天津大學(xué) 化工分離工程 教案 第7章 習(xí)題和解答(文件)
【正文】 摩爾， % 組分 摩爾， % 甲烷 甲基乙炔 +丙二烯 乙烯 碳四 乙烷 碳五 乙炔 碳六 碳八 丙烯 燃料油 丙烷 其它 主要分離產(chǎn)品的規(guī)格為： ①高純度乙烯 乙烯：＞ % (mol)；乙炔：＜ 510 6 （ mol） ②高純度丙烯 丙烯 ＞99. 5% (mol)； 乙烯 ＜ 10 10 6 （ mol） ；乙炔 ＜ 1 10 6 （ mol） ； 甲基乙炔 +丙二烯 ＜ 5 10 6 （mol）。 解 ：（ 1）加氫方案 用精餾方法達(dá)到這么高的純度是比較困難或不經(jīng)濟(jì)的，因此應(yīng)通過催化加氫使乙炔轉(zhuǎn)化成乙烯和乙烷。 我國(guó)上海石油化工股份公司從日本三菱公司引進(jìn)的乙烯裝置就采用這種流程。由此可見，分離方案的取舍不僅取決于每個(gè)塔系本身能耗的高低，而且還取決于不同分離流程所引起的其他工藝部分能耗的變化。 (a)根據(jù)探試規(guī)則（ 1），應(yīng)采用按沸點(diǎn)由低而高，逐個(gè)脫除輕組分的流程，即順序分離流程。①由于乙烯與乙烷和丙烯與丙烷兩個(gè)二元混合物中的兩組分間沸點(diǎn)差均很小，故這兩個(gè)二元系統(tǒng)是最難分離的混合物。通過催化加氫方法，還可將甲基乙炔和丙二烯轉(zhuǎn)化成為丙烯和丙烷，作為液化氣使用。 ASTM終沸點(diǎn) 205 0 C。 第一塔流率， kmol/h 第二塔流率， kmol/h 餾出液 釜液 餾出液 釜液 流程 (b) 流程 (c) 例 78 附圖 不同塔序的分離方案 根據(jù)沸點(diǎn)差及產(chǎn)品純度考慮，異丁烷和正丁烷之間分離要求最高，應(yīng)將其分離放在最后，故 (a)、(d)、(e)三種流程可不予考慮。 C 7 將一烴類混合物送入精餾裝置進(jìn)行分離，各組分的流率為 組分 丙烷 異丁烷 正丁烷 戊烷 己烷 庚烷 合計(jì) 流率， kmol/h 10 10 10 10 10 10 60 要求產(chǎn)品的指標(biāo)： 丙烷餾分——含丙烷94%（摩爾）；異丁烷餾分——含異丁烷94%（摩爾）； 正丁烷餾分——含丁烷94%（摩爾）；戊烷餾分——含戊烷以上94%（摩爾）； 試比較可行的分離方案。 [例78] 調(diào)優(yōu)合成法是以某個(gè)初始的流程為基礎(chǔ)，經(jīng)過一系列修正而合成接近最優(yōu)系統(tǒng)的方法。（7）進(jìn)入低溫分離系統(tǒng)的組分盡量少。（6）有害組分應(yīng)先分。（5）進(jìn)料中含量高的組分盡量提前分出。（4）回收率要求高的分離應(yīng)放在最后。（3）應(yīng)使每個(gè)塔的餾出液與釜液的摩爾流率盡量接近。（2）最難的分離應(yīng)放在塔序的最后。（1）按相對(duì)揮發(fā)度遞減的順序逐個(gè)從塔頂分離出各組分。到目前為止，探試規(guī)則僅適用于簡(jiǎn)單清晰切割塔，即只有一個(gè)進(jìn)料，兩個(gè)出料，進(jìn)料組分只出現(xiàn)在一個(gè)出料中的精餾塔。 分離序列的確定常用方法：先用探試規(guī)則產(chǎn)生初始流程，再用調(diào)優(yōu)法加以改進(jìn)。有鄰、間、對(duì)二甲苯混合物欲分離成純物質(zhì)，試根據(jù)其分子性質(zhì)選擇分離方法。 圖 712 按相對(duì)揮發(fā)度遞降順序分離產(chǎn)品的簡(jiǎn)單精餾塔熱耦合(a) 兩簡(jiǎn)單精餾塔的熱耦合 (b) 側(cè)線精餾塔 圖 713 按相對(duì)揮發(fā)度遞增順序分離產(chǎn)品的簡(jiǎn)單精餾塔熱耦合(a) 兩簡(jiǎn)單精餾塔的熱耦合 (b) 側(cè)線精餾塔 [例77] 熱耦合精餾在熱力學(xué)上是最理想的流程結(jié)構(gòu)，即可節(jié)省設(shè)備投資，又可節(jié)省能耗。 圖 79 多效精餾的基本流程增設(shè)中間再沸器，把再沸器加熱量分配到塔的下段，或者設(shè)置中間冷凝器，把冷凝器熱負(fù)荷分配到塔的上段，都可以取得節(jié)省能量的效果。另一種形式是以塔頂物料為工
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