天津大學(xué)化工分離工程教案第7章習(xí)題和解答(存儲(chǔ)版)
【正文】 圖 76 開(kāi)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(jī)， 5— 節(jié)流閥。 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。 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)。 （ 7）進(jìn)入低溫分離系統(tǒng)的組分盡量少。根據(jù)產(chǎn)品組成，作流程 (b)和 (c)中第一塔與第二塔的物 料衡算，如下表所示。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(guò)催化加氫使乙炔轉(zhuǎn)化成乙烯和乙烷。 (c)根據(jù)探試規(guī)則（ 6），應(yīng)把容易聚合結(jié)焦的丁二烯首先分離掉，因此應(yīng)采用前脫丙烷流程。 。我國(guó)從美國(guó)魯默斯公司引進(jìn)乙烯裝置都采用這種流程。 試以探試法合成可能的分離流程 。 解 ：根據(jù)要求，作粗略的物料衡算： 組分 丙烷餾分 異丁烷餾分 正丁烷餾分 戊烷餾分 kmol/h C 3 i C 4 nC 4 C 5 C 6 C 7 合計(jì) 如附圖所示，可以有五種不同的分離方案。 （ 5）進(jìn)料中含量高的組分盡量提前分出。但隨著溫度降低，各異構(gòu)體變成固體后其分子形狀的差別比較顯著，故建議采用冷凍結(jié)晶分離。 兩效精餾操作所需熱量與單塔精餾相比，可以減少 30~40% 。塔 內(nèi)物料與制冷系統(tǒng)的工質(zhì)兩者之間是封閉的系統(tǒng)。 選擇分離方法的探試規(guī)則： ① 選擇具有較大分離因子的分離過(guò)程。為了使乙炔含量合格，必須首先對(duì)脫乙烷塔塔頂出料中乙炔用催化加氫的方法脫除， 加氫反應(yīng)器出口物料的組成為： CH4 C2H4 C2H6 流率， kmol/h 組成，摩爾 % 乙烯塔操作壓力為 ，在該操作條件下 : ， 解 ： (1)設(shè)若采用乙烯塔側(cè)線 出料的流程（附圖 1），用式（ 725）計(jì)算乙烯產(chǎn)品中甲烷的最小含量： 在側(cè)線出料中還有 C 2 H 6 ， 其含量在 %%左右，乙烷和甲烷相加已達(dá)到 %左右，因此，用側(cè)線塔的方法不能滿足聚合級(jí)乙烯規(guī)格的要求，必須用兩個(gè)常規(guī)塔： 加氫反應(yīng)器出口 物料先進(jìn)入第二脫甲烷塔，脫除甲烷后再進(jìn)入乙烯精餾 塔分離乙烯和乙烷，見(jiàn)附圖 2。 計(jì)算最小功時(shí)，可將式（ 710 ）分解為一個(gè)理想溶液部分和一個(gè)由于與理想溶液的偏差而產(chǎn)生的過(guò)剩部分之和，最終方程為， （ 712 ） 代入數(shù)據(jù)得， 可見(jiàn)，由于該物系與理想溶液呈正偏差，使得最小功比理想溶液的減小 % 。 解 ：這兩個(gè)組分在分子結(jié)構(gòu)上相似，且壓力為常壓，故進(jìn)料和產(chǎn)品均可看作理想氣體。 穩(wěn)態(tài)下的有效能平衡方程： （ 718 ） 等當(dāng)功： （ 719 ） 系統(tǒng)的凈功（總功）： （ 720 ） 過(guò)程可逆時(shí)，可得最小分離功： （ 721a ） 該式表明，穩(wěn)態(tài)過(guò)程最小分離功等于物流的有效能增量。 最小分離功 分離的最小功表示了分離過(guò)程耗能的最低限。 有效能定義： 有效能是溫度、壓力和組成的函數(shù)。確定所需最小功。計(jì)算所得活度系數(shù)如下： 組分 活度 系數(shù) g 原料 富甲醇產(chǎn)品 廢水 甲醇 水 通過(guò)物料衡算計(jì)算出兩個(gè)產(chǎn)品的流率為： 含甲醇 %( 摩爾 ) 的產(chǎn)品流率 14491 kmol/h ； 含甲醇 % （摩爾）的廢水流率 10407 kmol/h 。原料為脫乙烷塔頂餾分，其中含乙炔 ％（ mol）， 而聚合級(jí)乙烯的主要指標(biāo)為： C 2 H 4 含量不低于 %； C 2 H 2 含量不高于 510
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