化工原理课程设计 多元精馏工艺参数计算机程序设计

化工原理课程设计

多元精馏工艺参数计算机程序设计

化工03-1 方培林2003031116

1．设计条件： 处理量(吨/小时) 进料组份 进料组成(质量分率) 进料状态 分离要求 冷凝器形式 冷却剂温度（摄氏度） 13.5 正戊烷，正己烷，苯，甲苯，壬烷 x1=0.18 x2=0.07 x3=0.25 x4=0.15 x5=0.35 泡点 xd2＝0.0006 xw1=0.0085 塔顶为全凝器 30 2．流程图

3. 多组分精馏的原理：利用组分间挥发度的差异，在塔内构成汽、液回流使物系发生多

次部分汽化和多次部分冷凝，从而实现组分的分离。

4．关键组分，清晰分割与非清晰分割

关键组分：对多组分溶液的分离起着控制作用的两个组分，一般为工艺中最关心的挥发度相邻的两个组分，挥发度高的组分称为轻关键组分，挥发度低的称为重关键组分。 通常规定关键组分在塔顶和塔底产品中的组成或回收率，并以此确定分离所需的理论板数或填料层高度。

应用关键组分的概念，根据各组分间挥发度的差异，按以下两种情况进行组分在产品中的预分配，再由物料衡算或近似估算得到塔顶和塔底产品的组成。

清晰分割：两个关键组分挥发度相差较大，两者为相邻组分，比重关键组分更重组分全部在塔底产品中，比轻关键组分更轻组分全部在塔顶产品中。

非清晰分割：在塔顶产品中含有比重关键组分还重的组分，在塔底产品中含有比轻关键组分还轻的组分。组分在产品中分配不能由物料衡算求出，一般在一定的假设条件下，用芬斯克全回流公式进行估算。如果两个关键组分不是相邻组分，或进料中非关键组分的相对挥发度与关键组分的相差不大，均可能为非清晰分割。严格地说，清晰分割是不存在的，但在有的情况下为了简化问题可以把接近清晰分割的情况视为清晰分割来处理.

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附件三

5. Fenske方程

xdixNminwixdhxwhDiDhNminWiWhNminLn[(NminLn[(xdix)/(wh)]/LnixdhxwiDiD)/(h)]/LniWiWh

式中： Dixdi*D

Wixwi*W

fiDiWi

由轻重关键组分的回收率计算最少理论板数Nmin

E1=D1/F1 E2= W2/F2 Nmin=ln(E1/(1-E1)*E2/(1-E2))/Ln(ai)

程序如下：fensk.m

所以可以认为清晰分割合理。

6. Underwood 方程求最小回流比

当加料组成xfi,各组分的相对挥发度i ,加料状态q和塔顶组成xdi,可以用恩德伍德（Underwood）计算最小回流比。 恩德伍德（Underwood）计算公式如下：

nxnx

ijDiijFiRmin11q

i1ij- 2 - i1ij 附件三

式中：ij—— 组分 i 对基准组分 j 的相对挥发度； xFi、 xDi —— 料液和馏出液中 i 组分的摩尔分数；  —— 其值介于轻、重关键组分的相对挥发度之间。 程序流程图如下：

用牛顿快速收敛法解Rmin 程序如下：

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附件三

7．实际回流比和实际板数

实际回流比R和实际理论板数Nt,必须分别大于它们的最小值。实际回流比R/Rmin=1.1~3.0。实际回流比选定后可以由吉利兰关联图确定Nt.Eduijee用一个方程简单的方程拟合了Gillilan图的关联曲线：

154.4XX1y1exp()(0.5)11117.2X式中：x(RRmin)/(R1) y(NTNmin)/(1NT)NT(Nminy)/(1y) 程序和作图如下：

图示如下：

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附件三

由图示所知R/Rmin=1.6最合适，此时理论板数为NT=17.6161

8．加料板位置

由柯克布莱德经验公式：

xA,w2WNRxB()f()()NSxAxB.DD0.206

0.206NR0.07480.01152114.482()()()NS0.22970.000532.44822.4209

NTNRNS17.6161

精馏段理论塔板数NR=11.8269 所以提馏段理论塔板数NS=5.7892

由设计部分板效率：ET=0.5378 所以实际板数N=NT/ET=30.8964

精馏段实际塔板数NR=22 精馏段实际塔板数 NS=9

即进料在第22块板上。

总结：精馏塔的设计为了达到轻重关键组分的分离。在全回流操作条件下求最少理论板数，以及达到分离要求的最小回流比。总结设计思路为：由Fenske方程计算最小理论板数和塔顶组分并对清晰分割进行校核；由Underwood方程计算最少理论板数；由Gilliland关联，得到最少理论板，最小回流比，实际回流比，实际理论板数的关系。计算结果和前面工艺设计参数能较好地吻合. 参考文献：《化工计算机计算》 化学工业出版社 陈中亮 2003-3

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