简捷塔中的轻/重关键组分应该如何理解

摘要

在初步要确定一个精馏塔的参数的时候,简捷塔无疑是最方便也是最简单的,在模拟简捷塔的时候,最关键的设置选项就是 轻/重关键组分 以及其 回收率

关键组分

如何准确的选择关键组分,关系到这个塔的是否收敛,是否合理,首先我们得知道在Aspen中,软件是如何定义这个关键组分的,

我们通过案例来学习一下,现在有这么一个体系:

组分名称 沸点
A 15℃
B 23℃
C 34℃
D 47℃
E 59℃

假设我们的目标产物是组分C,那么该体系的分离序列就有下面几种:

  1. 第一个 塔顶 脱除组分A;第二个 塔顶 脱除组分B;第三个 塔顶 采出产品组分C;
  2. 第一个 塔顶 采出组分A、B;第二个 塔顶 采出产品组分C;
  3. 第一个 塔顶 采出组分A、B、C;第二个 塔釜 采出产品组分C;

对于序列1,第一个塔的轻关键组分就是A,重关键组分就是B;第二个塔的轻关键组分就是B,重关键组分就是C;第三个塔的轻关键组分就是C,重关键组分就是D;

对于序列2,第一个塔的轻关键组分就是B,重关键组分就是C;第二个塔的轻关键组分就是C,重关键组分就是D;

对于序列3,第一个塔的轻关键组分就是C,重关键组分就是D;第二个塔的轻关键组分就是B,重关键组分就是C;

可以看出,分离的先后顺序和沸点的大小是决定一个组分是轻还是重关键组分的重要影响因素,

还有非常重要的一点,就是在简捷计算的时候一定是 清晰分割 的,也就是说,轻/重关键组分非常推荐是这一个体系中沸点最接近的两个组分,如果说轻关键组分是A,重关键组分是C,你说能算吗,也可以算,但大概率很难收敛,或者计算出来的结果偏差较大。

该案例适用于普遍情况,特殊情况则要单独讨论,例如存在恒沸物,萃取剂等。

对于2组分体系,那就很简单,轻关键组分必然是沸点较低的一个。

本文并不严谨,单纯依靠沸点来推断轻重,实际上这也适用大部分情况,除非遇到相对挥发度和沸点相反的特殊体系(我目前没遇到过)。

回收率

下面来说一下,回收率如何设置,在简捷塔中的回收率,指的是 采出流股中的目标组分与进料流股中的目标组分摩尔/质量比 ,还是通过一个案例来了解,

有这么一个精馏塔,体系中有两组分,分别是A和B,其中A是轻关键组分,B是重关键组分,精馏塔进料100kg/h,组成质量比为A:B=4:6,要求采出产品A的收率为90%,纯度99%(wt),

首先来进行分析,通过进料量和质量比,我们可以知道,进入精馏塔的组分A和B分别为40kg/h和60kg/h,

要求产品A的收率为90%,也就是说,塔顶采出的组分A的流量,要满足 A>=40*0.9=36kg/h ,那么轻关键组分的回收率就可以直接设置为0.9,

要求产品A的纯度为99%(wt),那么对于 塔顶采出 的流股,其总流量为 Q=36/0.99=36.3636kg/h ,其中的杂质组分B流量就是 B=36.3636-36=0.3636kg/h ,进而可以计算出塔顶采出杂质组分B的收率为 n=0.3636/60=0.0061 ,那么重关键组分就可以设置为0.0061。

那么要是多组分呢?也是一样的呀,即使假如塔顶要采出A、B、C三个组分,那么还是以C组分和D组分的流量和分离需求去计算轻重关键组分的回收率即可。