第六章分離系列綜合

分離序列綜合問題定義定義：在給定進(jìn)料流股狀態(tài)（流量、溫度、壓力和組成），并規(guī)定分離產(chǎn)品要求的情況下，系統(tǒng)化地設(shè)計(jì)出分離方案并使總費(fèi)用最小。.1.分離序列綜合組合問題簡單塔：①指一個進(jìn)料分成兩個產(chǎn)品；②每一個組分只出現(xiàn)在一個產(chǎn)品中——銳分離；③塔頂采用全凝器，塔底采用再沸器。（a)直接序列

（b)非直接序列

簡單塔分離3組分混合物的分離序列例如：分離3組分混合物。.▲分離序列數(shù)分離的流程方案，含有R個組分的混合物分離成R個單組分產(chǎn)品，其分離序列的總數(shù)目。說明：①組分?jǐn)?shù)↑，可能的分離序列數(shù)↑②分離序列的綜合實(shí)質(zhì)上是解決一個組合問題▲分離點(diǎn)（切分點(diǎn))可以分離開的相鄰組分之間如A/BB/C。R組分混合物分離成R個純組分產(chǎn)品，存在R-1個分離點(diǎn)。.A/B，C，DABCB/C，DC/DDA/B，C，DAB/CBB，C/DDC例如:

R=4，SR=5.A，B/C，DBACC/DDA/BA，B，C/DABCA/B，CB/CD.A，B，C/DABCA，B/CA/BD.子群子群▲分離序列的子群數(shù)（相鄰的流股）分離過程中產(chǎn)生的流股數(shù)。一般情況下，例：R=3，G=6.

對于4組分進(jìn)料的子群第一個分離器的進(jìn)料后面分離器的進(jìn)料產(chǎn)品R=4G=10

.▲分離子問題數(shù)（獨(dú)立分離單元數(shù)

）

所有分離序列中不重樣的分離器總數(shù)。

R=4，分離序列SR=5，每種分離序列有3個分離器，但15個分離器中只有U=10個是不重樣的，即：（A/B，C，D）（A，B/C，D）（A，B，C/D）（A/B，C）（A，B/C）（B/C，D）（B，C/D）（A/B）（B/C）（C/D）.組分?jǐn)?shù)R在一序列中的分離器數(shù)序列數(shù)

SR子群數(shù)G分離子問題數(shù)

U2345678910111234567891012514421324291430486216796361015212836455566141020355684120165220序列數(shù)、子群和分離子問題數(shù)目說明：多組分精餾分離序列優(yōu)化綜合問題就是大規(guī)模復(fù)雜組合優(yōu)化問題。.如果考慮采用多種分離方法，分離方法數(shù)為N，則分離序列數(shù)：說明：SR隨N的增加呈爆炸增大。6.1.4分離序列方案評價分離序列的評判指標(biāo)可以認(rèn)為是其中所有獨(dú)立分離單元評價簡單加和。獨(dú)立分離單元評價指標(biāo)：一般應(yīng)與設(shè)計(jì)條件下的年度費(fèi)用關(guān)聯(lián)。簡化計(jì)算起見，常采用：

分離易度系數(shù)（CES）和分離難度系數(shù)（CDS）.（1）分離易度系數(shù)定義：CES=f，

f(≤1)為塔頂與塔釜產(chǎn)品摩爾流量比。

△為相鄰組分間的沸點(diǎn)差絕對值。（2）分離難度系數(shù)定義：

.說明：（1）分離易度系數(shù)越大或分離難度系數(shù)越小，表示輕、重關(guān)鍵組分越易被分離；對特定分離序列，其中獨(dú)立分離單元分離易度系數(shù)總和越大、分離難度系數(shù)總和越小，該分離序列也就更優(yōu)。（2）實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，尋求最優(yōu)分離序列不僅要考慮總分離費(fèi)用最小，往往還需要考慮很多其他因素，比如可持續(xù)發(fā)展范疇中的環(huán)境因素等。

.6.2分離序列綜合經(jīng)典方法

直觀推斷、漸進(jìn)調(diào)優(yōu)和數(shù)學(xué)規(guī)劃等經(jīng)典方法。6.2.1有序直觀推斷規(guī)則

(按順序使用)規(guī)則(1)在所有其分離方法中，優(yōu)先采用能量分離劑分離方法（例如精餾）,避免用質(zhì)量分離劑分離方法（例如萃?。?。當(dāng)關(guān)鍵組分間的相對揮發(fā)度小于1.05~1.10時，應(yīng)該采用質(zhì)量分離劑分離方法（例如萃?。?，此時質(zhì)量分離劑應(yīng)在下步立即分離。規(guī)則(2)

精餾分離過程盡量避免真空和制冷操作。如需采用真空操作，則可考慮用萃取方案代替；如需采用制冷操作，則可考慮采用吸收方案代替。由于真空和制冷操作能耗較大，有時即使在較高溫度和壓力下操作也會有利。.規(guī)則(3)

當(dāng)產(chǎn)品集中包括多個多元產(chǎn)品時，傾向于選擇得到最少產(chǎn)品種類的分離序列。相同的產(chǎn)品不要在幾處分出。因?yàn)楫a(chǎn)品集合越小，相應(yīng)分離序列中的分離單元就越少，所以費(fèi)用可能較低。規(guī)則(4)

首先安排除去腐蝕性組分和有毒有害組分，從而避免對后繼設(shè)備苛刻要求，提高安全操作保證，減少環(huán)境污染。規(guī)則(5)

最后處理難分離或分離要求高的組分，特別是當(dāng)關(guān)鍵組分間的相對揮發(fā)度接近1時，應(yīng)當(dāng)在沒有非關(guān)鍵組分存在的情況下進(jìn)行分離，這時分離凈功耗可以保持較低水平。.假設(shè)：

分離費(fèi)用∝進(jìn)料量/分離點(diǎn)兩側(cè)相鄰組分間性質(zhì)差異=F/△例F1=F2=F3=F4=F△12=△34=△△23=△/3流程

總成本F1+F2+F3+F4

Δ12+F2+F3+F4

Δ23F3+F4

Δ34+=4F

Δ

3F4

Δ/3+2FΔ+=FΔ151234234343412.F1+F2+F3+F4

Δ12+F2+F3+F4

Δ34F2+F3

Δ23+=4F

Δ

3FΔ+2FΔ/3+=FΔ1312342342323141234122314F1+F2+F3+F4

Δ23+F1+F2

Δ12F3+F4

Δ34+=4F

Δ/3

2FΔ+2FΔ+=FΔ1634說明：以上3種分離序列中，把難分離的組分放在最后處理的方案（2）的總費(fèi)用最小。.規(guī)則(6)

進(jìn)料中含量最多的組分應(yīng)該首先分離出去，這樣可以避免含量最多的組分在后續(xù)塔中多次氣化與冷凝，降低了后續(xù)塔的負(fù)荷。規(guī)則(7)

如果組分間的性質(zhì)差異以及組分的組成變化范圍不大，則傾向于塔頂和塔底產(chǎn)品量等摩爾分離。精餾塔冷凝器負(fù)荷與再沸器負(fù)荷不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，塔頂和塔底產(chǎn)品量等摩爾分離時，精餾段回流比與提餾段蒸發(fā)比可以得到較好的平衡。說明：如果不能按塔頂和塔底產(chǎn)品量等摩爾分離（如分離點(diǎn)組分間相對揮發(fā)度太小等情況），則可選擇具有最大分離易度系數(shù)處為分離點(diǎn)。

.假定進(jìn)料中組分1，2，3，4摩爾分率相等流程分離序列總負(fù)荷1）F1＋2F2＋3F3＋3F4=9F123423434123412）3F1＋3F2＋2F3＋F4=9F12341212341232F1＋2F2＋2F3＋2F4=8F最小1234123412343)產(chǎn)品量等摩爾分離.例6-1，試確定下列混合物的分離序列組分mol/h沸點(diǎn)T，oC相鄰組分CES沸點(diǎn)差TA氫18-2539223.0B甲烷5-1615719.6C乙烯24-1041614.6D乙烷15-884018.1E丙烯14-4861.1F丙烷6-42414.0G重組分8-1要求分離出6個產(chǎn)品（AB），C，D，E，F(xiàn)，G。.解：(1)由規(guī)則（1）、（2），采用常規(guī)蒸餾，加壓下冷凍。(2)按規(guī)則（3），A、B間不要分開。(3)規(guī)則（4）未用。(4)由規(guī)則（5），C/D，E/F的分離應(yīng)放在最后，因?yàn)槠洹鱐小。(5)規(guī)則（6）未用；(6)按規(guī)則（7），AB/C,D,E,F,G的分離應(yīng)該優(yōu)先，因?yàn)槠銫ES=19.6為最大；.參數(shù)CD/EFGCDEF/Gf28/398/59△T4041CES