多組分多級分離過程分析與簡捷計算第一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日多組分精餾：

1.組分數C>22.求解數目較多方程——變量分析

3.塔內分布復雜——過程分析

4.計算簡捷法：Fenske-Undewood-Gilliland法共沸精餾圖解法萃取精餾簡化法吸收因子法逆流萃取集團法逐板法：嚴格計算（非本章內容）返回第二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日第三章多組分多級分離過程分析與簡捷計算第一節多組分精餾過程第二節萃取精餾和共沸精餾第三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日二個極限條件：計算：

1.近似（簡捷）法

用于：●基礎數據不全

●提供電算初值

●比較、選擇方案

2.嚴格計算

電算（下一章）第一節多組分精餾過程第四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日第一節多組分精餾過程3.1.1多組分精餾過程分析3.1.2最小回流比3.1.3最少理論塔板數和組分分配3.1.4實際回流比、理論板數、進料位置返回第五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日3.1.1多組分精餾過程分析

一、關鍵組分

1.關鍵組分的引出一般精餾：對于設計型計算，5個可調設計變量為：

5=uaN第六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日

i、j為在精餾中起關鍵作用的組分，稱關鍵組分。

i：揮發度大的組分，稱輕關鍵組分，表示：LK，下標：lj：揮發度小的組分，稱重關鍵組分，表示：HK，下標：h第七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日精餾塔的任務：

LK盡量多的進入塔頂餾出液；

HK盡量多的進入塔釜釜液。第八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日對于精餾中的非關鍵組分：設為非關鍵組分i對HK的相對揮發度。第九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日2.關鍵組分的特點◆LK和HK形成分離界線，且越小，分離越難。◆◆精餾中：

LK絕大多數在塔頂出現，在釜中量嚴格控制；

HK絕大多數在塔釜出現，在頂中量嚴格控制。◆只有無LNK，且較大，塔頂可采出純LK；只有無HNK，且較大，塔釜可采出純HK。hlahlahla第十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日3.關鍵組分的指定方法◆指定回收率

◆指定控制量hWlDjj；注意：同一組分，規定了一端的回收率，另一端的量已確定。不能重復！第十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日4.關鍵組分的指定原則

由工藝要求決定例：ABCD（按揮發度依次減少排列）混合物分離

◆工藝要求按AB與CD分開：則：B為LK；C為HK◆工藝要求先分出A：則：A為LK；B為HK第十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日二、設計計算多組分精餾過程的復雜性1.確定后，頂釜濃度未確定

物料衡算確定頂釜濃度jWDxix,二種方法：

★清晰分割法假設LNK全部從塔頂采出；假設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。第十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日流量分布、溫度分布、濃度分布復雜

★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—1）苯—甲苯—異丙苯物系（圖3—2）

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

泡點與組成密切相關，溫度分布接近組成分布形狀。（圖3—3）。第十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日

★濃度分布1.進料板附近各組分濃度變化較大，原因是引入的組分包含全部組成。2.對非關鍵組分

精餾段：HNK迅速消失；

LNK以接近于常數濃度在進料板以上各板中出現，接近頂部急劇增加，在出料液中達到最高。

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，一直延伸到進料板。第十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日3.關鍵組分

變化復雜▼若無LNK時：HK分別在二段出現兩個最高點，LK表現象LNK。（圖3—4）▼若無HNK時：LK分別在二段出現兩個最高點，HK表現象HNK。（圖3—5）▼有LNK、HNK，且都不同時出現在頂、釜時：

LK在精餾段出現一個最大值，然后降到所規定的濃度；

HK在提餾段出現一個最大值，然后降到所規的濃度。（圖3—6）返回第十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日3.1.2最小回流比1.時，恒濃區出現的情況mR恒濃區——精餾塔中全部濃度不變的區域恒濃區二元精餾：恒濃區：一個，出現在進料板第十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日多元精餾：定義：頂釜同時出現的組分——分配組分只在頂或釜出現的組分——非分配組分一般：LK、HK和中間關鍵組分為分配組分；非關鍵組分可以是分配組分，也可以是非分配組分。多元精餾特點：

▼各組分相互影響，存在上、下恒濃區

▼所有進料組分中有非分配組分的影響

▼恒濃區位置不一定在進料板處第十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日只有HNK為非分配組分只有LNK為非分配組分所有組分為分配組分LNK和HNK都為非分配組分——上恒濃區——下恒濃區第十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日2.的計算mR采用Underwood法計算：該法假設：1.恒摩爾流

2.在全塔可看成常數hia依據：恒濃區概念關聯式：相平衡、物料平衡第二十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日Underwood公式：式中：

——i對基準組分r的相對揮發度

取基準：①最難揮發的組分（最重的組分）②HKriamDix)(,

——最小回流比操作下，i的摩爾分數，

q——進料狀態參數

——方程的根，為多根方程，取qrhrlaqa>>誤差：10～20%第二十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日，最后取平均值。幾個，解出之間試差出幾個揮發度不相鄰，可在、注意：若mrhrlRHKLKqaa,例3—1計算最小回流比已知：解：由（3—1b）試差將代入（3—1a）得306.1=mR325.1=q325.1=q返回第二十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日3.1.3最少理論板數和組分分配1.最少理論板數特點：★F=D=W=0★L=V；L/V=1★操作線方程：★板效率最高ininxy,,1=+意義：◆操作前的準備工作◆測出mN第二十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日采用Fenske方程求最少理論板數，推導如下：）（）（）（21+=\nBAnBAyyxx)1((nBAnABnBAxxyy）（）（）a=用（1）、（2）式推導Fenske方程：第二十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日設塔頂采用全凝器（板序由上向下）：321）（）（）（）（BAABABDBAyyxxaa=\3222）（）（））代入：（又將（BAABBAyyyya=2221）（）（））：（又由（BAABBAxxyya=212）（）（））代入：（將（BAABDBAyyxxa=第二十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日以次類推：WBANABNABABABDBAxxxx）（）（）（）（）（）（aaaa121-=LWBANABDBANNABNABABABABxxxx）（）（）有：（—代入式中—）（）（）（）（）取（均均aaaaaa==-121L第二十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日Fenske方程的各種形式：第二十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日Fenske方程說明：返回第二十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日2.非關鍵組分分配第二十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日解a，清晰分割法物料衡算HKCLKC為；為選=32WD10015015610010520020415-0.025D0.025D153（HK）0.05W35-0.05W352（LK）0551wdf組分例3—2：計算已知：1.

2.分離要求05.0025.0,,==WlDhxx和物料分配mN第三十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日列方程；將D、W代入表中，完成物料衡算表（略）b求最少理論板數第三十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日c核實清晰分割的合理性核算式）（hmhiiiwdNfwa+=1第三十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日核算式）（）（hmhiihmhiiwdNfwdNdaa+=1第三十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日不成立，須調整清晰分割假設對3C\d調整

以前面結果為初值，進行試差結果：第二次與第一次相近635.0C3=d第三十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日例3—3：計算已知：1。

2.分離要求解：選甲苯為LK，異丙苯為HK，二甲苯為中間關鍵組分。物料分配時要對二甲苯試差1.設（依據相對揮發度估計）其他組分按清晰分割法處理，初算結果如下表。第三十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日49.07150.92910039.9240.074640C（HK）9110X0.14729.85330T（LK）02020Bwdf組分第三十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日2.

由初算結果核算1近似為0wwdxx；及是否，核算中間組分：核算LNH組分B：第三十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日49.55450.44610039.9240.075740C（HK）9.4810.51910X0.14829.85230T（LK）02020Bwdf組分3.將代入，再次清晰分割法計算481.9519.0==xxwd，第三十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日4.

再次核算wdxx，核算中間組分：5.重復3的計算，完善物料衡算表第三十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日作業：

P163：6題

認真思考獨立完成返回第四十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日3.1.4實際回流比、理論板數、進料位置一、實際回流比R

由操作費、設備費確定由經驗取：

R=（1.1～1.5）Rm二、理論板數1.Gilliand圖和擬合形式圖3-9第四十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日用Gilliand圖簡便、但不準確，回歸的經驗式為：已知X，由（3—14）或（3—15）解出y2.ErbarandMaddox關聯圖：比Gilliand圖精確，誤差4.4%圖3—10第四十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日三、適宜進料位置的確定第四十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日例3—4分離烴類混合物

例3—1求出Rm=1.306；

例3—2求出Nm=6.805和物料衡算表

本題求N，進料位置解：1.求RR=1.25Rm=1.634第四十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日3、確定進料位置塔中實際板為18塊第四十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日四、不同回流比下物料分配的比較

不同回流比物料分配如圖（3—12）

對于操作情況，R=(1.2～2)Rm,由Fenske方程：

[對全回流情況]結論：可用操作回流比下的物料分配，采用

Fenske方程計算Nm。第四十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日討論：

簡捷計算法步驟有那些？第四十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日簡捷計算法步驟：1.由工藝要求選LK，HK，物料分配得出第四十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日作業：

P164：8題

認真思考獨立完成返回第四十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日1.問題的引出分離乙醇～水混合物分離丁烯-2～丁烷問題：如何分離的混合物？第二節萃取精餾和共沸精餾第五十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日2.特殊精餾

在和的溶液中加入一個新組分S，使它對原溶液中各組分產生不同作用，從而改變原溶液組分之間相對揮發度，使系統變的易于分離。及：特殊精餾為既加能量又加質量分離劑的精餾。

原溶液加新組分后形成最低共沸物從塔頂采出。

——共沸精餾，S為共沸劑

原溶液加新組分后不形成共沸物且S沸點最高，從塔釜采出

——萃取精餾，S為萃取劑或溶劑第五十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日第二節萃取精餾和共沸精餾3.2.1萃取精餾

3.2.2共沸精餾返回第五十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日3.2.1萃取精餾

一、流程ABSA，B特點：1.二塔串聯;2.S為難揮發組分，一般在近于塔頂加入.第五十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日二、萃取精餾原理和溶劑選擇1.溶劑的作用問題：如何增加？12a第五十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日由三元物系Margules方程：(3-19)第五十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日將上式代入（3—18）：恢復(3-21)(3-23)第五十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日分析（3—24）：(3-21)(3-23)(3-24)第五十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日討論：(3-25)第五十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日(3—25）成立的必要條件：●●，021>-SSAA,,第五十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日溶劑的作用：

體現：原溶液沸點差不大（）非理想性不很強時，

★

稀釋原溶液：體現：當原溶液沸點差大，非理想性很強時，加S后，濃度下降，而增加，由（3—21）：小，突出了作用。★

對原溶液1、2組分產生不同的作用，提高12a返回第六十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日補充作業：在萃取精餾中，已知60℃時：第六十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日2.溶劑的選擇考慮分子極性

選擇在極性上更類似于HK的化合物作溶劑，降低HK的揮發度。

例：分離甲醇（沸點64.7℃），丙酮（沸點65.5℃）a.選烴作溶劑，丙酮為難揮發組分2；b.選水作溶劑，甲醇為難揮發組分2。極性順序：[由小到大]第六十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日考慮能否形成氫鍵S加入后形成的溶液：僅有氫鍵生成，則呈現負偏差；僅有氫鍵斷裂，則呈現正偏差。（表3—2）考慮其它因素

1.沸點高、不與1、2組分共沸，不起化學反應。

2.溶解度大。

3.溶劑比（溶劑/進料）不得過大。

4.無毒、不腐蝕、低廉、易得。第六十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日三、萃取精餾過程分析1.塔內流量分布m-1mm+1n-1nn+1FSDW設S為純組分，在塔頂采出為0。(3-28)第六十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日(3-31)(3-32)(3-28)(3-32)第六十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日第六十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日2.塔內溶劑濃度分布由于S量大，揮發性小，可視為S濃度恒定作為簡化計算。第六十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日(3-41)

(3-42)

第六十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日分析：(3-43)(3-45)第六十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日分析（3—43）、（3—45）：第七十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日(3--44)第七十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日(3-16)第七十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日

圖解法或解析法設在全塔恒定，將1、2、S三元看成1、2元處理。四、萃取精餾過程計算SxR=5FSDW例：3—5求S/F；N第七十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日圖—作xy.2要確定溫度和濃度。第七十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日濃度和溫度的確定:第七十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日第七十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日塊。求在圖中作操作線方程，14=N第七十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日7.2100270==\FS(3-43)第七十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日補充作業：

采用溶劑S來萃取精餾組分1、2的混合物，溶劑看成不揮發的純組分，回流比R=2.25，塔內看成恒摩爾流，露點進料（q=0），已知條件如后頁；求：（1）板上溶劑濃度；（2）最少理論板數；（3）用所給式說明溶劑作用。第七十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日

組成進料（mol分數）塔頂（mol分數）塔釜（mol分數）10.50.950.00520.50.050.095S0.00.00.9返回第八十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日

3.2.2共沸精餾共沸物（恒沸物）：

定壓下，加熱溶液使之蒸發，從始到終x、y、T不變的溶液。共沸點（恒沸點）：

共沸時的溫度。

對共沸物：一個汽相，一個液相，—均相一個汽相，多個液相，—非均相第八十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日一、共沸物的特性和共沸組成的計算

科諾瓦洛夫定律指出：[適用于二元和多元]

P～x曲線極值點，相當于汽液平衡相組成相等。第八十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日★★★第八十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日共沸參數（x、T、P）預測：已知

x、T、P任一個參數，可求出另外二個。第八十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日例3—6已知P=86.659kPa，求共沸時x、T。。否則重設，比較：計TPPe-≤第八十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日另外：★★不用試差呀！第八十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日B：二元非均相共沸物（都為正偏差共沸物）

系統正偏差較大時：形成二個液相，一個汽相共沸物。1——形成非均相共沸物。3——不形成共沸物。2——形成均相共沸物。第八十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日適用情況：第八十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日若互溶度很小：★★第八十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日平衡計算：同時考慮：1.汽液平衡；2.液液平衡No(3-54)(3-55)第九十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日2.三元系科諾瓦洛夫定律也能應用A：相圖（立體圖）

P—x圖：1.三側面表示三個二元系P(T)-x圖。2.理想系，壓力面是平面；正偏差物系，壓力面位于平面之上；負偏差物系，壓力面位于平面之下。3.三元共沸點對應壓力極值點。4.用平行于底面的平面切割壓力（溫度）面。得到一系列等壓（等溫）曲線。第九十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日第九十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日B；脊、谷、鞍點設m—正偏差共沸物，（或最低共沸物）

M—負偏差共沸物，（或最高共沸物）對于壓力面：

★三個二元m(或M),有三元共沸物存在.(圖3—19)

★二個m，或一個m與一個低沸點組分，使壓力面產生脊；二個M，或一個M與一個高沸點組分，使壓力面產生谷。（圖3—20）★有脊又有谷，會出現鞍點，為鞍點共沸物.(圖3—21)第九十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日C：三元均相共沸組成的計算(3-56)(3-57)(3-58)第九十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日二、共沸劑的選擇一般原則:1.分離負偏差共沸物或沸點相近的混合物

a.共沸劑僅與一個組分形成二元正偏差共沸物。

b.分別與兩組分形成二元正偏差共沸物，且共沸點有明顯差別。

c.與兩組分形成三元正偏差共沸物，共沸點溫度顯著低。2.分離二元正偏差共沸物

a.共沸劑與一個組分形成二元正偏差共沸物，共沸溫度明顯低。

b.形成三元正偏差共沸物，共沸點溫度顯著低。第九十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日例1.分離環己烷(1)—苯(2),共沸劑的選取。

沸點：T1=80.8℃T2=80.2℃

特點：1、2形成正偏差（或最低）共沸物

（共沸點：T=77.4℃X2=0.54）方法：

1.找出與1、2形成共沸物的物質。

2.篩選在所有能形成共沸物的物質中選出共沸點低于77.4℃的物質。（丙酮、甲醇）

3.相圖分析確定：第九十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日分離情況：丙酮作共沸劑，塔頂分出環己烷與丙酮；甲醇作共沸劑，塔頂分出三元共沸物。結論：選丙酮為共沸劑。第九十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日例2.分離氯仿(沸點61.2℃)

丙酮(沸點56.4℃),共沸劑的選取。特點：形成負偏差共沸物。選二硫化碳為共沸劑：塔頂：二硫化碳—丙酮共沸點；39.3℃塔釜：

較純的氯仿。第九十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日例3.分離乙醇—水,共沸劑的選取。特點：形成一個三元共沸物，三個二元共沸物。選苯為共沸劑：苯、醇、水三元共沸物純乙醇水+乙醇水+乙醇共沸物水+乙醇主塔苯回收塔乙醇回收塔純水第九十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日總之：

1.顯著影響1、2組分平衡關系

2.S易回收、分離

3.量少、汽化潛熱小

4.溶解度大、不起化學反應

5.無腐蝕、無毒

6.價廉、易得。第一百頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日相圖：101.3kPa0.7MPa三、分離共沸物的雙壓精餾過程

利用不同壓力下，共沸組成不同分離。例：分離甲乙酮—水共沸物共沸物1常壓2加壓F水MEK工藝流程圖：第一百零一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日物料衡算：二個塔作一個整體用高。（循環量）大，操作費小，式中：2,1,121DxxDD-第一百零二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期日四、二元非均相共沸物的精餾