天津大學(xué)化工分離工程教案第7章習(xí)題和解答-全文預(yù)覽
【正文】 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。 圖 712 按相對揮發(fā)度遞降順序分離產(chǎn)品的簡單精餾塔熱耦合 (a) 兩簡單精餾塔的熱耦合 (b) 側(cè)線精餾塔 圖 713 按相對揮發(fā)度遞增順序分離產(chǎn)品的簡單精餾塔熱耦合 (a) 兩簡單精餾塔的熱耦合 (b) 側(cè)線精餾塔 [例 77] 有鄰、間、對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。 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。 設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾 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，把冷凝器熱負荷分配到塔的上段，都可以取得節(jié)省能量的效果。 圖 76 開式熱泵 圖 77 制冷循環(huán)的壓焓圖 1— 精餾塔， 2— 冷凝器， 3— 再沸器， 4— 壓縮機， 5— 節(jié)流閥。 精餾塔的熱泵主要有 兩種形式 ： （ 1）閉式熱泵：用外界的工作介質(zhì)為冷劑，液態(tài)冷劑在冷凝器中蒸發(fā)，使塔頂物料冷凝。 ③ 當(dāng)分離過程需要多個分離級時，應(yīng)優(yōu)先選擇平衡分離過程而不選擇速度控制過程。 熱泵精餾 分離方法的選擇和分離順序數(shù) 多組分混合物的分離有多個可能的分離流程方案。 (2)若經(jīng)過工藝改進，使 加氫反應(yīng)器出口物料的組成為： CH 4 C 2 H 4 C 2 H 6 流率， kmol/h 組成，摩爾 % 在這種情況下，若直接采用乙烯塔側(cè)線出料，乙烯產(chǎn)品中 CH 4 最低含量能降低到： 因此，用側(cè)線塔的方案是可行的。 考察由 C 2 餾分生產(chǎn)聚合級乙烯的 精餾系統(tǒng)的分離流程。然而由于精餾段操作斜率減小，回流比減小，所需塔板數(shù)增加。 解：根據(jù) Van Laar 方程計算液相活度系數(shù)， ； 式中 M 代表甲醇， W 代表水。 由式（ 78 ）得， 可見，分離成非純產(chǎn)品時所需最小功小于分離成純產(chǎn)品時所需最小功。分離要求為： ① 產(chǎn)品為純丙烯和純丙烷； ② 含丙烯 99%( 摩爾 ) 和含丙烷 95% （摩爾）的兩個物流。 (722) 普通精餾操作（圖 72）過程所消耗的凈功： 圖 72 普通精餾塔 (723) 實際分離過程，熱力學(xué)效率必定小于 1 。 [例 72] [例 73] 非等溫分離和有效能 當(dāng)分離過程的產(chǎn)品溫度和進料溫度不同時，不能用自由能增量計算最小功，而應(yīng)根據(jù)有效能來計算。 圖 71 連續(xù)穩(wěn)定分離系統(tǒng) 由熱力學(xué)第一定律： (71) 和熱力學(xué)第二定律（對于等溫可逆過程）： (72) 得到等溫下穩(wěn)定流動的分離過程所需最小功的表達式： （ 73 ） 即 或表示為自由能的形式： （ 74 ） 或表示為逸度的形式： （ 77 ） 一、分離理想氣體混合物 對于理想氣體混合物： (78) 對于由混合物分離成純組分的情況： （ 79 ） 在等摩爾進料下，無因次最小功的最大值是 。 最小分離功的大小標志著物質(zhì)分離的難易程度，實際分離過程能耗應(yīng)盡量接近最小功。當(dāng)進料中兩組分不互溶時， — W min,T =0 。 熱力學(xué)效率和凈功消耗 分離過程的熱力學(xué)效率：系統(tǒng)有效能的改變與過程所消耗的凈功之比。已知混合氣體中含丙烯 （摩爾分數(shù)）。 ① 此物系可以認為是理想氣體的混 合物，由式（ 79 ）得， ② 首先通過物料衡算計
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