多组分精馏-引子

气液相平衡-理想物系与非理想物系

理想物系：

理想气体:道尔顿分压定律

理想溶液：拉乌尔定律

非理想物系和恒沸物

正偏差

负偏差

相平衡关系：相对挥发度 相平衡方程y=K x

二元精馏的分析思路

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物料衡算(M)焓衡算 (H)相平衡方程(E)传热速率方程传质速率方程归一方程 (S) 理论板假定

物料衡算 (M)焓衡算 (E)相平衡方程 (H)归一方程 (S)

恒摩尔流假定

物料衡算

相平衡方程

工程简化方法

简化一：理论板：汽液两相充分混合，传质和传热过程阻力为零的理想化塔板。满足

1）离开每一板的汽液组成达相平衡；

2）板上汽气液两相均匀混合，传热达热平衡。

简化二：恒摩尔流假定：恒摩尔汽化；恒摩尔溢流

满足恒摩尔假定的主要条件：

1）各组分的摩尔汽化潜热相等；

2）汽液混合忽略显热的变化；

3）忽略热损失。

理论板假定的修正—板效率

单板效率EM ——经过实际板组成的变化与经过理论板组成变化之比

气相单板效率EMV

液相单板效率EML

全塔效率E=理论板数/实际板数

1*

1

nn

nnmV

yy

yyE

*1

1

nn

nnmL

xx

xxE

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图解法求理论板数前提条件：满足恒摩尔流假定

简捷法求理论板基本步骤

1、求最小回流比，并确定实际回流比；

2、用Fenske方程求最小理论板数；

3、计算(R-Rmin )/(R+1)值，查Gilliland图得出

(N-Nmin)/(N+2)值,算出N值（不包括再沸器）；

4、确定进料位置；

将Fenske方程中平均相对挥发度改为精馏段平均值、Xw改为Xf，求出的是精馏段最少理论板数

按步骤3中(N-Nmin)/(N+2)值求出精馏段板数，即得加料位置。Gilliland 图—(R、Rmin 、N、Nmin)关系图。

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理论板的逐板计算法

精馏段操作线方程

提馏段操作线方程

q线方程-更换操作线点

离开同一块板的组成满足相平衡关系，即（xn ,yn ）点位于平衡线上

两板之间汽液组成满足物料恒算即操作线关系，（xn ,yn+1 ）位于操作线上

进料板位置对应（xq ,yq ）点

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气液传质设备-精馏塔

板式塔—tray tower级式接触。气液传质场所为板上液层。

泡罩塔、筛板塔、浮阀塔、喷射塔等

填料塔—pack tower微分接触，在填料表面液膜上质量传递。

填料有拉西环、鲍尔环、波纹填料等

塔板设计

塔板设计（Tray sizing）计算给定板间距下的塔径，共有

五种塔板供选用：1、泡罩塔板（Bubble Cap）2、筛板（Sieve）3、浮阀塔板（Glistch Ballast）4、弹性浮阀塔板（Koch Flexitray）5、条形浮阀塔板（Nutter Float Valve)

填料设计

填料设计（Pack sizing）计算选用某种填料时的塔径，共有40种填料供选用，在此仅介绍 5 种典型的散堆填料和 5 种典型的规整填料：

常见散堆填料

5 种典型的散堆填料： 1、拉西环（RASCHIG）

2、鲍尔环（PALL）

3、阶梯环（CMR）

4、矩鞍环（INTX）

5、超级环（SUPER RING）

常见规整填料

5 种典型的规整填料： 1、带孔板波填料（MELLAPAK）

2、带孔网波填料（CY）

3、带缝板波填料（RALU-PAK）

4、陶瓷板波填料（KERAPAK）

5、格栅规整填料（FLEXIGRID）

附属设备-冷凝器与再沸器

冷凝器

全凝器

分凝器

再沸器

釜式再沸器

热虹吸式再沸器 强制循环或自然循环

冷凝器:全凝器 total 和分凝器 partil

是采用全凝器冷凝或分凝器冷凝以及选用何种冷媒，要看被冷凝的气相温度高低及气相组分的沸点高低

当被冷凝的气相温度较高及组分较单一且常温下为液态时，一般采用全凝器冷凝;

当被冷凝的气相温度较高但组分较多且常温下有某组分为气态或易气化时，一般采用分凝器冷凝，先用循环水做冷媒将气相中沸点较高的组分冷凝下来，未冷凝气体再用低温冷冻水做冷媒冷凝，即所谓分凝器冷凝。

当然，也可以就用低温冷冻水进行全凝器冷疑。但因冷冻水比循环水成本高，经济上不合算。

实际生产中，为了节能，当被冷凝的气相温度较高时，也可先与其它低温物料换热，这样气相被部分冷凝，再用循环水冷凝，也是一种分凝方法，可减少循环水用量。低温物料被预热，也可减少蒸汽耗量

冷凝器:冷凝器设定有两组参数

1、冷凝器指标（Condenser Specification）仅仅应用于部分冷凝器。只需指定以下两个参数之一：冷凝温度（Temperature）蒸汽分率（Vapor Fraction）。

2、过冷态（Subcooling）1）过冷选项（Subcooling option）

二选一：回流物和馏出物都过冷/仅仅回流物过冷。2）过冷指标（Subcooling specification）

二选一：过冷物温度/过冷度

内置式再沸器

釜式再沸器 Kettle Reboiler

强制循环再沸器

热虹吸式再沸器 Thermo-syphon Reboiler

再沸器:热虹吸再沸器需要进行设定

1、指定再沸器流量

（Specify reboiler flow rate）

2、指定再沸器出口条件

（ Specify reboiler outlet condition）

3、同时指定流量和出口条件

（Specify both flow and outlet condition ）

精馏塔的操作参数

操作参数设定需要从以下十个选项中选择：

1、回流比（Reflux Ratio） 2、回流速率（Reflux Rate）

3、馏出物速率（Distillate Rate) 4、塔底物速率（Bottoms Rate)

5、上升蒸汽速率（Boilup Rate) 6、上升蒸汽比（Boilup Ratio)

7、上升蒸汽/进料比（Boilup to Feed Ratio)

8、馏出物/进料比（Distillate to Feed Ratio)

9、冷凝器热负荷（Condenser Duty)

10、再沸器热负荷（Reboiler Duty)

压力塔内压力设定有三种方式（View）1、塔顶/塔底（Top/Bottom）

指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。

2、压力剖型（Pressure Profile）

指定每一块塔板压力。

3、塔段压降（Section Pressure Drop）

指定每一塔段的压降。

精馏塔的控制参数:

压力：塔顶(塔顶冷凝器冷凝蒸汽的量决定）、塔底

温度：塔顶温度，塔釜温度（加热蒸汽流量决定），灵敏板温度

液位：回流罐（塔顶采出量决定）；塔釜或再沸器（塔釜产品采出量）

流量：进料量、回流量，加热蒸汽量等

灵敏板温度

适用于精馏高纯度分离

灵敏板：操作条件变

动引起温度变化最为显著

的塔板。这些塔板的温度对外

界干扰的反映最灵敏。

如何确定灵敏般的位置？

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塔内温度分布的变化

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