§3-2多组分简单精馏塔的计算
多次单级分离的串联，简称精馏。精馏是分离液体混合物的单元操作，它利用混合物中各组分的挥发度不同，采用液体多次部分汽化，蒸汽多次部分冷凝等汽液间的传质过程，使汽液相间浓度发生变化，并结合应用回流手段，使各组分分离。 一、多组分精馏过程分析 1.模型塔
仅有一股进料且无侧线出料和中间换热设备。 有N块理论板，塔顶为分凝器（或全凝器，即馏出物D以液体状态采出），塔釜有再沸器，塔板序号从塔顶向下数，分凝器序号为1，再沸器序号N+1，加料板序号为n+2，n为精馏段塔板数，F为加料流率，
zF为进料组成，C为组分数，p为操作压力，D为馏
出物的流率，B为釜底残液流率，R为回流比。
除加料板外，每快板上均有上升汽相流率Vj，汽相组成yji，汽相混合物的分子热焓Hj，下降的液相流率Lj，液相组成xji，液相混合物的分子热焓hj及各块板的温度Tj。 2.名词解释 ①关键组分
在设计或操作控制中，有一定分离要求，且在塔顶、塔釜都有一定数量的组分称为关键组分。它是进
料中按分离要求选取的两个组分，它们对于物系的分离起着控制的作用。
轻关键组分，指在塔釜液中该组分的浓度有严格限制，并在进料液中比该组分轻的组分及该组分的绝大部分应从塔顶采出。
重关键组分，指在塔顶馏出液中该组分的浓度有严格限制，并在进料液中比该组分重的组分及该组分的绝大部分应在塔釜液中采出。
关键组分确定后，还需规定轻重关键组分的回收率（分离度）。回收率指轻（重）关键组分在塔顶（釜）产品中的量占进料量的百分数。
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塔顶回收率：E顶?塔釜回收率：E釜?DxDL?100% FxFLWxBH?100% FxFH一对轻重关键组分的挥发度一般是相邻的，也可不相邻，比轻关键组分还轻的组分从塔顶蒸出的百分率和比重关键组分还重的组分从塔釜排出百分率分别比轻重关键组分要高。若相邻的轻重关键组分之一含量太少，可选与它邻近的某一组分为关键组分。 ②非关键组分
关键组分以外的组分称为非关键组分。
轻非关键组分，比轻关键组分挥发度更大或更轻的组分，简称轻组分。 重非关键组分，比重关键组分挥发度更小或更重的组分，简称重组分。 ③分配与非分配组分
塔顶、塔釜同时出现的组分为分配组分。只在塔顶或塔釜出现的祖父为非分配组分。关键组分必定是分配组分。非关键组分不一定是非分配组分。
一个精馏塔的任务是使轻关键组分尽量多的进入塔顶馏出液，重关键组分尽量多的进入釜液。 ④清晰与不清晰分割
用于塔顶、塔釜物料预分布即物料衡算的两种情况。
清晰分割：轻组分在塔顶产品的收率为1。重组分在塔釜产品的收率为1。即轻组分全部从塔顶馏出液中采出，重组分全部从塔釜排出。一般非关键组分与关键组分间的相对挥发度相差很大。非关键组分为非分配组分。
非清晰分割：轻组分与轻关键组分，重组分与重关键组分的相对挥发度相差不大，或者有的非关键组分的相对挥发度处于轻、重关键组分的相对挥发度之间，这时非关键组分无论在馏出液或是釜液中都有一定数量，及非关键组分为分配组分。 3.多组分精馏过程的复杂性 ①求解方法
二组分精馏，设计变量值被确定后，就很容易用物料衡算式、汽液平衡式和热量衡算式从塔的任何一端出发逐板计算，无需试差。而多组分精馏，由于不同指定馏出液和
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釜液的全部组成，要进行逐板计算，必须先假设一端的组成，然后通过反复试差求解。 ②摩尔流率
二元精馏除了在进料板处液体组成有突变外，各板的摩尔流率基本为常数。而多组分精馏，液、汽流量有一定的变化，但液汽比LV却接近于常数。原因是各组分的摩尔汽化潜热相差较大。 ③温度分布
温度分布无论几元总是从再沸器到冷凝器单调下降。二元精馏在精馏段和提馏段中段温度变化最明显，而多元精馏在接近塔顶和接近塔底处及进料点附近，温度变化最快，这是因为在这些区域中祖产变化最快，而泡点和组成是密切相关。 ④组成分布（浓度）
二组元的组成分布与温度分布一样，在精馏段和提馏段中段组成变化明显，而多组分精馏，在进料板处各个组分都有显著的数量，而在塔的其余部分由组分性质决定，见下表。
塔内组分的分布情况
组分 邻近进料板邻近进料板邻近塔釜的邻近塔顶的上部几块板 下部几块板 轻组分 轻关键组分 有恒浓区 / ?0 总趋势 几块板 ?0 几块板 迅速上升 由塔釜往上汽相出现最大值 汽相有波动 / 有恒浓区 / 出现最大值 迅速增浓 而上升 由塔顶往下而上升 重关键组分 液相有波动 重组分 ?0 / ?0 重组分在塔底产品中占有相当大的分率，由塔釜往上，由于分馏的结果，汽、液相中重组分的摩尔分率迅速下降，但在到达加料板之前，汽液相中重组分的摩尔分率不会降到某一极限值，因为加料中有重组分存在，这一数值在到达加料板前基本保持恒定（恒浓区）。轻组分在塔顶占有很大分率，由于分馏作用，由塔顶往下汽、液相轻组分急剧下降到一个恒定的极限值，直到加料板为止。
关键组分摩尔分率的变化不仅与关键组分本身有关，同时还受非关键组分浓度变化的影响。总的趋势是轻关键组分的摩尔分率沿塔釜往上不断增大，而重关键组分则不断下降（这和双组分精馏的情况类似）。但在邻近塔釜处，由于重组分的摩尔分率迅速上
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升，结果使两个关键组分的摩尔分率下降。即重关键组分在加料板以下摩尔分率出现一个最大值的原因。在邻近塔顶处，由于轻组分的迅速增浓，使两个关键组分的摩尔分率下降，这是轻关键组分在汽相中的摩尔分率在加料板以上出现最大值的原因。
在加料板往上邻近的几块板处，重组分由加料板下面的极限值很快降到微量，这一分馏作用对轻的组分产生影响，在这几块板的摩尔分率上升较快，液相中重关键组分的摩尔分率在加料板以上不是单调下降而有一波动，同理在加料板以下，汽相中轻关键组分的摩尔分率在该处有所上升。
二、多级精馏过程的简捷法（群法）计算
简捷法计算只解决分离过程中级数、进料与产品组成间的关系，而不涉及级间的温度与组成的分布。该计算将多组分溶液简化为一对关键组分的分离，物料衡算按清晰分割计算，求得塔顶和塔釜的流量和组成，用芬斯克公式计算最少理论板数Nm，用恩德伍德公式计算最小回流比Rm，再按实际情况确定回流比R，用吉利兰关联图求得理论板数N。
“理论塔板数的简捷算法”，化学工程，1992，（1）：70
“简捷法求算多组分精馏过程的理论板”，化工设计，1993，3（5）：27 “一种新的理论板数简捷算法”，化学世界，1991，（6）：272 “估算精馏理论塔板数的新方法”，大学化学，1997，（2）：55 1.清晰分割的物料衡算
根据进料量和组成，按工艺要求选好一对关键组分，建立全塔物料衡算式，然后分别得精馏段和提馏段操作线方程。
全塔总物料衡算： F?D?B 组分i： Fzi?DxDi?BxBi
（3-6） （3-5）
在清晰分割条件下，轻组分在塔釜不出现，重组分在馏出物中不出现。可根据轻、重关键组分在塔釜和塔顶馏出物中的摩尔分数xLKB,xHKD求出塔顶、釜组成。
D?FnLK?zi?(F?D)xLKB?DxHKD
?zD?i?1i?1nLKi?xLKBF
1?xHKD?xLKB （3-7）
B?F?D
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