第三章 精 馏(分离工程,叶庆国)

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第三章 精 馏3.1 多组分精馏3.1.1 多组分精馏过程分析3.1.2 多组分精馏的简捷(群法)计算法

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精馏：distillation 精馏是多组分分离中最常见的单元操作，它

是利用组分挥发度差异，借助“回流”技术 实现混合液高纯度分离的多级分离操作，即 同时进行多次部分气化和部分冷凝的过程。 实现精馏操作的主体设备是精馏塔。

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特殊精馏由于混合物各组分的物理性质的特殊性需加 入各种分离剂才可能完成规定的分离要求及 提高分离效率。特殊精馏有： 恒沸精馏 萃取精馏 溶盐精馏

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3.1.1 多组分精馏过程分析3.1.1.1 关键组分：由设计者指定浓度或提出 分离要求的两个组分称为关键组分(key component),一旦这两个组份的组成一定， 其他组分的组成也相应定下来。 (1)轻、重关键组分 (2)分配与非配组分 (3)清晰分割与非清晰分割

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多组分精馏物系组成轻非关键组分(LNK),轻组分 轻关键组分(LK) 中间组分 重关键组分(HK) 重非关键组分(HNK),重组分

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轻关键组分和重关键组分 挥发度大的组分，称轻关键组分，LK

( LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制) 挥发度小的组分，称重关键组分，HK

( HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制)

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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。

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关键组分的指定原则

由工艺要求决定

例：ABCD(按挥发度依次减少排列)混合物分离 ◆工艺要求按AB与CD分开： 则：B为LK;C为HK ◆工艺要求先分出A: 则：A为LK;B为HK

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分配与非分配组分根据组分是否在精馏塔的两端都出现，可分为分配 组分(distributing component)和非分配组分 (nondistribution component)。 分配组分：塔顶、塔底同时出现 非分配组分：只在塔顶活塔底出现的组分

(关键组分必是分配组分，非关键组分不一定是非分配组分)

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芬斯克(Fenske)法计算最少平衡级数 芬斯克公式基于全回流时平衡级最少，交替

使用操作线方程和相平衡方程推倒出来。 全回流时，回流比R无穷大，此时所需平衡

级数最少。

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Fenske公式计算NmN Fenske公式计算Nm的出发点

R=L/D,

NmRm 当R 当N R ∞时，N=Nm ∞时，R=Rm

只有当D=0时，R= ∞,即全回流时。

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Fenske公式计算NmR-线方程： ni yy S-线方程： mi

R R 1L qF

x n 1i x m 1 i

1 R 1W

x Dix Wi

L qF W

L qF W

R= ∞时，F=W=D=0时，代入。

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Fenske公式计算Nm

全回流时，平衡级的序号从上往下排列 L n V n 1 y i , n 1

L 组分i的物料衡算： n x i , n V n 1 x i , n 1

全回流的操作线方程：x i , n

即不论精馏

段还是提馏段，对于任意一级来自 下面塔级的上升蒸汽和该级溢流下去的液体组 成相同。相平衡关系： K x K为相平衡常数 yi ,n i ,n i ,n

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Fenske公式计算Nm 对于任意组分 塔顶为全凝器：x i , D 第一个平衡级 平衡关系：y i ,1 K i ,1 x i ,1 操作关系：x i ,1 y i , 2 联立两式：y i ,1 K i ,1 y i , 2

y i ,l

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Fenske公式计算Nm 第二个平衡级：平 衡 关 系 ： y i ,2 K i ,2 xi,2 操 作 关 系 ： x i , 2 y i ,3 联 立 得 ： y i , 2 K i ,1 y i ,3

则 ： y i ,1 K i ,1 K i , 2 x i , 2

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Fenske公式计算Nm 对于第N个平衡级有：

y i ,1 K i ,1 K i , 2 … K i , N - 1 K i , N x i , N 另一组分j应有：y j ,1 Kj ,1

K

j ,2

… K j,N-1 K j,N x j , N

y i ,1 y j ,1

K i , N K i , N 1 Kj,N

…

K i , 2 K i ,1 x i , N Kj ,2

K

j , N 1

K

j ,1

x j,N

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Fenske公式计算Nm

令相对挥发度： 对于全凝器，

a ij

Ki Kj

x D y1x i ,W x j ,W

x N xW

xi ,D x j,D

a N a N 1 … a 2 a 1

x i , D x J ,W x j , D x j ,W

a N a N 1 … a 2 a 1

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Fenske公式计算Nm 则： x i , D x J ,W

xi , w x j , D

a ij , k

a ij

N

a ij , k

x i , D x j ,W xi, w x j , D

a ij

Nm

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Fenske公式计算Nm 故：

Nm

lg

x i,D x j ,w

x

i,w

x

D

j,D

lg ij

lg

x i xj x i x j D

W

lg ij

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Fenske公式计算Nm Fenske公式的几种表示形式：x x lg L K , D H K ,W ( x L K , w )( x H K , D )

lg

Nm

x LK x LK x HK D x HK

W

lg L K H K

lg L K H K

Nm

lg d d w LK w HK lg L K H K

Nm

L K , D H K ,W lg (1 L K , D )(1 H K , w )

lg L K H K

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