、key),在塔顶流出物中要在塔顶流出物中要 严格控制其浓度的组分严格控制其浓度的组分轻关键组分轻关键组分lk(light key),在塔釜产品中要严格在塔釜产品中要严格 控制其浓度的组分控制其浓度的组分A261、关键组分的确定及其回收率、关键组分的确定及其回收率(2)关键组分的确定：关键组分的确定： 一般是由工艺要求所确定的！一般是由工艺要求所确定的！H2C10C2=C20C3=C30塔顶出料塔顶出料 C2=是重关键组分是重关键组分塔釜出料塔釜出料 C10是重关键组分是重关键组分例如：石油例如：石油裂解气中的裂解气中的脱甲烷塔脱甲烷塔轻重关键组分其挥发轻重关键组分其挥发度一般都是相邻的。度一般

13、都是相邻的。A27(3)回收率：回收率： 1、关键组分的确定及其回收率、关键组分的确定及其回收率塔顶回收率：塔顶回收率：%100%100进料中轻关键组分的量的量塔顶产品中轻关键组分顶FlDlFXDX塔釜回收率：塔釜回收率：%100%100进料中重关键组分的量的量塔釜产品中重关键组分釜FhWhFXWyA281、关键组分的确定及其回收率、关键组分的确定及其回收率A291、关键组分的确定及其回收率、关键组分的确定及其回收率A301、关键组分的确定及其回收率、关键组分的确定及其回收率A311、关键组分的确定及其回收率、关键组分的确定及其回收率A32苯、甲苯、异丙苯精馏塔内液相浓度分布苯、甲苯、异丙苯精

14、馏塔内液相浓度分布A332、清晰分割的物料平衡、清晰分割的物料平衡物料平衡有两个目的：物料平衡有两个目的：进行产物分布，产量估计。进行产物分布，产量估计。建立操作线方程建立操作线方程物料衡算有两种方法：物料衡算有两种方法：清晰分割的物料衡算清晰分割的物料衡算不清晰分割的物料衡算不清晰分割的物料衡算A342、清晰分割的物料平衡、清晰分割的物料平衡A352、清晰分割的物料平衡、清晰分割的物料平衡清晰分割的物料衡算的定义有两条：清晰分割的物料衡算的定义有两条：比轻关键组分还轻的组分，全部从塔顶馏出液中采出。比轻关键组分还轻的组分，全部从塔顶馏出液中采出。比重关键组分还重的组分，全部从塔釜采出液中采出

15、。比重关键组分还重的组分，全部从塔釜采出液中采出。方法简单，对被分离物系中各组分的相对挥发度差别较方法简单，对被分离物系中各组分的相对挥发度差别较大时，其计算结果与准确计算法没有重大差别。大时，其计算结果与准确计算法没有重大差别。为不清晰分割的物料衡算提供初始的关键组分的比值。为不清晰分割的物料衡算提供初始的关键组分的比值。原原因因A362、清晰分割的物料平衡、清晰分割的物料平衡(1)全塔物料衡算进行物料分布：全塔物料衡算进行物料分布： 二元精馏物料衡算二元精馏物料衡算:F=D+W FZi=DXDi+WXWi F,ZiD,XDiW,XWi因：因： XD1=1-XD2 XW1=1-XW2 WiD

16、iWiXXXZiFD)(DiWiDiXXXZiFW)(二元组成的情况下二元组成的情况下A372、清晰分割的物料平衡、清晰分割的物料平衡(1)全塔物料衡算进行物料分布：全塔物料衡算进行物料分布： 多组分精馏物料衡算多组分精馏物料衡算:可采用加和法。可采用加和法。Did W=F-DWiw D=F-W或者或者举例：若有一混合物举例：若有一混合物组分组分ZiC2=0.4C200.2C3=0.3C300.11.0要求一精馏塔，塔顶产品中含要求一精馏塔，塔顶产品中含丙烯不超过丙烯不超过5%，塔釜产品中含，塔釜产品中含乙烷不超过乙烷不超过5%，试用清晰分割，试用清晰分割法计算塔釜产量和组成。法计算塔釜产量和

17、组成。A38解：解：以以F=100kmol/h进行计算进行计算已知：已知： F=100kmol/h Zi， lk为乙烷，为乙烷，hk为丙烯为丙烯 05. 03DCX05. 002DWX组分组分fikmol/hdikmol/hC2=4040C202020-0.05WC3=300.05DC30100100dikmol/hwi=fi-dikmol/hxDixWi4000.6501820.300.053.126.90.050.6901000.2661.138.91.01.0idDW=F-D=40+20-0.05W+0.05D=60-0.05(F-D)+0.05D=55+0.1DD=55/0.9=61.

18、1 kmol/hW=100-61.1=38.9 kmol/hA392、清晰分割的物料平衡、清晰分割的物料平衡(2)r-线方程（精馏段操作线方程）线方程（精馏段操作线方程） 简化计算中，假设塔内汽液流动为恒摩尔流。简化计算中，假设塔内汽液流动为恒摩尔流。精馏段各板上升的蒸汽，其摩尔数都相同，提馏段各板精馏段各板上升的蒸汽，其摩尔数都相同，提馏段各板上升的蒸汽，其摩尔数都相同，但两数不一定相等上升的蒸汽，其摩尔数都相同，但两数不一定相等精馏段各板下降的液体，其摩尔数都相同，提馏段各板精馏段各板下降的液体，其摩尔数都相同，提馏段各板下降的液体，其摩尔数都相同，但两数不一定相等下降的液体，其摩尔数都相

19、同，但两数不一定相等假设假设A402、清晰分割的物料平衡、清晰分割的物料平衡(2)r-线方程（精馏段操作线方程）线方程（精馏段操作线方程） 在精馏段对在精馏段对i 组分进行物料衡算：组分进行物料衡算：DiinniDxLxVy1进入进入=流出流出又因：又因：R=L/DDiinnixRxRRy1111Ln+1Vnn+1nxn+1iynDLVA41(3) s-线方程（提馏段操作线方程）线方程（提馏段操作线方程） wi_im_mixWLWxWLLy1WimiimWxxLyV_1_又因：又因：WLV_A42L=L+qFqFLL(1-q)FVVF代入代入s-线方程：线方程：WiimmixWqFLWxWqF

20、LqFLy1若将提馏段的若将提馏段的L用精馏段的用精馏段的L表示，表示，则有：则有：A43式中式中q的计算式为：的计算式为：尔的汽化潜热进料为饱和液体时每摩蒸汽所需的热量每摩尔进料汽化成饱和hHhHqf式中式中 H饱和蒸汽的焓饱和蒸汽的焓hf-进廖焓值进廖焓值h-进料为饱和液体的焓进料为饱和液体的焓fL=Fq, q=fL/F, 进料中液体的量占进料量的份数。进料中液体的量占进料量的份数。 饱和液体进料：饱和液体进料：饱和蒸汽：饱和蒸汽：过冷液体：过冷液体：汽液混合物：汽液混合物：过热蒸汽：过热蒸汽：q=1q=0q10q1q0A443、Fenske公式计算公式计算Nm(1)公式推导：公式推导：

21、RmRNmN当当 R 时，时，N=Nm当当N 时，时，R=RmR=L/D,只有当只有当D=0时，时，R= ,即全回流时。即全回流时。Fenske公式计算公式计算Nm的出发点的出发点A453、Fenske公式计算公式计算NmDiinnixRxRRy1111WiimmixWqFLWxWqFLqFLy1R-线方程线方程S-线方程线方程R= 时，时，F=W=D=0时，代入。时，代入。innixy1immixy1在全回流时，不论在精馏段还是提馏段，下一板上升的蒸在全回流时，不论在精馏段还是提馏段，下一板上升的蒸汽与上一板下降的液体组成相同。汽与上一板下降的液体组成相同。Ln=Vn+1可以全用下标可以全用

22、下标n来表示全塔各相邻板情况：来表示全塔各相邻板情况：innixy1全回流时全塔操作线方程全回流时全塔操作线方程A46当当 在全塔范围内变化不大时，可以用一个平均的在全塔范围内变化不大时，可以用一个平均的 代替所有的代替所有的 ，可以用全塔的，可以用全塔的 几何均值来表示：几何均值来表示： irir11.NWNN 1lglgirWixrxDrxixmN(a)塔顶为全冷凝器时：塔顶为全冷凝器时：(b)塔顶为分冷凝器时：塔顶为分冷凝器时： 2lglgirWixxDryiymrNA47 HKLKHKwdLKwdmNlglg irWixrxDrxixmNlglgFenske公式的几种表示形式：公式的几

23、种表示形式：HKLKmwHKDLKWHKDLKNlglg)1)(1(, HKLKWLKxHKxDHKxLKxmNlglg HKLKWHKxLKxDHKxLKxmNlglg Fenske公式适用于双组份精馏，也适公式适用于双组份精馏，也适用于多组分精馏（可以用一对关键组分用于多组分精馏（可以用一对关键组分来求，也可用任意两组份来求）。来求，也可用任意两组份来求）。 irWiwwDrdidmrNlglgA48(2) Fenske公式公式的适用范围和讨论：的适用范围和讨论： 3、Fenske公式计算公式计算Nm对于轻重关键组分：对于轻重关键组分： lhWlxhxDhxlxmNlglg要求分离度越高，

24、要求分离度越高， 反之相反。反之相反。DhlxxWlhxxmN关键组分挥发度相近，关键组分挥发度相近， 反之相反。反之相反。lhlgmNA49(2) Fenske公式公式的适用范围和讨论：的适用范围和讨论： 3、Fenske公式计算公式计算Nm*全回流，恒摩尔流，全回流，恒摩尔流，在全塔范围内变化不大为基在全塔范围内变化不大为基础。一般取础。一般取 或或釜顶3釜进顶*任意一对组分，适用于二元精馏，也适用于多元精馏。任意一对组分，适用于二元精馏，也适用于多元精馏。*亦可用于不清晰分割的物料衡算，即亦可用于不清晰分割的物料衡算，即Hengstebect法。法。*还可确定进料板位置。还可确定进料板位

25、置。 *Nm与进料组成和进料状态无关，也与组成的表示方法无关与进料组成和进料状态无关，也与组成的表示方法无关*全回流通常作为精馏塔开工操作和调节的主要手段，用于塔全回流通常作为精馏塔开工操作和调节的主要手段，用于塔级和填料传质效率的研究和测定。级和填料传质效率的研究和测定。A504、不清晰分割的物料衡算、不清晰分割的物料衡算(Hengstebeck 法，法，1961) ？Hengstebeck 法，法，1961Hengstebeck认为：可以用全回流时各组分塔顶、塔釜产认为：可以用全回流时各组分塔顶、塔釜产品的分配来近似代表某一回流比条件下的各组分在塔顶和品的分配来近似代表某一回流比条件下的各

26、组分在塔顶和塔釜中的分配情况。这样就可以用塔釜中的分配情况。这样就可以用Fenske公式来反算非关公式来反算非关键组分在塔顶、塔釜产品中的浓度。键组分在塔顶、塔釜产品中的浓度。这种方法是一这种方法是一 种近似的方法，但种近似的方法，但是可以作为逐板计算的初值。是可以作为逐板计算的初值。A51 采用采用FenskeFenske公式去反算非关键组分在塔顶塔釜的浓度公式去反算非关键组分在塔顶塔釜的浓度 )lg(lglhlhhlmwwddNiiifwdhhNlhllwdwdmhhNihiiwdwdmmmNihhhNihhhiiwdwdfd1mNihhhiiwdfw1对于轻重关键组分对于轻重关键组分：F

27、enske公式算出公式算出Nm4、不清晰分割的物料衡算、不清晰分割的物料衡算(Hengstebeck 法，法，1961) A52hhwd已知已知Nm 已知已知分析上式：分析上式：ih需求需求若采用塔顶和塔釜若采用塔顶和塔釜的平均值的平均值 需先求塔顶和塔釜需先求塔顶和塔釜温度温度 需先求塔顶和塔釜组成数据需先求塔顶和塔釜组成数据( (待求待求) ) 解法：用清晰分割法得到的组成分布试算塔顶和塔釜的温度，解法：用清晰分割法得到的组成分布试算塔顶和塔釜的温度，反复试差计算。反复试差计算。mmNihhhNihhhiiwdwdfd1mNihhhiiwdfw14、不清晰分割的物料衡算、不清晰分割的物料衡

28、算(Hengstebeck 法，法，1961) (1) 解析法解析法：A53 已知条件 mLHWDWiDiNTTxx,设为清晰分割WiDimLHWDWiDixxNTTxx,比较比较 注：这种方法需要较大的试差，而且意义不大，因为该法本身就是注：这种方法需要较大的试差，而且意义不大，因为该法本身就是近似法，而且一般是提供初值，所以一般不采用此方法。近似法，而且一般是提供初值，所以一般不采用此方法。A54(1) 解析法解析法：1、不清晰分割的物料衡算、不清晰分割的物料衡算(Hengstebeck 法，法，1961) hhwd将已知量将已知量 ，fi，Nm 和进料组和进料组成泡点温度条件下算出的成泡

29、点温度条件下算出的 代入求出代入求出di和和wi。ih而后用下式求出各组分在塔顶和塔釜的组成。而后用下式求出各组分在塔顶和塔釜的组成。iiDiddxiiwiwwx采用进料组成的泡点温度和塔的操作压力下的相对挥发度可直采用进料组成的泡点温度和塔的操作压力下的相对挥发度可直接计算。接计算。mmNihhhNihhhiiwdwdfd1mNihhhiiwdfw1A55(1) 图解法图解法：1、不清晰分割的物料衡算、不清晰分割的物料衡算(Hengstebeck 法，法，1961) 将右式两边取对数：右式两边取对数：hhihmiiwdNwdlglglgy=Cx+By= x=C=Nm B=iiwdlgihlg

30、hhwdlg上式为一直线：上式为一直线：hhNihiiwdwdmA56两点确定一条直线！两点确定一条直线！若将若将i=l,i=h分别代入上面方程，得两点：分别代入上面方程，得两点：hlwdlha，点hhwdhhb，点显然，比重关键组分还重的组分一定在显然，比重关键组分还重的组分一定在b b点的左下方，而比轻组分还轻的组分一定点的左下方，而比轻组分还轻的组分一定在在a a点的右上方。点的右上方。轻组分轻组分重组分重组分新书新书P71例例3-4旧书旧书P280例例6-7 A57由例题计算结果可以看出两个问题：由例题计算结果可以看出两个问题：第一，由第一，由xDi ,xWi不清晰分割物料衡算的结果与

31、清晰不清晰分割物料衡算的结果与清晰分割物料分割的结果没有重大差别，故清晰分割分割物料分割的结果没有重大差别，故清晰分割的物料衡算在简捷计算法中是可行的。的物料衡算在简捷计算法中是可行的。第二，图解法的使用是不方便的。旧第二，图解法的使用是不方便的。旧283，6-4中第中第三列，三列，这样坐标就拉的很长，若直线稍画，这样坐标就拉的很长，若直线稍画偏一点，其延长线在对数坐标上就会引起相当大偏一点，其延长线在对数坐标上就会引起相当大的误差。所以一般可用解析法。的误差。所以一般可用解析法。A585、最小回流比、最小回流比Rm和适宜回流比和适宜回流比RRmRNmN当当 R 时，时，N=Nm当当N 时，时

32、，R=RmR=(1.05-10)Rm已经讲过了已经讲过了啊！啊！A59A605、最小回流比、最小回流比Rm和适宜回流比和适宜回流比RA61 在最小回流比操作下：在最小回流比操作下：5、最小回流比、最小回流比Rm和适宜回流比和适宜回流比RA625、最小回流比、最小回流比Rm和适宜回流比和适宜回流比RA63Underwood公式：公式：11mCiiiiRxDqCiiiZi11式中：式中： -组分组分i对进料中最难挥发组分的相对挥发度。对进料中最难挥发组分的相对挥发度。 Zi , xDi -进料塔顶馏出物中进料塔顶馏出物中i组分的浓度。组分的浓度。 q -进料状态参数。进料状态参数。 -在计算在计算

33、Rm之前，需确定的因子，试差而得。之前，需确定的因子，试差而得。 i5、最小回流比、最小回流比Rm和适宜回流比和适宜回流比RA64qCiiiZi11qCiiiZi115、最小回流比、最小回流比Rm和适宜回流比和适宜回流比RUnderwood公式：公式：011qCiiiZiqCiiiZi11将式将式 变为：变为：以以 为纵坐标，为纵坐标，为横坐标。为横坐标。当当从大到小变化时，其纵坐标是不连续的。从大到小变化时，其纵坐标是不连续的。取取1 2时，时，当当1时，时，(1-) +0，则，则 +当当2时，时，(2-) -0，则，则 -qCiiiZi11A65qCiiiZi11013hl2交点为所求交点

34、为所求之值之值A66适宜的适宜的R=(1.05-10)RmA67R对精馏系统的影响：对精馏系统的影响：5、最小回流比、最小回流比Rm和适宜回流比和适宜回流比RR 冷量+热量 ，设备费用例例 大型石油化工厂的回流比如下：大型石油化工厂的回流比如下： 一般精馏装置：一般精馏装置： R=1.10-1.20Rm 低低 温精馏：温精馏： R=1.05-1.10Rm 低位热能精馏：低位热能精馏： R=1.20-1.50Rm脱乙烷塔：脱乙烷塔：1960年，年，R=1.40Rm1980年，年，R=1.20Rm乙烯精馏塔：乙烯精馏塔：原来，原来，R=1.30Rm现在，现在，R=1.05RmA685、最小回流比、

35、最小回流比Rm和适宜回流比和适宜回流比RUnderwood公式的应用范围：公式的应用范围：恒摩尔流，恒摩尔流，在全塔范围内变化不大为基础。在全塔范围内变化不大为基础。在计算在计算Rm时，可用进料组成、泡点温度下的时，可用进料组成、泡点温度下的i代替平均代替平均i ，若有数据，也可用塔顶、塔釜平均，若有数据，也可用塔顶、塔釜平均求解。求解。 思考题：思考题：全回流对应最少理论板数，但全回流下无产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。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？什么时候采用全回流呢？ 1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。、

36、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。 2、在实验室设备中，研究传质影响因素。、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。、工程设计中，必须知道最少板数。A695、简捷法计算理论板数、简捷法计算理论板数 2NNNm1RRRmGilliland关联图关联图N，Nm包括塔釜。包括塔釜。为纵坐标，为纵坐标，为横坐标。为横坐标。大约大约7%左右的误差。左右的误差。 耳波和马多克恩图耳波和马多克恩图仅适用与泡点进料仅适用与泡点进料A70 数学解析式数学解析式李德公式李德公式 xyx5715.180 . 1,01. 00 xxyx/002743. 0591422. 0545827

37、. 09 . 001. 0 xyx16595. 016595. 0, 0 . 19 . 0)1(1 75. 015668. 0minminRRRNNNGilliland关联图关联图A71注意事项注意事项物系组分数：物系组分数：C=2-11进料状态进料状态q：由过冷液体到过热蒸汽。：由过冷液体到过热蒸汽。操作压力操作压力P：由接近真空到：由接近真空到40atm。关键组分的相对挥发度关键组分的相对挥发度最小回流比最小回流比Rm=0.53-7.0理论板数理论板数N=2.4-43.105. 426. 1lhA72NNNNRRRRNmmmm计算查计算、由21R由于计算由于计算Nm时，不包括塔釜再沸器时，

38、不包括塔釜再沸器和塔顶分凝器。所以和塔顶分凝器。所以N也不包括。也不包括。A73为了便于电子计算机的计算过程，有人将为了便于电子计算机的计算过程，有人将Gilliand关关联图经数学处理变成公式形式，比如将曲线分为三联图经数学处理变成公式形式，比如将曲线分为三段，两端为直线，中间用曲线关联。段，两端为直线，中间用曲线关联。有一定的不合理性：有一定的不合理性：Gilliand关联图本身已有关联图本身已有7%的误差，把对数图上的的误差，把对数图上的曲线关联成公式还会引起一定误差，使计算精度下曲线关联成公式还会引起一定误差，使计算精度下降。降。简捷计算法用计算器算不一定比计算机计算慢。简捷计算法用计

39、算器算不一定比计算机计算慢。A746、确定进料板位置、确定进料板位置FD,xDW,xWZF以进料板为分界线使得：以进料板为分界线使得：ZF xD为精馏段，设理论板数为为精馏段，设理论板数为n.ZF xW为提馏段，设理论板数为为提馏段，设理论板数为m.n/m=?什么是最佳进什么是最佳进料板位置？料板位置？A75 1lglglhWlxhxDhxlxmNFenske公式公式 lhFlxhxDhxlxmlglgn lhWlxhxFhxlxmmlglgNm=n+m-1, N=n+mKirkbride 指出了对于泡点进料时的经验关联式：指出了对于泡点进料时的经验关联式：WhWlxxxxDWmnFlh220

40、61. 0lg思考题：此时求得的为精馏段和提思考题：此时求得的为精馏段和提馏段最少理论板数。能否用于适宜馏段最少理论板数。能否用于适宜回流比时的理论板数？此时的回流比时的理论板数？此时的n，m是否包括塔顶分凝器和再沸器？是否包括塔顶分凝器和再沸器？ A76根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分；根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分；由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成；由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成；根据塔顶塔釜组成计算相应的温度（泡点温度和露点温度根据塔顶塔釜组成计算相应的温度（泡点温度和露点温度的计算）、求出平均的计算）、求出平均相对挥发度；相对挥发度；用用Fenske公式

41、计算公式计算Nm ；用用Underwood法计算法计算Rm ，并选适宜的操作回流比，并选适宜的操作回流比R； 确定适宜的进料位置。确定适宜的进料位置。根据根据Rm、R、Nm，用，用Gilliland图求理论板数图求理论板数N 。7、简捷法计算理论板数步骤数、简捷法计算理论板数步骤数 A77三、逐级计算法三、逐级计算法P169简捷计算法的局限性：简捷计算法的局限性： 当含有非关键组分的挥发当含有非关键组分的挥发度与关键组分挥发度接近，即度与关键组分挥发度接近，即 接近于接近于1，非，非关键组分的量比较多时，清晰分割的物料衡算会引起关键组分的量比较多时，清晰分割的物料衡算会引起较大误差。较大误差。

42、当当 在全塔范围内变化较大时，误差较大。在全塔范围内变化较大时，误差较大。不能算出各板的温度，组成和流率分布情况。不能算出各板的温度，组成和流率分布情况。ihil严格的多元逐板计算的优点（计算内容）：严格的多元逐板计算的优点（计算内容）：可以算出各板的温度、组分变化，有的还可以算可以算出各板的温度、组分变化，有的还可以算出各板流率变化。出各板流率变化。较准确地确定加料板的位置。较准确地确定加料板的位置。可以为塔设备设计提供必要数据。可以为塔设备设计提供必要数据。可以大致确定灵敏板位置，便于精馏操作和控制。可以大致确定灵敏板位置，便于精馏操作和控制。A782、逐级计算法（、逐级计算法（LM法）法

43、）1932年，年，lewis matheson提出的方法，化工原理已提出的方法，化工原理已经学过。回顾。经学过。回顾。A79起点选择应从组成较精确的一端算起起点选择应从组成较精确的一端算起 两个易挥发组分作关键组分，则以塔釜作起点向上逐级计算，两个易挥发组分作关键组分，则以塔釜作起点向上逐级计算，各板的温度由泡点温度决定各板的温度由泡点温度决定两个难挥发组分作关键组分时，则以塔顶为起点向下逐板计两个难挥发组分作关键组分时，则以塔顶为起点向下逐板计算，各板的温度由露点温度决定算，各板的温度由露点温度决定关键组分是中间组分，可以从两端同时算起在加料板处契合关键组分是中间组分，可以从两端同时算起在加

44、料板处契合 已知塔顶和塔釜产品的组成是逐级计算法的前提已知塔顶和塔釜产品的组成是逐级计算法的前提清晰分割物料衡算清晰分割物料衡算非清晰分割物料衡算非清晰分割物料衡算计算起点计算起点A80基本原理：交替使用操作线方程和相平衡方程，分基本原理：交替使用操作线方程和相平衡方程，分别由塔顶向下，塔釜向上计算，在加料板处契合。别由塔顶向下，塔釜向上计算，在加料板处契合。A81从塔顶向下计算，塔序从塔顶向下从塔顶向下计算，塔序从塔顶向下 MES方程方程 M方程：方程：精馏段精馏段 iDinninnDxxLyV, 11iDninnninxVDxVLy,1,1, 1恒摩尔流：恒摩尔流： ,) 1(,DRVRD

45、L计算方法计算方法iWmmimmimxVWxVLy,11, 1提留段提留段jijijijijijijiyykyxE方程方程1jixS方程方程A821）由塔顶向下，用精馏段操作线方程和相平衡）由塔顶向下，用精馏段操作线方程和相平衡进料级的确定进料级的确定和和计算结束的判断计算结束的判断提精jHLjHLyyyy提精11jHLjHLyyyy要求轻、重关键组分汽相浓度比值要求轻、重关键组分汽相浓度比值降低降低的越快越好的越快越好且且则第则第j级是适宜进料级，级是适宜进料级，j+1级转换成提馏段操作线计算级转换成提馏段操作线计算当当WHLNHLxxxx计算结束判据：计算结束判据：A832）由塔釜向上，用

46、提馏段操作线方程和相平衡）由塔釜向上，用提馏段操作线方程和相平衡进料级的确定进料级的确定和和计算结束的判断计算结束的判断要求轻、重关键组分液相浓度比值要求轻、重关键组分液相浓度比值增加增加的越快越好的越快越好且且则第则第j级是适宜进料级，级是适宜进料级，j+1级转换成提馏段操作线计算级转换成提馏段操作线计算当当计算结束判据：计算结束判据：提精jHLjHLxxxx提精11jHLjHLxxxxDHLNHLxxxxA843）由塔顶向下，塔釜向上，在进料板处契合）由塔顶向下，塔釜向上，在进料板处契合A85由塔釜向上，由塔顶向下计算至进料板处，很难由塔釜向上，由塔顶向下计算至进料板处，很难达到完全吻合，

47、一般用下式作为契合判据达到完全吻合，一般用下式作为契合判据 ：取第取第n+1块板为进料板块板为进料板nnnHLFHLnHLxxxxxx1111mmmHLFHLmHLxxxxxx取第取第m+1板为进料板板为进料板 mnNA86LM逐板法逐板法优点：比简捷法准确，能算出塔内的温优点：比简捷法准确，能算出塔内的温度断面和组成断面。度断面和组成断面。缺点：计算试差比较繁琐，而且算不出缺点：计算试差比较繁琐，而且算不出塔内的汽塔内的汽-液流量断面。液流量断面。A873、比流量法（、比流量法（Thiese-Geddes法）法）1933年，年， Thiese-Geddes提出比流量法，解决断面流量问题。提出

48、比流量法，解决断面流量问题。1959年，年，lyster等改进了等改进了Thiese-Geddes法。（法。（Theta Method）比流量比流量- 流量比！流量比！数学表达式：数学表达式：精馏段，第精馏段，第n板的比流量值，板的比流量值，提馏段，第提馏段，第m板的比流量值，板的比流量值，iniinidv,dlimiimiwv,wl所谓流量之比：指所谓流量之比：指i 组分在第组分在第n(m)板板 上的液体（或气体）流上的液体（或气体）流量与塔顶馏出物（塔釜采出量）中量与塔顶馏出物（塔釜采出量）中i 组分的流量之比值。组分的流量之比值。A88(1) 独立变量的指定及比流量计算的必要数据独立变量

49、的指定及比流量计算的必要数据：3、比流量法（、比流量法（Thiese-Geddes法）法）独立变量独立变量 C+6个个独立变量名称独立变量名称变量数变量数进料状态进料状态q进料进料(或进料温度或进料温度TJ)1进料组成进料组成ZiC-1进料量进料量F1塔操作压力塔操作压力P1进料板位置进料板位置JF1回流比回流比R1总理论板数总理论板数N(含塔釜再沸器含塔釜再沸器)1塔顶产品量塔顶产品量D1C+6A893、比流量法（、比流量法（Thiese-Geddes法）法）假设假设tn , Vn , Ln ，注意：注意：他们不是独立变量，是所求的变量。他们不是独立变量，是所求的变量。N, R, D, 由简

50、捷法求得，继而知道由简捷法求得，继而知道W, xDi , xWi , t顶顶, t釜釜。由上面得到了比流量的必要数据由上面得到了比流量的必要数据 F, Zi, q, HF D,W, xDi , xWi , N,R, t顶顶, t釜釜假设的各板假设的各板tn , Vn , Ln , tm , Vm , Lm , 根据假设算出的根据假设算出的Hni , hni , Hmi , hmi各板的汽各板的汽-液平衡关系液平衡关系A90(2) 比流量公式的推导比流量公式的推导：3、比流量法（、比流量法（Thiese-Geddes法）法）精馏段：精馏段：由相平衡关系对第由相平衡关系对第n板板i 组分，得：组分