简单塔双组分理想体系连续精馏计算
yn1
R R 1
xn
xD R 1
yn1
qnL qqnF qnL qqnF qnW
xn
qnL
qnW qqnF
qnW
xW
yq
q q 1 xq
zF q 1
理论塔板数的计算
（1）逐板计算法；（2）图解法；（3）简捷法
进料位置的讨论 q 的影响 回流比的影响
全回流与最少理论板数
7.9.2 萃取精馏
加入的第三组份能显著改变两组分间的相对挥发度，且本 身的挥发性很小，这种精馏方法称为萃取精馏。 该第三组分称为萃取剂。
典型实例：苯—环已烷的分离.
81
80.5
80
Temperature C
T-xy for C6H6/CYCLO-01
T-x 1.0133 bar T-y 1.0133 bar
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Liquid/Vapor Molefrac C6H6
79.5
对萃取剂的基本要求：
（1）选择性强；
（2）溶解度大； （3）挥发性小； （4）其它经济、安全要求。 恒沸精馏和萃取精馏的比较 ： （1）第三组分选择范围 恒沸精馏：与被分离组分形成最低恒沸物，选择相对难。 萃取精馏：选择范围要广得多。
反应
C3H6 C6H6 C9H12
丙烯
分离
特点： ① 生成产物及时移出反应区，化学平衡向有利方向移动，可提高反应的转化 率和选择性。 ② 由于生成的产物及时移出，使得反应物总浓度提高，有利于加快反应速率。 ③ 利用了反应热，降低了精馏过程的能耗。 ④ 反应器与精馏塔合二为一，节省了设备投资。
C3H6 C6H6 C9H12
（2）故障诊断 ① 塔的一端产品不合格
首先考虑塔的采出量是否满足物料衡算关系：
xD
qnF zF qnD
措施：调整采出量，使之与分离要求相匹配。
② 塔两端产品不合格
a） 生产负荷的影响 塔的进料流量——处理能力或生产负荷。 生产负荷不能超过对应工况下塔的最大生产能力。
措施：减少进料量，增大回流比。
b） 进料条件的影响 进料条件包括进料量、组成及热状态。 进料热状态的影响：
一般过冷5~10℃
qnL RqnD
7.5.7 精馏过程优化与分析
优化
进料位置 回流比 操作压力 理论板数 热进料状态参数
（1）诊断分析步骤
① 充分调查，收集数据； ② 应用物料衡算的关系检验精馏塔采出量的合理性。如果采 出不合理，就不可能使塔两端产品同时达到要求。 ③应用热力学原理，如相平衡关系，分析塔内温度、压力、 组成等分布的合理性。 ④应用理论级及塔板效率的基本概念，分析影响分离能力的 主要原因。 ⑤考查塔板的水力学性能，分析影响塔生产能力和分离能力 的原因。
无水乙醇：39.5kmol/h
分层 水：30kmol/h 乙醇：30.5kmol/h
精馏：水：5.4kmol/h 乙醇：30.5kmol/h
（2）对挟带剂的基本要求 ① 能形成最低恒沸物，且与塔底组分之间有较大的相对挥发度； ② 恒沸物中挟带剂的组成要小，降低挟带剂用量；
③ 恒沸物本身应易于分离； ④ 经济、安全。
Temperature C 82.5 87.5 92.5 97.5 102.5
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Liquid/Vapor Molefrac ETHAN-01
原料：100kmol/h70%，乙醇、水
二元恒沸物： 水+乙醇 最低恒沸点78.15℃, 89.4%.
7.5.7 精馏过程优化与分析
优化
进料位置 回流比 操作压力 理论板数 热进料状态参数
（1）诊断分析步骤
① 充分调查，收集数据； ② 应用物料衡算的关系检验精馏塔采出量的合理性。如果采 出不合理，就不可能使塔两端产品同时达到要求。 ③应用热力学原理，如相平衡关系，分析塔内温度、压力、 组成等分布的合理性。 ④应用理论级及塔板效率的基本概念，分析影响分离能力的 主要原因。 ⑤考查塔板的水力学性能，分析影响塔生产能力和分离能力 的原因。
xD
（1） 理论板数确定
以最苛刻工况为设计依据 当釜液组成为 xW
塔顶产品组成为 xD 确定此时的适宜回流比R
（1） 理论板数确定
确定此时的适宜回流比R
Rm in
xD yWe yWe xWe
适宜回流比的选择是 一个经济问题
R终
根据最小回流比Rmin，选定适宜回流比R，图解理论板数NT。
② 操作型计算 恒定产品组成的间歇精馏的操作型计算：
q=1
0<q<1
措施：调整进料位置，适当提高回流比。
c） 理论板数的影响 塔的分离能力取决于理论塔板数和各板分离能力。 措施：提高理论板数或提高操作回流比。
d） 回流比的影响 回流比接近最小回流比时，塔内各板分离能力降低，导致
产品质量不合格。 措施：提高理论板数或提高操作回流比。
e ）辅助设备和公用工程的影响 主要辅助设备包括再沸器和冷凝器，有时包括中间再沸器
Temperature C 140.4 140.55 140.7 140.85 141
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Liquid/Vapor Massf rac ISOPR-01
T-xy for M-XYL-01/P-XYL-01
T-x 1.0 kPa T-y 1.0 kPa
T-xy for M-XYL-01/P-XYL-01
Rm in
xDi xDi
yWi xWi
③ 根据Rmin确定适宜操作回流比R；
④ 图解理论板数N。
（2）设计校核——操作型计算
计算平均组成：
xD
nF xF
nWe nD
xWe
参照简单蒸馏
ln
nF
xF
dxW
nWe xWe xD xW
若计算平均组成大于规定平均组成，则设计可行，否则，
重新给定初值进行迭代计算。
q=1
0<q<1
措施：调整进料位置，适当提高回流比。
c） 理论板数的影响 塔的分离能力取决于理论塔板数和各板分离能力。 措施：提高理论板数或提高操作回流比。
d） 回流比的影响 回流比接近最小回流比时，塔内各板分离能力降低，导致
产品质量不合格。 措施：提高理论板数或提高操作回流比。
e ）辅助设备和公用工程的影响 主要辅助设备包括再沸器和冷凝器，有时包括中间再沸器
精馏过程节能技术：
（1）精馏塔设计和操作参数的优化 ① 适宜回流比和理论板数的选择； ② 适宜进料位置的选择； ③ 进料热状态的选择； ④ 操作压力的选择。
④ 塔温变化 ——塔压恒定，塔两端温度同时下降
原因： ◇ 塔顶采出量有所减少； ◇ 进料中易挥发组分含量有所增加； ◇ 进料量增加，而采出量未增加。
7.7 间歇精馏
连续精馏的局限
产品组成经常变化 批量小 混合物中产品种类多
间歇精馏
间歇精馏
流程及设备
qnD , xD
连续精馏的局限
qnF , zF
产品组成经常变化 批量小 混合物中产品种类多
（2）故障诊断 ① 塔的一端产品不合格
首先考虑塔的采出量是否满足物料衡算关系：
xD
qnF zF qnD
措施：调整采出量，使之与分离要求相匹配。
② 塔两端产品不合格
a） 生产负荷的影响 塔的进料流量——处理能力或生产负荷。 生产负荷不能超过对应工况下塔的最大生产能力。
措施：减少进料量，增大回流比。
b） 进料条件的影响 进料条件包括进料量、组成及热状态。 进料热状态的影响：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
最小回流比
Rm in
xD ye ye xe
总板效率 ET 单板效率（Murphree 效率）
EmV
yi, j yi, j
yi, j1 yi, j1
复杂塔精馏
水蒸气直接加热的蒸馏 侧线采出 多股进料
EmL
xi, j1 xi, j xi, j1 xi, j
回收塔 分凝器
7.6.6 过冷回流
PIC
（2）能量消耗 恒沸精馏： 挟带剂以气态离塔，消耗的潜热较多。 萃取精馏：萃取剂基本不汽化，较经济。
（3）操作方式 萃取精馏：不能简单地用于间歇操作。 恒沸精馏：无此限制。
（4）热敏性物料 恒沸精馏的操作温度一般低于萃取精馏， 适于分离热敏性物料。
7.9.3 反应精馏
在特定的条件下，将反应过程与精馏过程进行集成，使 反应与精馏在蒸馏设备中同时进行的技术。
和中间冷凝器。 公用工程主要指加热蒸汽、冷却水或冷剂。
（2） 塔压的选择 塔压高：
③ 塔压差波动——生产负荷大时出现，且塔压差持续上升
原因： △ 由于工况改变引起塔内温度变化，导致“淹塔”； △ 对深冷系统，可能形成“冻堵”； △ 对易聚合、易结焦的体系，可能造成液流不畅； △ 刚检修开车时，确认塔内无固体杂物堵塞； △ 改造后，降液管面积或底隙过小设计。
理论板数不变，保证塔顶馏分组成不变，每一瞬间R要变化
7.7.2. 恒定回流比的间歇精馏
特点：塔顶产品组成不断降低； 釜液中组成也不断降低。
qnD , xD qnF , zF
qnW2 , xW2
已知： qnF zF 要求： xWe xD 规
求 ：R N
计算过程：① 设定最初馏出液组成初值； ② 确定Rmin；
和中间冷凝器。 公用工程主要指加热蒸汽、冷却水或冷剂。
③ 塔压波动——生产负荷大时出现，且塔压差持续上升
原因： △ 由于工况改变引起塔内温度变化，导致“淹塔”； △ 对深冷系统，可能形成“冻堵”； △ 对易聚合、易结焦的体系，可能造成液流不畅； △ 刚检修开车时，确认塔内无固体杂物堵塞； △ 改造后，降液管面积或底隙过小设计。