天津大學(xué)化工分離工程教案第7章習(xí)題和解答(更新版)
【正文】 273 273 熱負(fù)荷,10 6 kW 功耗 (2) , kW 864 5757 5233 總功耗， kW 16579 13687 注 :(1)；(2)再沸器的冷量回收,每10 6 kW相當(dāng)于84kW。 回流比 塔頂出料流量， kmol/h 側(cè)線出料流量， kmol/h 例 75 附圖 2 第二脫甲烷流程 經(jīng)平衡級計(jì)算，兩個(gè)塔的主要計(jì)算結(jié)果和消耗的能量見附表 1。以分離三組分混合物為例，若其中某一個(gè)組分的含量很少或者對組分之間的切割要求不嚴(yán)格，則采用側(cè)線塔代替兩個(gè)相鄰的常規(guī)塔，可降低基建投資和操作費(fèi)用。 圖 73 兩種不同濃度進(jìn)料的精餾流程 解：根據(jù) Van Laar 方程計(jì)算液相活度系數(shù)， ； 由式（ 78 ）得， 可見，分離成非純產(chǎn)品時(shí)所需最小功小于分離成純產(chǎn)品時(shí)所需最小功。 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。 對于由混合物分離成純組分的情況： 一、分離理想氣體混合物 (71) 和熱力學(xué)第二定律（對于等溫可逆過程）： 圖 71 連續(xù)穩(wěn)定分離系統(tǒng) 二、分離低壓下的液體混合物 （ 711 ） [例73] 非等溫分離和有效能 實(shí)際分離過程，熱力學(xué)效率必定小于 1 。已知混合氣體中含丙烯 （摩爾分?jǐn)?shù)）。兩段進(jìn)料一塔式分離過程的操作線更接近于平衡線，各平衡級傳質(zhì)和傳熱的推動(dòng)力減少，精餾過程的熱力學(xué)效率得以提高，減少了有效能損失。原料為脫乙烷塔頂餾分，其中含乙炔 ％（mol）， 而聚合級乙烯的主要指標(biāo)為： C 2 H 4 %；C 2 H 2 含量不高于510 6 。 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，%左右，因此，用側(cè)線塔的方法不能滿足聚合級乙烯規(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，見附圖 2。經(jīng)平衡級嚴(yán)格計(jì)算得到帶側(cè)線的乙烯精餾塔的計(jì)算結(jié)果見附表 1。 圖 715 三元混合物簡單精餾塔分離(a) 產(chǎn)品組分相對揮發(fā)度遞降的順序 (b) 產(chǎn)品組分相對揮發(fā)度遞增的順序 對 C 個(gè)組分的物系，欲分離成 C 個(gè)基本純的產(chǎn)品，需要 C1 個(gè)塔，可組合成的流程方案數(shù)為： 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程。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)。 圖 77制冷循環(huán)的壓焓圖 簡單精餾塔應(yīng)設(shè)有一個(gè)再沸器和一個(gè)冷凝器，如果能用物流直接傳熱來提供熱量，則可砍掉再沸器和（或）冷凝器，實(shí)現(xiàn)熱耦合。 ① 利用已有的流程，或者根據(jù)探試規(guī)則確定初步流程；③ 直觀合理性：根據(jù)調(diào)優(yōu)規(guī)則所產(chǎn)生的流程與當(dāng)前進(jìn)行調(diào)優(yōu)的流程沒有顯著的區(qū)別。規(guī)則 2：改變一個(gè)分離任務(wù)的分離方法。 i C 4 nC 4 C 5 合計(jì) ③甲烷富氣 甲烷 ＞ 95 % (mol)；乙烯 ＜% (mol)； ④ 碳三液化氣 丙烯 ＜ 15% (mol)；碳四餾分 ＜ 1 % (mol)； ⑤ 碳四餾分 碳三烴 ＜ % (wt)；碳五烴 ＜ % (wt)； ⑥ 碳五及汽油餾分 碳四烴 ＜ %(wt)。催化加氫有兩種工藝，一種是裂解氣全餾分加氫，稱為前加氫，另一種是碳二餾分加氫，稱為后加氫。美國的斯通韋柏斯特公司和勃朗公司也采用過前脫丙
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