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多组分精馏严格计算

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多组分精馏的简捷计算和逐板计算举例

多组分精馏的简捷计算和逐板计算举例


0.59842 0.000984
w
lg 6.24
1
4.6
塔釜温度17℃，利用气相中的烷烃冷凝提供塔釜中需要的热 量，可以认为是塔顶部分冷凝，塔釜泵厢式循环。
最小回流比：
ibzi 1 q
ib
ib xdi
ib
Rm
1
其中需要注意的问题： zi是题面中的数据；1-q=0.36；采用牛顿迭代法；b组分选 取（i—C40挥发度最小）；采用全塔平均温度-39℃和压力
C10 : yn1 0.3026xn 0.5279
C2 : yn1 0.3026xn 0.1353
C20 : yn1 0.3026xn 0.0204
相 平 衡 方 程 中 的 ib 是 精 馏 段 平 均 温 度 下 的
值： 95 60 77.50C ，（进料温度与塔顶温度的平均值）
⑦逐板计算 相平衡方程与操作线方程交替运用。
精馏段相平衡方程：xi
yi ib yi ib
xi 1
手算 0.005，计算机计算 0.0001
精馏段操作线方程：yn1,i
R R
1
xn,i
1 R
1
xd
,i
R 0.434
yn1,i 0.3026xn,i 0.6974xd,i
H2 : yn1 0.3026xn 8.7175103
⑥确定进料位置 因为是气液相进料，可以采用芬斯克公式计算精馏段塔板数 塔顶温度：-95℃；进料温度：-60℃；塔釜温度：17℃ 从塔顶温度与进料温度相差不大，可以判断精馏段塔板数不 会太多，采用全塔的平均温度计算误差会很大。所以，采用 塔顶温度和进料温度的平均值 95 60 77.50C 来计算。
yi ib
化工分离过程(第7讲)(3.2多组分精馏过程分析)

化工分离过程(第7讲)(3.2多组分精馏过程分析)


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
重非关键组分（HNK），重组分
12
3.2.1 多组分精馏过程分析
关键组分的特点

LK和HK形成分离界限，且αlh越小，分离越难。 Dl D轻；Wh W重 1 精馏塔的任务：
使LK尽量多地进入馏出液，要严格控制其在釜液中的量； 使HK尽量多地进入釜液，要严格控制其在馏出液中的量。 只有无LNK，且αlh较大，塔顶可采出近于纯LK； 只有无HNK，且αlh较大，塔釜可采出近于纯HK。
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)
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）
多组分复杂精馏塔的简捷计算

多组分复杂精馏塔的简捷计算


(S + D ) = 59.6
W = 40.4
对于采出板上以上总的采出部分存在以下关系：
d i + si = (S + D )xsdi
xsd 3 ≈ 0.01计算得出的 根据假设的在侧线采出板以上，
d 3 + s3 和 w3
组分 1 2 3
，1和2组分的数据未知？
11.3 47.9 40.8
fi
? ? 40.2
Dxdi + Sxsi = D+S
α ib x sdi ∑ α − θ = 1 + Rmin中 ib
，采
di
6.65 0.35 6× 10 7
-4
x di
0.95 0.05 3× 10
-4
x sdi
0.19 0.8 0.01
（b）q不知道，进料组成和温度已知，采用Partially
Vaporized and Liquefied Equilibrium来求解。
⎛ d 3 + s3 ⎞ ⎛ d 3 + s3 ⎞ ⎛ d1 + s1 ⎞ ⎛ d 2 + s2 ⎞ lg⎜ ⎜ w ⎟ ⎟ − lg⎜ ⎜ w ⎟ ⎟ − lg⎜ ⎟ lg⎜ ⎜ w ⎟ ⎟ ⎜ w ⎟ 1 3 2 3 ⎝ ⎠ ⎠ ⎠= ⎝ ⎝ ⎠ ⎝ lg α 13 lg α 23
(d1 + s1 ) + w1 = 11.3 (d 2 + s 2 ) + w2 = 47.9
解
θ中 = 1.137 ， Rmin中 = 3.5 。 q = 0.24 ，
上段计算得出最小回流比 Rm上 ，中下段计算得出最小回流 比 Rm中，操作的时候究竟用那个作为回流比，既要满足上段 的要求又要满足中段的要求。
04多组分多级分离的严格计算.

04多组分多级分离的严格计算.


(xij )k1
(xij ) k
Ej
L j1 xi, j1 V j1 yi, j1 V j yij L j xij
k
j
Ej
称为松弛系数
1
E j (5 10)F
❖ F为进料量，若各板的存液量相等，各板的 松弛系数也可取等值，但对不同组分有时可 用不同的松弛系数值
二、计算步骤
❖ ⑴假定一组初值。
第四章
多组分多级分离的严格计算
Chapter 4 Multistage separation process of multi-component rigorous calculation
§4-2 逐板计算法
(Stage-by-stage calculation)
❖ 一、计算内容与计算起点 ❖ 开发思维：二元精馏图解梯级法。 ❖ ⒈计算内容 ❖ 以塔顶或塔釜为计算起点，根据MESH
❖ 缺点：必须使用计算机，且收敛速度也太慢， 当其他方法无法解时，才用松弛法
❖ 改进:石川、平田等人进行了修正，但收敛 速度仍较慢
❖ 由丁惠华提出的新松弛法则在Rose松弛法的 基础上，经过适当处理允许采用较大的松弛 系数，克服了收敛速度慢的缺点，可用于非 理想物系的精馏计算
❖ 逐板计算法的物料衡算按清晰分割还是按非 清晰分割计算？
y D，i
全凝
y1,i E，S露点
t1，x1 M精 ……加料板 M提 yni
………… 塔釜
⒉从塔釜向上计算，塔序从塔釜向上
❖ ①MES方程
❖ M方程：提馏段
x m 1,i
Vm Lm1
ymi
W Lm1
xW ,i
精馏段
xn1,i
Vn Ln1
y n,i
多组份精馏的计算

多组份精馏的计算


露点温度及平衡液相 组成的计算 （已知P、气相组成yi）
设 t露 xF 由列线图查Ki值
xi= xFi
设 t泡
由列线图查Ki值
计算 K i x i
i 1 n
调 整
计算
n
n
yi
调 整
i 1 K i
t露
No
t泡
No
i 1
K i xi 1
n
i 1 K i

yi
1
Yes 计算结束， t露为所求
二、组分在塔顶和塔底产品中的预分配（目的求Di和Wi） 1. 清晰分割 比轻关键组分还轻的组分全部在塔顶，比重关键组分还重的 组分全部在塔底。 特点：可以用物料衡算求得塔顶、塔底物流的量和组成。 2. 非清晰分割 两关键组分不相邻；
若相邻，但塔底有比轻关键组分还轻的组分，塔顶有比重 关键组分还重的组分 。
二、逐板计算法
方程： 平衡方程
yi ih x i
1 ih 1x i
R R1 x i ,n x Di R1
x i ,m Wx i , W L qF W
操作线方程
y i ,n 1
y ,m 1 i
L qF L qF W
D …… W h
①
Di+Wi=Fi
…… ②
两式联立可以解出Di和Wi，其中式① 是一直线方程
当
当
ih hh
时，
时，
D D log log W i W h
D D log log W i W l
特点：不能只用物料衡算求得塔顶、塔底物流的量和组成， 需要估算。
非清晰分割时Di和Wi的估算方法 假设： ①在任何回流比下操作时，各组分在塔顶和塔底产品中的分配与
多组分精馏计算

多组分精馏计算

li,N 1 Bi,N li,N f i,N
Bi1 Ci1 1 Bi2 Ci2
l i ,1 f i,1
li,2
f i,2
1 Bij Cij
li, j
=
fi, j
1 Bi,N1 Ci,N1 l i , N 1 f i, N 1
1
Bi,N
W-H 三对角线算法的特点
１） 内层迭代变量为 Tj，外层迭代变量是 Lj。 ２） 液相组成是用硬性归一办法得到。 ３） 用直接迭代法将新值代替旧值。 ４） 用泡点计算得到各板的温度，故称之为
泡点(BP)法。
2.SR法
设Tj,Lj
Lj
Tj
算Vj
算Kij
(M+E)
lij
否
L j
lij
i
xij lij L j
Lj (Wj Vj )(H j H j1) Lj1(H j1 hj1) Fj (H j1 hFj ) Qj /(H j1 hj ) U j
因为
V1 DV
L1 R(DV DL )
V2 D L1 (R 1)(DV DL )
若各板的 Lj L0j / L0j 2(0.001) ，整个模拟计算完成；否 则以新的 Lj (Vj ) ，重新回到内层迭代计算，直至外层收敛。
(2-104) 3N个方程
4. 热量衡算(H)
(Uj+Lj)hj+(Wj+Vj)Hj-Vj+1Hj+1-Lj-1hj-1-Fjhfj-
Qj=0
(2-105)
N个方程
当 j=1 li,0=0 L0=0
j=N vi,N+1=0 VN+1=0
2.3.2精馏定态模型算法
石油化工工厂装备-11多组分精馏-计算ppt

石油化工工厂装备-11多组分精馏-计算ppt

第八章 多组分精馏
第三节 多组分精馏的计算
• 多组分精馏计算通常以物料衡算、热量衡算 和相平衡计算为基础。
• 在工程设计中，它有简捷法和严格法两大类。
清晰分割的物料衡算
（一）关键组分及其选择 多组分精馏的物料衡算可分为清晰分割和非清
晰分割两种情况。 关键组分：指被分离的多组分中需要选定对整
个物系的分离起关键作用的两个组分。
解题思路：
从题意分析可知，乙烷为轻关键组分，丙烯为 重关键组分。 设进料量为100kmol/h。 沸点比较：乙烯＜丙烯＜乙烷＜丙烷。 填写下表：
乙烯 乙烷 丙烯 丙烷
F
=100×0.15=15 =100×0.40=40 =100×0.20=20 =100×0.25=25
kmol/h
kmol/h
kmol/h
kmol/h
D
=F乙烯 =15kmol/h
=F乙烷-W乙 烷=40-
0.04W
=DxDh =0.02D源自=0W=0=WxWl =0.04W
=F丙烯-D丙烯 =F丙烷
=20-0.02D
=25kmol/h
• 关键组分表明了精馏过程的主要分界线。挥 发度大的组分称为“轻关键组分”，记作l； 挥发度小的组分称为“重关键组分”，记作 h。
• 轻关键组分在塔釜产品中的浓度xWl和重组 分在塔顶产品中的浓度xDh要严格控制。
• 或者规定轻重关键组分别在塔顶产品和塔釜 产品中的纯度xDl和xWh。也可规定塔顶和塔 釜的回收率Φ顶或Φ釜。
（二）清晰分割的物料衡算
什么是清晰分割？清晰分割的物料衡算条件是 什么？（P327）
• 全塔物料衡算式： • F=D+W • 任意组分i的物料衡算式： • FZi=DxDi+WxWi
第三章-多组分精馏

第三章-多组分精馏

31
3.2.4 实际回流比和理论板数
用Underwood方程求出Rm 后，实际回流比R一般 取作1.30Rm。
有了实际回流比和最少理论板数，求实际理论板数 常用的经验方法有：
Gilliland图、Erbar-Maddox图。
适用于相对挥发度 变化不大的情况
适用于非理想性 较大的情况
32
图3-9 Gilliland图
35
3.2.5 多组分精馏的简捷计算方法 精馏简捷计算 ——FUG法
Fenske
Underwood Gilliland
Nm
Rm
R、N
36
开始
指定进料条件
指定两个关键组分的分离程度
估计非关键组分的分离情况
决定精馏塔操作压力和冷凝器类型 （泡、露点计算）
在塔压下作闪蒸计算
（绝热闪蒸计算）
计算最少理论板数和非关键组分的分离程度
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） 重非关键组分（HNK），重组分
非分配组分：只在塔顶或塔釜出现的组分； 分配组分：在塔顶和塔釜均出现的组分。 11
3.2.2 最小回流比（Rm）
二组分精馏： 最小回流比下，进料板上下出现恒浓区或夹点。
28
讨论与分析：
清晰分割假定比较适用的情况： 轻重关键组分的分离程度较高，轻组分的挥发度比 LK的挥发度大得多，而重组分的挥发度比HK的挥 发度小得多。
对于无中间组分的体系： 如A(LNK)、B(LK)、C(HK)、D(HNK)组成的体系， 先假定清晰分割，计算理论板数，再校验是否清晰 分割。
对于有中间组分的体系： 如A(LNK)、B(LK)、C(中间组分)、D(HK)、 E(HNK) 组成的体系，则根据C的相对挥发度是靠近 B还是靠近D来假定C在塔顶和塔釜的分配。
分离工程填空问答题

分离工程填空问答题

1. 汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。

相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。

2. 常用的气液相平衡关系为（）。

完全理想体系的相平衡关系式为（）。

汽液两相为理想溶液时的相平衡关系式为（）。

3. 相对挥发度的定义为两组分的（汽液组成）之比.4. 一定压力下加热液体混合物，当液体混合物开始汽化，产生的第一个汽泡时的温度叫（泡点）。

5. 一定温度下压缩汽体混合物，开始冷凝时产生的第一个液滴时的压力叫（露点压力）。

6. 在分离流程中常遇到的部分汽化和冷凝过程属（等温闪蒸）过程。

7. 单级分离是指两相经过（接触后达到相平衡）后随即分离的过程。

8. 在进行闪蒸计算时，需判断混合物在指定温度和压力下是否处于（两相区）。

9. 当混合物在一定的温度和压力下，满足（）条件，混合物处于两相区，可通过物料平衡和相平衡计算求出其平衡汽液相组成。

10. 根据泡、露点的概念，精馏塔塔顶温度即为对应塔顶气相组成的（露点），塔釜温度即为对应塔釜液相组成的（泡点）。

11. 泡点压力是指一定（温度）下减低系统压力，液体混合物开始汽化产生的第一个汽泡时的压力。

12. 一定压力下冷却汽体混合物，当汽体混合物开始冷凝时产生的第一滴液滴时的温度叫（露点温度）。

13. 系统温度大于露点时，体系处于（过热蒸汽）区。

14. 系统温度小于泡点时，体系处于（过冷液相）区。

15. 当体系处于泡点和露点温度之间时，体系处于（汽液两相）区。

16. 计算泡点压力时，如果∑K i x i >1，压力应（调高）。

17. 计算泡点压力时，如果∑K i x i <1，压力应（调低）。

18. 计算泡点温度时，如果∑K i x i >1，温度应（调低）。

19. 计算泡点温度时，如果∑K i x i <1，温度应（调高）。

20. 计算露点压力时，如果∑y i /K i >1，压力应（调低）。

21. 计算露点压力时，如果∑y i /K i <1，压力应（调高）。

精馏塔严格计算模块 radfrac 公式

精馏塔严格计算模块 radfrac 公式

精馏塔严格计算模块 radfrac 公式（最新版）目录一、精馏塔的严格计算模块 RadFrac 概述二、精馏塔的计算方法和公式三、精馏塔的适用范围和示例四、结论正文一、精馏塔的严格计算模块 RadFrac 概述精馏塔是一种常用的分离技术，广泛应用于化工、石油、医药等领域。

在精馏过程中，需要对塔内流体进行严格的计算，以确保分离效果达到预期。

RadFrac 是精馏塔严格计算模块的一种，可以对两相体系、三相体系、窄沸点和宽沸点物系以及液相表现为强非理想性的物系进行精确计算。

二、精馏塔的计算方法和公式精馏塔的计算方法主要包括物性数据库和计算模块两部分。

物性数据库包含了流体的热力学性质、相图和状态方程等数据，用于提供流体的基本特性。

计算模块则根据这些数据，运用精馏原理和数学模型进行计算。

精馏塔的计算公式主要包括以下几个方面：1.物料平衡：计算塔内各组分的摩尔流量和摩尔浓度。

2.热量平衡：计算塔内各组分的热量流入和流出，以及塔内热量分布。

3.动力学平衡：计算塔内各组分的速度和压力分布，以及液相和气相的流速。

4.相平衡：计算塔内各组分的相态变化，以及相图和状态方程。

三、精馏塔的适用范围和示例RadFrac 模块适用于各种精馏过程，包括普通精馏、吸收、汽提、萃取精馏、共沸精馏、反应精馏（包括平衡反应精馏、速率控制反应精馏、固定转化率反应精馏和电解质反应精馏）、三相（汽液液）精馏等。

下面以乙苯苯乙烯精馏塔为例，介绍 RadFrac 模块的应用。

进料条件：乙苯和苯乙烯的混合物，进料组成为乙苯 80%，苯乙烯 20%。

冷凝器形式：壳管式冷凝器。

冷凝器压力：0.1MPa。

再沸器压力：0.2MPa。

产品纯度要求：产品中乙苯纯度大于 99.5%。

根据以上条件，使用 RadFrac 模块进行严格计算，得到塔顶压力为0.05MPa，塔底压力为 0.01MPa。

通过调整塔内操作参数，可以实现乙苯和苯乙烯的分离。

四、结论精馏塔严格计算模块 RadFrac 是一种强大的工具，可以对各种精馏过程进行精确计算，为工程实践提供重要依据。

精馏塔严格计算模块 radfrac 公式

精馏塔严格计算模块 radfrac 公式

精馏塔严格计算模块 radfrac 公式在化工领域中，精馏塔是一种常见的用于分离液体混合物的设备，而radfrac 公式则是对精馏塔内部操作进行严格计算的模块。

本文将从简入深地探讨精馏塔和 radfrac 公式的相关内容，帮助读者更深入地理解和应用这一主题。

1. 精馏塔的基本原理精馏塔是一种利用不同组分之间汽液平衡差异进行分离的设备。

它通常由塔体、填料、进料口、出料口、冷凝器和再沸器等部件组成。

在精馏塔中，液体混合物首先被加热至沸点，然后蒸气和液体在填料层间进行传质传热过程，最终形成精馏液和渣液两种不同的组分。

2. radfrac 公式的基本概念radfrac 是 Aspen Plus 软件中用于进行精馏塔内部操作计算的模块，其中包括了严格的热力学和动力学计算。

在 radfrac 公式中，液相和气相的传质传热过程、填料和塔板的影响、再沸器和冷凝器的运行规律等因素都被纳入到计算中，以确保精馏塔的操作达到最佳分离效果。

3. radfrac 公式的严格计算在进行 radfrac 计算时，需要输入液体混合物的物性参数、填料的类型和参数、塔板布局和参数、再沸器和冷凝器的运行条件等信息。

radfrac 会通过数学模型和计算算法进行严格的传质传热计算，以确定精馏塔内各个位置的温度、压力、组分分布和质量平衡等数据。

4. radfrac 公式的应用通过 radfrac 公式的严格计算，可以快速而准确地评估精馏塔的设计参数和操作条件。

在化工工程中，精馏塔的设计和运行对产品质量和能耗有着重要影响，而 radfrac 公式的应用可以帮助工程师们优化设备设计、提高分离效率、降低能耗成本，从而实现更可持续的生产。

5. 个人观点和理解在我看来，radfrac 公式的严格计算模块为工程师们提供了一种先进而强大的工具，能够帮助他们更好地理解和优化精馏塔的设计和操作。

借助 radfrac 公式，工程师们可以更加精确地预测精馏塔的性能，从而在实际生产中取得更大的经济效益和环境效益。

精馏塔的工艺计算

精馏塔的计算对于要完成多组分分离设备的最终设计，必须使用严格算法，但是近似算法可以为严格计算提供合适的迭代变量初值，因此本设计中采用两种方法相结合，并以计算机进行数值求解的方式来确定各级上的温度、压力、流率、气液组成和理论板数。

计算过程描述如下：第一步确定关键组分塔Ⅰ重关键组分（HK)：四氯化硅（SiCl4）轻关键组分（LK):三氯氢硅（SiHCl3) 轻组分（LNK)：二氯硅烷（SiH2Cl2)塔Ⅱ重关键组分（HK)：三氯化硅（SiHCl3）轻关键组分（LK):二氯硅烷（SiH2Cl2) 重组分（HNK)：四氯化硅（SiCl4)塔Ⅰ塔顶42℃SiH2Cl2 1.167397 1.916284 馏出液中SiHCl3质量含量>=93.946釜液中SiCl4质量含量>=94.000SiHCl315.3096 25.13082塔釜78℃SiCl444.44285 72.95299塔Ⅱ塔顶35℃SiH2ClⅠ塔塔顶出料流量Ⅰ塔塔顶出料组成馏出液中SiH2Cl2质量含量>=99.600釜液中SiHCl3质量含量>=99.500SiHCl3塔釜65℃SiCl4第三步用FUG简捷计算法求出MESH计算的初始理论板数组分塔Ⅰ塔Ⅱ进塔组成/% 塔顶组成/% 塔釜组成/% 进塔组成/% 塔顶组成/% 塔釜组成/% SiH2Cl2 1.916284 7.221959 0 7.221959 99.67945 0.374527 SiHCl325.13072 92.62967 0.751706 92.62967 0.320551 99.46612 SiCl472.95299 0.148369 99.24829 0.148369 0 0.159357 Σ100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.002.由Fenske公式计算mNlg lg LK HKLK HKd d w w Nm a-轾骣骣犏琪琪琪琪犏桫桫臌=3．由恩特伍德公式计算最小回流比,,1()i i Fim i i D m m i x q R x R a a q a a q üï=-ï-ï?ýï=ï-ïþåå4.由芬斯克公式计算非清晰分割的物料组成()1i i Nm HK i HK HK f w d w a -=骣琪+琪桫 ，()()1NmHK i i HK HK i NmHK i HKHK d f w d d w a a--骣琪琪桫=骣琪+琪桫5.由Kirkbride 经验式确定进料位置0.2062,,,,HK F LK WR S LK F HK D z x N W N z x D 轾骣骣骣犏琪琪琪=琪犏琪琪桫犏桫桫臌6.由吉利兰关系式计算理论板数即0.56680.750.75Y X=-式中1m R R X R -=+ ，1mN N Y N -=+ 第四步 由MESH 方程计算理论板数 1. 用FUG 简捷计算法得到的理论板数N 和进料位置M 作为初始值，初始化汽液流量j V 和j L 。

精馏塔严格计算模块 radfrac 公式

精馏塔严格计算模块 radfrac 公式RadFrac是精馏塔的一个严格计算模块，用于计算塔内各段的参数和性能指标。

它基于一系列计算公式来实现这些计算。

1.确定平衡阶段：在RadFrac中，首先需要确定平衡阶段的计算方法。

常用的方法包括理论-理论方法、理论-活性方法和实验方法。

2.计算塔板数：根据输入参数和物料平衡理论，通过迭代计算确定塔板数。

这个过程考虑了塔板的各种性能参数，例如传质效率、液相保持因子等。

3.计算顶部和底部操作变量：根据输入参数和平衡阶段的计算结果，计算塔顶和底部的操作变量。

这些变量包括温度、压力、流量、液位等。

4.计算塔板参数：通过塔板的物料平衡和内外丰度平衡等公式，计算塔板上各个组分的丰度和物料流动。

这些参数包括塔板上液相和气相中各组分的物料流速和浓度。

5.计算传质效率：根据输入参数和理论模型，计算塔板上的传质
效率。

这是塔板性能的一个重要指标，用来评估分离效果和能耗。

6.计算液相保持因子：通过输入参数和公式，计算塔板上的液相
保持因子。

这个因子表征了塔板上液相高度和液泛与塔板上液相剖面
的关系，对塔板的分离性能起到重要影响。

以上仅是RadFrac模块的一部分计算公式和方法。

该模块根据用
户的输入参数和塔板配置，使用数值方法和迭代算法来实现精确计算。

它可以给出塔板参数、内外丰度平衡、传质效率等各种性能指标，帮
助工艺工程师设计和优化精馏塔的操作条件，提高分离效果和能耗。

实验一多组分精馏AspenPlus上机模拟实验报告模板-化工分离过程

实验一多组分分离过程Aspen Plus模拟实验
（化工分离过程）
姓名：班级：专业：学号：
姓名：班级：专业：学号：
姓名：班级：专业：学号：
姓名：班级：专业：学号：
指导教师：日期：（写以前提交模拟报告的时间）一、实验目的
化工分离过程是化学工程与工艺专业必修课，为帮助学生掌握多组分分离设备设计的基本思路，结合多组分分离案例，探讨Aspen Plus软件在化工分离过程模拟中的应用，以求达到培养学生解决实际工程问题的能力。

并让学生了解Aspen Plus模拟的基本流程，掌握Aspen Plus 分离模块中的DSTWU简捷计算和RadFrac严格计算过程，对分离塔各参数进行计算和设计计算。

二、实验要求
（给定的题目、要求）
三、实验内容
（aspen模拟过程）
四、讨论与分析
（模拟结果分析，与FUG简洁计算比较）
五、注意事项
模拟过程的注意事项
六、思考题
1.试说明物性方法的选择是否会对模拟结果产生影响。

分离工程填空问答题

1. 汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。

相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。

2. 常用的气液相平衡关系为（）。

完全理想体系的相平衡关系式为（）。

汽液两相为理想溶液时的相平衡关系式为（）。

3. 相对挥发度的定义为两组分的（汽液组成）之比.4. 一定压力下加热液体混合物，当液体混合物开始汽化，产生的第一个汽泡时的温度叫（泡点）。

5. 一定温度下压缩汽体混合物，开始冷凝时产生的第一个液滴时的压力叫（露点压力）。

6. 在分离流程中常遇到的部分汽化和冷凝过程属（等温闪蒸）过程。

7. 单级分离是指两相经过（接触后达到相平衡）后随即分离的过程。

8. 在进行闪蒸计算时，需判断混合物在指定温度和压力下是否处于（两相区）。

9. 当混合物在一定的温度和压力下，满足（）条件，混合物处于两相区，可通过物料平衡和相平衡计算求出其平衡汽液相组成。

10. 根据泡、露点的概念，精馏塔塔顶温度即为对应塔顶气相组成的（露点），塔釜温度即为对应塔釜液相组成的（泡点）。

11. 泡点压力是指一定（温度）下减低系统压力，液体混合物开始汽化产生的第一个汽泡时的压力。

12. 一定压力下冷却汽体混合物，当汽体混合物开始冷凝时产生的第一滴液滴时的温度叫（露点温度）。

13. 系统温度大于露点时，体系处于（过热蒸汽）区。

14. 系统温度小于泡点时，体系处于（过冷液相）区。

15. 当体系处于泡点和露点温度之间时，体系处于（汽液两相）区。

16. 计算泡点压力时，如果∑K i x i >1，压力应（调高）。

17. 计算泡点压力时，如果∑K i x i <1，压力应（调低）。

18. 计算泡点温度时，如果∑K i x i >1，温度应（调低）。

19. 计算泡点温度时，如果∑K i x i <1，温度应（调高）。

20. 计算露点压力时，如果∑y i /K i >1，压力应（调低）。

21. 计算露点压力时，如果∑y i /K i <1，压力应（调高）。

第三章 多组分精馏


层理论塔板才能满足分离要求所需的回流比，
称为最小回流比。多组分精馏计算中，必须用
解析法求最小回流比。
23

常用的是恩德伍德法，推导该式的基本假设是：
1) 体系中各组分的相对挥发度为常数；
2) 塔内气相和液相均为恒摩尔流。

根据物料平衡及相平衡表示，利用恒浓区的 概念，恩德伍德推导出最小回流比的两个联 立公式：

清晰分割时非关键组分在塔顶和塔底产品
中的分配用物料衡算求得。
11
12
总物料衡算 苯的衡算 乙苯的衡算
甲苯的衡算
13
(2) 非清晰分割

如果轻重关键组分不是相邻组分，则塔顶和塔 底产品中必有中间组分。 如果进料液中非关键组分的相对挥发度与关键 组分相差不大，则塔顶产品中就含有比重关键 组分还重组分，塔底产品中含有比轻关键组分
37
应用：实验制备的小批量物质分离、石油产 品评价、高效填料的性能测定、精细化工产
品的提纯、同位素产品的精制等。
计算：难以采用图解方法求解理论板数，通常
采用解析方法或简捷法确定理论板数、进料位
置等。计算中，精密精馏通常按二元混合物处
理。
38
3.5.3
盐溶精馏（加盐精馏）
一种采用特殊萃取剂的萃取精馏，用于难分 离混合物的分离。 例：乙醇-水 、丙醇-水、水-醋酸等的分离
5

对于双组分精馏；
塔顶：xDA 已确定 xDB =1- xDA ;
塔釜：xWB已确定 xWB =1- xWA ;

也就是塔顶、塔釜组成全部确定。

对于多组分精馏：Na=5 ，与组分数无关。
除规定全凝器饱和液体出料：2） R; 3）D/F外只

第五章多组分多级分离的严格计算练习

第五章 第五章 主要内容 主要内容填空题 选择题 简答题 计算题1234填空题• 填空题 • 1、仅有一股进料且无侧线出料和中间换热设备的 塔型称为（ ）。

• 2、描述多级分离过程的数学模型为（ ）。

• 3、对窄沸程的精馏过程，其各级的温度变化由 （ ）决定，故可由（ ）计算各级的温度。

• 4、用精馏或吸收的方法分离含有c个组分的混合 物，描述一个平衡级的M方程有（ ）个，E方程 有（ ）个，S方程有（ ）个，H方程有（ ） 个。

看看答案?填空题• 5、三对角矩阵法沿塔流率分布和温度的初值分别 假定为（ ）。

• 6、三对角矩阵法在求得xij后，由（ ）求 Tj， 由（ ）求Vj 。

• 7、三对角矩阵法在用S方程计算新的温度分布， 在未收敛前xij1,则采用（ ）的方法。

• 8、逐级计算起点选择应从组成（ ）的一端算 起。

• 9、逐级计算合适的进料位置定义为达到规定分离 要求所需（ ）的进料位置。

看看答案?填空题• 10、逐级计算法求平衡级数中交替使用 （ ）关系和（ ）关系。

• 11、逐级计算法从上到下采用（ ）计算 多组分精馏的各级温度。

• 12、CMB矩阵法用物料衡算来校正圆整后 的液相组成，使之（ ）。

• 13、松弛法的开发是仿照精馏过程由不稳 态趋向稳态的进程来求解，故其中间计算 结果可模拟精馏过程的（ ）。

看看答案?选择题• 选择题 • 1、下面哪种塔型不是复杂精馏塔（ ） • a.设有中间再沸换热设备的精馏分离装置；b.有多 股进料的精馏分离装置； • c.仅有一股进料且无侧线出料和中间换热设备的 精馏分离装置； • d.设有中间冷凝换热设备的精馏分离装置。

• 2、下面哪个关系或方程不属于MESH方程组 （ ） • a. 物料平衡关系；b. 化学平衡关系；c. 相平衡关 系；d. 热量平衡方程 看看答案?选择题• 3、流量加和露点法选择的迭代变量为（ ） • a. xi，j；b. yi，j；c. li，j；d. vi，j • 4、当两个易挥发组分为关键组分时，则以何处为 起点逐级计算（ ） • a.塔顶往下 b.塔釜往上 c.两端同时算起 • 5、当采用逐级计算法从上到下计算多组分精馏的 理论级数时，第j级为适宜进料位置应满足下条件 （ ）看看答案?选择题• 6、当采用逐级计算法从下到上计算多组分精馏的 理论级数时计算结束判据为（ ）看看答案?选择题• 7、流量加和法在求得xij后由什么方程来求 各级的温度（ ） • a. 热量平衡方程； b.相平衡方程； c. 物料 平衡方程；d. 摩尔分率加和式 • 8、同时校正法在求得xij后由什么方程来求 各级的温度（ ） • a. 热量平衡方程； b.相平衡方程； c. 物料 平衡方程；d. 热量平衡方程和摩尔分率加 和式同时求解看看答案?选择题• 9、三对角矩阵法在求得xij后，若∑xij≠1则（ ） • a. 直接用S方程计算温度； • b. 硬性归一后用 S方程计算温度； • c. 组分物料衡算校正后用S方程计算温度 • 10、矩阵求逆法与三对角矩阵法不同之处在于 （ ） • a. 迭代变量不同；b. 迭代变量的组织方法不同； • c．解三对角矩阵求xij的方法不同；d. xij的归一方 法不同看看答案?选择题• 11、三对角矩阵法在求得xij后由什么方程来求各 级的流率（ ） • a. 热量平衡方程；b. 相平衡方程；c. 物料平衡方 程；d. 摩尔分率加和式 • 12、采用三对角线矩阵法对多组分多级分离进行 严格计算，适用于（ ） • a. 操作计算；b. 设计计算；c. 设计计算和操作计 算 • 13、CMB矩阵法在求得xij后，若∑xij≠1 ，则 （ ）：a. 直接用S方程计算温度； • b. 硬性归一后用 S方程计算温度； • c. 组分物料衡算校正后用S方程计算温度看看答案?简答题• 简答题 • 1、非清晰分割的基本思想是什么？怎样做物料的 预分布？ • 2、开发精馏过程的新算法需对哪几点做出选择和 安排，以三对角矩阵法为例说明之，并写出 MESH方程，指出该法的缺陷与改进。

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kmV m sm = Lm
vm = +1 w w
（蒸出因子） 蒸出因子）
vm v m +1 l m+1 lm = S m + 1 = sm + 1 w w w w
为提馏段用比流量值关联的物料平衡关系方程式和相平衡相 结合的方程式。 结合的方程式。 可一直向上算，一直计算到进料板上面一块板 为止。 可一直向上算，一直计算到进料板上面一块板lM+2 /d为止。 为止
S方程 方程
∑ x ji = 1
1）由塔顶向下，用精馏段操作线方程和相平衡 ）由塔顶向下，
进料级的确定和 进料级的确定和计算结束的判断 要求轻、重关键组分汽相浓度比值降低的越快越好 要求轻、重关键组分汽相浓度比值降低的越快越好 降低 当
yL y < L y H j精 y H j提
L2 , V2 , T2同样是假设的初值， 由算出了 2 /w ， 同样是假设的初值， 由算出了l 进而算出l 的值 的值。 进而算出 3 /w的值。
取第n+1块板为进料板 块板为进料板 取第
xL x H x x < L < L x x m H F H m +1 ↑ m +1 m
取第m+1板为进料板 板为进料板 取第
N = n+m
LM逐板法 逐板法 优点：比简捷法准确， 优点：比简捷法准确，能算出塔内的温 度断面和组成断面。 度断面和组成断面。 缺点：计算试差比较繁琐， 缺点：计算试差比较繁琐，而且算不出 塔内的汽-液流量断面 液流量断面。 塔内的汽 液流量断面。
多组分多级分离的严格计算
三、逐级计算法P169 逐级计算法
简捷计算法的局限性： 简捷计算法的局限性： ①当含有非关键组分的挥发 度与关键组分挥发度接近， 接近于1， 度与关键组分挥发度接近，即 α il α ih 接近于 ，非 关键组分的量比较多时， 关键组分的量比较多时，清晰分割的物料衡算会引起 较大误差。 较大误差。 在全塔范围内变化较大时，误差较大。 ②当 α 在全塔范围内变化较大时，误差较大。 不能算出各板的温度，组成和流率分布情况。 不能算出各板的温度，组成和流率分布情况。 严格的多元逐板计算的优点（计算内容）： 严格的多元逐板计算的优点（计算内容）： 可以算出各板的温度、组分变化， ①可以算出各板的温度、组分变化，有的还可以算 出各板流率变化。 出各板流率变化。 较准确地确定加料板的位置。 ②较准确地确定加料板的位置。 可以为塔设备设计提供必要数据。 ③可以为塔设备设计提供必要数据。 可以大致确定灵敏板位置，便于精馏操作和控制。 ④可以大致确定灵敏板位置，便于精馏操作和控制。
vn = ln+1 + d
ln vn = An d d
用比流量值关联表示的i 用比流量值关联表示的 组分的 物料平衡关系方程式
vn ln+1 = +1 d d
vn +1 ln ln+1 vn = An +1 +1 = An + 1 d d d d
此二式为用比流量值关联的i 此二式为用比流量值关联的 组 分的物料平衡关系方程式和相平 衡相结合的方程式。 衡相结合的方程式。
比流量--- 流量比！！！！！ 比流量 流量比！！！！！
lni vni , 精馏段，第n板的比流量值，d 精馏段， 板的比流量值， 板的比流量值 i di
数学表达式： 数学表达式：
l mi v mi , 提馏段， 板的比流量值， 提馏段，第m板的比流量值， 板的比流量值 wi wi
所谓流量之比： 组分在第n(m)板 上的液体（或气体）流 所谓流量之比：指i 组分在第 板 上的液体（或气体） 量与塔顶馏出物（塔釜采出量） 组分的流量之比值。 量与塔顶馏出物（塔釜采出量）中i 组分的流量之比值。
3、比流量法（Thiese-Geddes法） 、比流量法（ 法
注意：他们不是独立变量，是所求的变量。 注意：他们不是独立变量，是所求的变量。 假设t 假设 n , Vn , Ln ， N, R, D, 由简捷法求得，继而知道W, xDi , xWi , t顶, t釜。 由简捷法求得，
由上面得到了比流量的必要数据 ① F, Zi, q, HF ② D,W, xDi , xWi , N,R, t顶, t釜 ③假设的各板tn , Vn , Ln , tm , Vm , Lm ④根据假设算出的Hni , hni , Hmi , hmi 根据假设算出的 ⑤各板的汽-液平衡关系 各板的汽 液平衡关系
yni xni = kni yni Ln xni Ln = kni yniVn Ln xni Ln = • kni Vn
1
l1 l1 = W
(
)
W,xWi
Ln Ln 吸收因子） lni = • vni 令 Ani = k V （吸收因子） ni n kniVn
yniVn Ln xni Ln = • kni Vn
lN lN +1 = AN + 1 = AN (R + 1) d d
Ln Ani = kniVn
R为指定独立变量，LN , VN , TN是开始假设 的 为指定独立变量， 为指定独立变量 初值，所以由上式即可算出l 的值 的值。 初值，所以由上式即可算出 N /d的值。
对于N-1块板，有： 块板， 对于 块板
D,xDi
N n+1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱn M+2 M+1 M m+1 m 2
1
l1 l1 = W
(
)
W,xWi
提馏段： ②提馏段：
与精馏段的比流量公式的推导相同，可以得到： 与精馏段的比流量公式的推导相同，可以得到：
vm lm 相平衡关系： = sm 相平衡关系： w w
物料平衡关系： 物料平衡关系： l m+1
则第j级是适宜进料级， 则第 级是适宜进料级，j+1级转换成提馏段操作线计算 级是适宜进料级 级转换成提馏段操作线计算 计算结束判据： 计算结束判据：
xL x H
xL ≥ x N H D
3）由塔顶向下，塔釜向上，在进料板处契合 ）由塔顶向下，塔釜向上，
2、逐级计算法（LM法） 、逐级计算法（ 法 1932年，lewis– matheson提出的方法，化工原理已 年 提出的方法， 提出的方法 经学过。回顾。 经学过。回顾。
计算起点
已知塔顶和塔釜产品的组成是逐级计算法的前提 清晰分割物料衡算 非清晰分割物料衡算 起点选择应从组成较精确的一端算起 两个易挥发组分作关键组分，则以塔釜作起点向上逐级计算， ①两个易挥发组分作关键组分，则以塔釜作起点向上逐级计算， 各板的温度由泡点温度决定 两个难挥发组分作关键组分时， ②两个难挥发组分作关键组分时，则以塔顶为起点向下逐板计 算，各板的温度由露点温度决定 关键组分是中间组分， ③关键组分是中间组分，可以从两端同时算起在加料板处契合
lni = Ani • vni ln = An • vn
ln vn = An d d
ln d vn d
精馏段第n板的比流量值 精馏段第 板的比流量值
用比流量值关联的第n块板上 组 用比流量值关联的第 块板上i组 块板上 分的相平衡方程式 分的相平衡方程式
对塔顶至精馏段任意一块板n，对于 组分做物料衡算， 对塔顶至精馏段任意一块板 ，对于i 组分做物料衡算，有：
算塔釜：上式变为： 算塔釜：上式变为：
l2 l1 = s1 + 1 w w l2 = s1 + 1 w
已知：l1 已知：
=w
L1 , V1 , T1是开始假设 的初值，可算出 1，进 的初值，可算出s 而算出l 的值 的值。 而算出 2 /w的值。 对于第二块板： 对于第二块板： l 3
l2 = s2 + 1 = s2 ( s1 + 1) + 1 w w
yL yL > y 且 yH j +1精 H j +1提
则第j级是适宜进料级， 则第 级是适宜进料级，j+1级转换成提馏段操作线计算 级是适宜进料级 级转换成提馏段操作线计算 计算结束判据： 计算结束判据：
xL x H xL < x N H W
3、比流量法（Thiese-Geddes法） 、比流量法（ 法 (1) 独立变量的指定及比流量计算的必要数据： 独立变量的指定及比流量计算的必要数据： 独立变量 C+6个 个
独立变量名称 进料状态q 或进料温度T 进料状态 进料(或进料温度 J) 或进料温度 进料组成Z 进料组成 i 进料量F 进料量 塔操作压力P 塔操作压力 进料板位置J 进料板位置 F 回流比R 回流比 总理论板数N(含塔釜再沸器 总理论板数 含塔釜再沸器) 含塔釜再沸器 塔顶产品量D 塔顶产品量 Σ 变量数 1 C-1 1 1 1 1 1 1 C+6
由塔釜向上，由塔顶向下计算至进料板处，很难 由塔釜向上，由塔顶向下计算至进料板处， 达到完全吻合， 达到完全吻合，一般用下式作为契合判据 ：
xL x H
xL xL > > x x n H F H n +1
↓ n +1 n
基本原理：交替使用操作线方程和相平衡方程， 基本原理：交替使用操作线方程和相平衡方程，分 别由塔顶向下，塔釜向上计算，在加料板处契合。 别由塔顶向下，塔釜向上计算，在加料板处契合。
计算方法
⒈从塔顶向下计算，塔序从塔顶向下 从塔顶向下计算， • ①MES方程 方程 M方程：精馏段 Vn +1 y n +1,i = Ln x n ,i + Dx D ,i 方程： 方程