【正文】 第三章 多組分多級(jí) 分離過(guò)程 分析與簡(jiǎn)捷計(jì)算 多組分精餾： C2 —— 變量分析 3塔內(nèi)分布復(fù)雜 —— 過(guò)程分析 4計(jì)算 ? 簡(jiǎn)捷法： FenskeUndewoodGilliland法 共沸精餾圖解法 萃取精餾簡(jiǎn)化法 吸收因子法 逆流萃取集團(tuán)法 ? 逐板法：嚴(yán)格計(jì)算（非本章內(nèi)容） 返回 第三章 多組分多級(jí)分離過(guò)程分析與簡(jiǎn)捷計(jì)算 第一節(jié) 設(shè)計(jì)變量 第二節(jié) 多組分精餾過(guò)程 第三節(jié) 萃取精餾和共沸精餾 第四節(jié) 吸收和蒸出過(guò)程 第五節(jié) 萃取過(guò)程 第一節(jié) 設(shè)計(jì)變量 單元的設(shè)計(jì)變量 裝置的設(shè)計(jì)變量 返回 ?設(shè)計(jì)變量 ： 確定設(shè)計(jì)中已知變量 ?例如二元精餾： 可解出： N； … , , ,44FWA D BF x q Px x R— 固 有 的 個(gè) 變 量， ， ， 進(jìn) 料 位 置— 規(guī) 定 個(gè) 變 量 對(duì)于復(fù)雜體系變量如何確定？ 確定變量數(shù)目—設(shè)計(jì)變量約束條件—系統(tǒng)中的變量數(shù)—設(shè)：CViCVNNNNN??iCV NNN ，如何確定?約束條件數(shù) ： 物料平衡式 能量平衡式 化學(xué)平衡式 其它相等條件 V N如何確定？ C V N N , ? 變量數(shù) ： 數(shù) 出 能進(jìn) 數(shù) 出 功進(jìn) ） （ 換： 股物流，且有功、能交 若 物流數(shù)（一股） ） 自由度數(shù)（ 單相）： 任意單股物流（一股、 ) ( ) ( 2 2 1 2 + + + ? + ? + + ? ? + ? C N N N C C f N V V p V N 返回 單元的設(shè)計(jì)變量 ? 將復(fù)雜化工裝置分解成簡(jiǎn)單單元，求 ： 42263221216300233+?+?+??+????+?+++???CCCeiNCCxxPPTTCeNCCeNNLiFiFFCV）（）（個(gè)個(gè)個(gè)等量關(guān)系：個(gè)能量衡算式：個(gè)物料衡算式：：）（物流數(shù)：e i N e i N 例 F F F P T x F , , , P T x L L , , , 1 1 P T x L L , , , 2 2 13431211?+?+???+?++??）（）（）（中分配器：例CCexNeiNeaNCCexN設(shè)計(jì)變量分： ● 固定設(shè)計(jì)變量 ： 進(jìn)料物流變量和系統(tǒng)壓力 ●可調(diào)設(shè)計(jì)變量 ： 除 的其他變量 e a Ne x Ne x N往往對(duì)此感興趣！ 例 1343124)32()73(?+?+?+?++?+?+?+??）（）（）（其中：CCeaNCCexNCCCNeiLB F LA Q 73123)()2(+?++?++?CCCeN V）（數(shù)出熱進(jìn)物流數(shù)方程 數(shù) 物料衡算 C 熱量衡算 1 相平衡 C 二相 T， P相等 2 2C+3 : e N C ? 可指定為平衡單元溫度 例 05212252)32()84(?+?++?+?+?+??eaNCCexNCCCNei）（其中：O V i V O L i L 84)2(4)2(+?+?+?CCCeN V 物流數(shù)方程 數(shù) 物料衡算 C 熱量衡算 1 相平衡 C 二相 T， P相等 2 2C+3 : e N C ?我把各種單元的設(shè)計(jì)變量歸納在表 3— 1中，你可以去查喲！ 設(shè)計(jì)變量真難！ 返回 裝置的設(shè)計(jì)變量 由單元設(shè)計(jì)變量確定： ucNrNeiNuiN式連接單元間物流產(chǎn)生等重復(fù)使用的單元數(shù)?+? ?u i N 重復(fù)使用一種為 1 前面進(jìn)等于后面出 例 4. 簡(jiǎn)單吸收塔（ N塊理論板串級(jí)） VN 1 N LN+1 L1 V0 變量數(shù)相等股汽、液流量為多次重復(fù)使用理論板：）（：—查表)1(:1)(525213?+??+??NNNCNNCNuCreiei∴ 吸收塔設(shè)計(jì)變量： 指定為理論板數(shù) 或關(guān)鍵組分吸收率 14222)2(52)]2(2)[1(1)52(???++?++?++?++?+??++??+??uxuiuauxNNNNCNCcNNCCNCNuCNrNeiNuiN）（每級(jí)壓力進(jìn)料變量數(shù)其中：例 5. 簡(jiǎn)單精餾塔 查表 3— 1： 2 M M+1 M+2 N F D W=L1 10C+N+27 C+4 再沸器 2C+(M1)+5 (M1)板平衡串級(jí) 3C+7 進(jìn)料板 2C+ (NM1)+5 N(M+1)板平衡串級(jí) C+4 回流分配器 C+4 全凝器 單元 ? eiN?9股單元物流數(shù)； 54229)189()2710(189)2(9???++?+++?++?+?++?+?+?uxuiuauxuiuCNNNNCNCNNCCNCNCCN）（其中：故：:uxN進(jìn)料 C+2 每級(jí)壓力 （包括再沸器） N 全凝器壓力 1 回流分配器壓力 1 合計(jì) C+N+4 5 合計(jì) 1 1 （ D/F） 1 進(jìn)料位置 1 理論板數(shù) 1 回流溫度 ） （ D L N 1 + :uaN 對(duì)精餾塔歸納出簡(jiǎn)便、可靠的 確定設(shè)計(jì)變量的方法： （ 1）按每一單相物流有（ C+2）個(gè)變 量， 計(jì)算由進(jìn)料物流所確定的固 定設(shè)計(jì)變量數(shù)。 （ 2）確定裝置中具有不同壓力的數(shù)目。 （ 3）上述兩項(xiàng)之和即為裝置的固定設(shè)計(jì)變量數(shù)。 （ 4）將串級(jí)單元數(shù)目、分配器的數(shù)目、側(cè)線采出單元數(shù)目及傳熱單元數(shù)目相加，便是整個(gè)裝置的可調(diào)設(shè)計(jì)變量， 例 6. 帶一個(gè)側(cè)線采出口的精餾塔 設(shè)塔內(nèi)與進(jìn)料壓力相等 進(jìn)料變量數(shù) C+2 壓力等級(jí)數(shù) 1 合計(jì) C+3 :uxN:uaN 串級(jí)單元數(shù) 3 分配器的數(shù)目 1 側(cè)線采出單元數(shù)目 1 及傳熱單元數(shù)目 2 合計(jì) 7 作業(yè)： P115： 1題 P116： 4題 返回 二個(gè)極限條件： ??????NRRNNRmm時(shí)，時(shí)，計(jì)算： （簡(jiǎn)捷）法 用于： ● 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)不全 ● 提供電算初值 ● 比較、選擇方案 電算（下一章） 第二節(jié) 多組分精餾過(guò)程 第二節(jié) 多組分精餾過(guò)程 多組分精餾過(guò)程分析 最小回流比 最少理論塔板數(shù)和組分分配 實(shí)際回流比、理論板數(shù)、進(jìn)料位置 返回 多組分精餾過(guò)程分析 一、關(guān)鍵組分 一般精餾： 對(duì)于設(shè)計(jì)型計(jì)算， 5個(gè)可調(diào)設(shè)計(jì)變量為： 在塔釜回收率—在塔頂回收率—這里：）（）；（；回流溫度；進(jìn)料位置；jFxWxiFxDxxxRFjWjWjFiDiDiWjWjDiDi??????5 ? u a N i、 j為在精餾中起關(guān)鍵作用的組分，稱 關(guān)鍵組分。 i：揮發(fā)度大的組分，稱 輕關(guān) 鍵組分 ，表示： LK，下標(biāo)： l j：揮發(fā)度小的組分，稱 重關(guān) 鍵組分 ，表示： HK，下標(biāo)： h 精餾塔的任務(wù)： LK盡量多的進(jìn)入塔頂餾出液； HK盡量多的進(jìn)入塔釜釜液。 為中間關(guān)鍵組分—為重組分，表示：—為輕組分，表示：—若：ihhhihlHN KihhhiLN Kihlhi:::???????????對(duì)于精餾中的 非關(guān)鍵組分 ： 設(shè) 為非關(guān)鍵組分 i對(duì) HK的 相對(duì)揮發(fā)度。 ih?2. 關(guān)鍵組分的特點(diǎn) ◆ LK和 HK形成分離界線，且 越小， 分離越難。 ◆ ◆ 精餾中： LK絕大多數(shù)在塔頂出現(xiàn)，在釜中量嚴(yán)格控制； HK絕大多數(shù)在塔釜出現(xiàn)，在頂中量嚴(yán)格控制。 ◆ 只有無(wú) LNK，且 較大，塔頂可采出純 LK； 只有無(wú) HNK，且 較大，塔釜可采出純 HK。 重輕 ； WhWDlD ???? ??h l ? h l ? h l ? 3. 關(guān)鍵組分的指定方法 ◆指定回收率 ◆指定控制量 h W l D ? ? ； lWhWhDlD xxxx 或；或注意： 同一組分，規(guī)定了一端的回收率，另一端的量已確定。 不能重復(fù)！ 4. 關(guān)鍵組分的指定原則 由工藝要求決定 例： ABCD（按揮發(fā)度依次減少排列） 混合物分離 ◆ 工藝要求按 AB與 CD分開(kāi)： 則： B為 LK； C為 HK ◆ 工藝要求先分出 A： 則： A為 LK； B為 HK 二、設(shè)計(jì)計(jì)算多組分精餾過(guò)程的復(fù)雜性 1. 確定后，頂釜濃度未確定 物料衡算確定頂釜濃度 j W D xi x , 二種方法： ★清晰分割法 假設(shè) LNK全部從塔頂采出； 假設(shè) HNK全部從塔釜采出。 ★ 非清晰分割法 各組分在頂、釜都有可能存在。 2. 流量分布、溫度分布、濃度分布復(fù)雜 ★流量分布 分子汽化潛熱相近，可視為 恒摩爾流 例：苯 — 甲苯物系 （圖 3— 4） 苯 — 甲苯 — 異丙苯物系 （圖 3— 5） 分子汽化潛熱不相近， V、 L有變化， 但 V/L變化不大 ★ 溫度分布 泡點(diǎn)與組成密切相關(guān)，溫度分布接近組成分布形狀。 （圖 3— 4），（圖 3— 6）。 ★ 濃度分布 ，原因是 引入的組分包含全部組成。 精餾段： HNK迅速消失； LNK以接近于常數(shù)濃度在進(jìn)料板以上各 板中出現(xiàn)，接近頂部急劇增加，在出料 液中達(dá)到最高。 提餾段： LNK迅速消失； HNK在再沸器中濃度最高，從釜向上幾 板下降較大，然后變化不大，一直延伸到 進(jìn)料板。 變化復(fù)雜 ▼ 若無(wú) LNK時(shí)： HK分別在二段出現(xiàn)兩個(gè)最高點(diǎn)，LK表現(xiàn)象 LNK。 （圖 3— 7） ▼ 若無(wú) HNK時(shí)： LK分別在二段出現(xiàn)兩個(gè)最高點(diǎn)， HK表現(xiàn)象 HNK。 （圖 3— 8） ▼有 LNK、 HNK，且都不同時(shí)出現(xiàn)在頂、釜時(shí)： LK在精餾段出現(xiàn)一個(gè)最大值，然后降到所規(guī)定的濃度； HK在提餾段出現(xiàn)一個(gè)最大值，然后降到所規(guī)的濃度。 （圖 3— 9） 返回 最小回流比 1.