x1
y2 y 1
* TB
1.0 B7
3.2.1 多组分精馏过程分析
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，
温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收 集的是低沸点组分，高沸 点组分则留在塔底。
8
3.2.1 多组分精馏过程分析
1 从塔的中间O点进料； 2 组分B的液、汽相组 成分别为 x3 和 y3； 3 每层塔板都经历部分 汽化和部分冷凝过程；T
4
3.2.1 多组分精馏过程分析

简单蒸馏以及二组分精馏的原理图 关键组分(Key Components) 清晰分割 多组分精馏过程的复杂性
二组分精馏实例：苯－甲苯 三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯 四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯

多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别
22
3.2.1 多组分精馏过程分析
2、关键组分
①若无LNK：HK分别在二段出现两个最高点，LK 表现像LNK。 （图3-7） ②若无HNK：LK分别在二段出现两个最高点，HK 表现像HNK。 （图3-8） ③有LNK、HNK，且都不同时出现在顶、釜时： LK在精馏段出现一个最大值，然后降到所规定的浓度； HK在提馏段出现一个最大值，然后降到所规定的浓度。 （图3-9）

甲苯为LK，二甲苯为HK，两 者的浓度分布曲线变化规律相 同，方向相反。 在 塔 底 处 ， 主 要 分 离 HK 和 HNK，所以此处HK浓度向上 增大；同理，在塔顶处，主要 分离LK和LNK，所以此处LK 浓度向上减小。


图3-9 苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙 苯液相浓度分布
苯为LNK，在进料板以下浓度 快速减小，最终全部进入塔顶； 异丙苯为HNK，在进料板以上 浓度快速减小，最终全部进入 21 塔釜。
i xiF 1 q i
i —组分i 的相对挥发度；
(xiD)m —最小回流比下馏出液中组分i的摩尔分数； xiF —进料中组分i的摩尔分数； q —进料热状态参数（进料液相分率）； 32 —方程的根，对于c组分系统有c个根，取LK>>HK的根。
3.2.2 最小回流比

除进料板处液体流率有突变 之外，各段的摩尔流率基本 为常数，可视为恒摩尔流。
液体组成的变化在塔顶部较 缓慢，随后较快，接近于进 料板处又较缓慢。进料板下， 情况相似。 由于泡点和组成密切相关， 温度分布图与浓度分布图形 状相似。


图3-4 二组分精馏：苯－甲苯 流率、温度、浓度分布
18
3.2.1 多组分精馏过程分析
化工分离过程
Chemical Separation Processes
第三章 多组分多级分离过程 分析与简捷计算
第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算
2
第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算 多组分精馏：
1. 组分数 c>2 2. 求解的变量数目较多——变量分析 3. 塔内分布复杂——过程分析 4. 计算 简捷法：芬斯克—恩德伍德—吉利兰法（FUG） 萃取精馏简化法 共沸精馏图解法 吸收因子法 逆流萃取集团法 3 逐板法：严格计算法（第四章内容）
24
3.2.2 最小回流比
R Rm时， N 塔中出现恒浓区
恒浓区——精馏塔中浓度几乎不变的区域
二组分精馏： 最小回流比下，进料板上下出现恒浓区域或 称夹点区。
e
y
xW
x
xD
xD ye Rm ye xe
25
3.2.2 最小回流比
多组分精馏的特点
定义：顶釜同时出现的组分——分配组分 只在顶或釜出现的组分——非分配组分 一般：LK、HK和中间组分为分配组分； 非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分。 多元精馏特点： ▼各组分相互影响，最小回流比下，存在上、下恒浓区； ▼所有进料组分受非分配组分的影响， ▼恒浓区位置不一定在进料板处。
23
3.2.1 多组分精馏过程分析
多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别：
（1）多组分精馏中，关键组分的浓度分布有极大值。 （2）非关键组分通常是非分配的，即重组分通常仅 出现在釜液中，轻组分仅出现在馏出液中； （3）重、轻非关键组分分别在进料板下、上形成几 乎恒浓的区域； （4）全部组分均存在于进料板上，但进料板浓度不 等于进料浓度。
二组分精馏原理图
* TA y6 T6 x y5 T5 6 x5 T4 x4 O T3 x3 T2 x2 T1
g
y4
定压
y3
x1
y2 y1
* TB
4 越往塔顶温度越低， 含低沸点物质递增； 5 越往塔底温度越高， 含高沸点物质递增。
x
0 A
l
1.0 B
xB
9
3.2.1 多组分精馏过程分析
关键组分(Key Components)
精馏装置的设计变量: 可调设计变量 =串级数(2)+分配器(1)+侧线采出(0)+传 热单元(2)=5 (无论有多少个组分)
已指定可调设计变量: 1 进料位置 2 回流比 3 全凝器饱和液体回流或冷凝器 的传热面积或馏出液温度
剩余的两个可调设计变 量：一般用来指定某个 组分在馏出液中的浓度 和另外一个组分在釜液 中的浓度。
3.2.1 多组分精馏过程分析
多组分精馏浓度分布的特点：
1、进料板附近各组分浓度变化较大，原因是引入的组分包
含全部组成。
2、非关键组分
精馏段：HNK迅速消失； （图3-7、3-9） LNK以接近于常数浓度在进料板以上各板中出现， 接近顶部急剧增加，在馏出液中达到最高。 （图3-8、3-9） 提馏段：LNK迅速消失； （图3-8、3-9） HNK在再沸器中浓度最高，从釜向上几板下降较 大，然后变化不大，一直延伸到进料板。 （图3-7、3-9）
三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯
图3-5 三组分精馏流量分布

图3-6三组分精馏温度分布

分子汽化潜热不相近，V、L有变化，但V/L接近于常数。 由于非关键组分的存在，在进料板和塔底温度变化较快， 全塔的温度跨度加宽。
19
3.2.1 多组分精馏过程分析

苯为LK，从塔底到塔顶，LK 浓度逐渐升高，在塔顶浓度接 近于1。
10
3.2.1 多组分精馏过程分析
对于多组分精馏，待定的可调设计变量数仍是2，所以只 能指定两个组分的浓度，通常，把由设计者指定分离要求的 这2个组分称为关键组分。 其中 相对易挥发的组分称为轻关键组分（LK） 相对不易挥发的组分称为重关键组分（HK） 设αih为非关键组分i对HK的相对挥发度。 若： i h l h :
— i为轻组分，表示： LNK i h hh : — i为重组分，表示： HNK l h i h hh : — i为中间关键组分
11
3.2.1 多组分精馏过程分析
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） 挥 发 性 降 低
28
3.2.2 最小回流比
（2）重组分为非分配组分，轻组分为分配组分：
（3）重组分为分配组分，轻组分为非分配组分：
29
3.2.2 最小回流比
（4）轻、重组分均为分配组分：
最小回流比条件下会出 现恒浓区，区内无分离 效果，需无穷多理论板。 如何计算最小回流比？
30
3.2.2 最小回流比
计算最小回流比的Underwood（恩德伍德）公式： 假设： 1、各组分相对挥发度是常数； 2、塔内汽液相流率为恒摩尔流。 Underwood（恩德伍德）公式：
第三章 多组分多级分离过程分析与简捷计算
3.1 设计变量 3.2 多组分精馏过程（普通精馏）
3.2.1 多组分精馏过程分析 3.2.2 最小回流比 3.2.3 最少理论塔板数和组分分配 3.2.4 实际回流比和理论板数
3.3 萃取精馏和共沸精馏（特殊精馏） 3.4 吸收和蒸出（解吸）过程 3.5 萃取过程
B C D
16
3.2.1 多组分精馏过程分析
对于二组分精馏，设计变量被确定后，可从任一端出 发，作逐板计算，无需试差。
对于多组分精馏，由于不能指定全部组成，所以需先 假设一端的组成，再通过反复试差求解。
下面通过实例分别对二组分精馏和多组分精馏过 程分析进行比较。
17
3.2.1 多组分精馏过程分析
13
3.2.1 多组分精馏过程分析
关键组分的指定方法
◆指定回收率
Dl；Wh
◆指定控制量
注意：同一组分 规 定了一端 回收率，另一 端的量已确定。 不能重复！
xDl或xD h；xW h或xW l
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3.2.1 多组分精馏过程分析
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
i ( xiD )m Rm 1 i
i xiF 1 q i
（3-3a）
（3-3b）
31
3.2.2 最小回流比
Underwood（恩德伍德）公式中参数的含义：
i ( xiD )m Rm 1 i
（3-3a） （3-3b）
以全回流下的 xiD代替
5
3.2.1 多组分精馏过程分析
简单蒸馏只能把双液组分系统中的A和B粗略分开。 1 在A和B的T-x图上，纯 A的沸点高于纯B的沸点。 2 则蒸馏时汽相中B组分 的含量较高，液相中A组 T 分的含量较高。 3 一次简单蒸馏，馏出物中 B含量会显著增加，剩余液 体中A组分会增多。