【正文】 單元操作，在化工、煉油、石油化工等工業(yè)中具有廣泛應(yīng)用。常壓精餾：精餾在常壓下進(jìn)行。減壓可降低操作溫度。精餾過程中，傳熱、傳質(zhì)過程同時(shí)進(jìn)行，屬傳質(zhì)過程控制。在精餾段，氣相在上升的過程中，氣相輕組分不斷得到精制，在氣相中不斷地增濃，在塔頂獲得輕組分產(chǎn)品。氣、液相回流是精餾操作的重要特點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)法又稱啟發(fā)法，它憑借在分離過程和工程領(lǐng)域長期積累的經(jīng)驗(yàn)所歸納出來的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則，對具體的問題進(jìn)行定性的分析而確定分離順序的方法。(1)按相對揮發(fā)度遞減的順序逐個(gè)從塔頂分離出各種組分。(3)應(yīng)使各個(gè)塔的餾出液的摩爾數(shù)與釜液的摩爾數(shù)盡量接近。(5)進(jìn)料中含量很高的組分盡量提前分出上述五條規(guī)則在實(shí)際應(yīng)用中常常是相互矛盾的，根據(jù)某些規(guī)則導(dǎo)出一個(gè)塔序，而從另外 規(guī)則又導(dǎo)出不同的塔序。所以上述方法的真正作用是在于減少需要評比的不同方案的數(shù)目，因?yàn)橛泻芏嗨?，由?jīng)驗(yàn)法已可以確定是不可取的，大大縮小了評比的范圍。 產(chǎn)品性能用途 (一)液化氣產(chǎn)品高壓或低溫液化的石油氣，是由丙烷、正丁烷、異丁烷及少量的乙烷、不飽和烴等組成；具有污染少、發(fā)熱量高、壓力穩(wěn)定、儲(chǔ)存設(shè)備簡單、供應(yīng)方式靈活等特點(diǎn)。(二)異戊烷中文名稱2，2甲基丁烷。生產(chǎn)方法：石油煉廠和石油化工廠的副產(chǎn)品。此外工戊烷在氯化鋁或氯化氫存在下經(jīng)異構(gòu)化也可生成異戊烷[1]。 (三)正戊烷無色液體，具有微弱的薄荷香味；極易燃，其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物；遇明火、高熱極易燃燒爆炸。生產(chǎn)方法：生產(chǎn)方法由石油裂解產(chǎn)物分離而得。大慶原油的汽油餾分中正戊烷約占8%勝利原油的碳五餾分中正戊烷約占3%通過戊烷分離塔或分子篩分離可得正戊烷和異戊烷。產(chǎn)品用途：在三氯化鋁存在下，經(jīng)異構(gòu)化可制備異戊烷；也用作萃取溶劑，聚苯乙烯理想的發(fā)泡劑，液態(tài)空氣機(jī)的潤滑劑；用于低溫溫度計(jì)，制人造冰，麻醉劑，以及合成戊醇等。極易揮發(fā)著火，極易燃易爆其蒸氣與空氣可形成爆炸性混合物。與氧化劑接觸發(fā)生強(qiáng)烈反應(yīng)甚至引起燃燒。產(chǎn)品用途：正己烷的主要作溶劑、如丙烯等烯烴聚合時(shí)的溶劑、食用植物油的提取劑、橡膠和涂料的溶劑以及顏料液化氣的使用涉及有色金屬冶煉、窯爐培燒、汽車燃料、居民生活等領(lǐng)域。液化石油氣被加熱氣化后可以方便地引入冶煉爐燃燒。 生產(chǎn)現(xiàn)狀正戊烷的生產(chǎn)現(xiàn)狀：目前，國內(nèi)戊烷生產(chǎn)技術(shù)主要來自于天津大學(xué)和北京化工研究院。從直餾汽油、天然氣凝析油、加氫裂化尾油、重整汽油中經(jīng)分餾獲得的C5餾分，以戊烷分離塔和異戊烷塔高效精餾分離而得到正戊烷和異戊烷產(chǎn)品居主導(dǎo)地位。 發(fā)展前景 戊烷混合烴在我國的儲(chǔ)量與液化石油氣產(chǎn)量相當(dāng)，作為一次能源替代液化氣、柴油、電等二次能源，對優(yōu)化我國能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，作為天然氣投入產(chǎn)出不經(jīng)濟(jì)市場的有益補(bǔ)充，具有重要的戰(zhàn)略意義和現(xiàn)實(shí)意義。[1] 由于戊烷燃料成功地解決了汽化、管輸、壓力調(diào)配等技術(shù)問題，戊烷燃料可以罐裝形式供用戶使用，也可通過建立戊烷燃?xì)夤?yīng)站。在天然氣、液化氣無法滿足經(jīng)濟(jì)生活增長需求的情況下，戊烷燃料將是一些地區(qū)未來較長一段時(shí)間內(nèi)的理想燃料。100第二章 工藝流程設(shè)計(jì)工藝流程設(shè)計(jì)是工藝設(shè)計(jì)的核心，在整個(gè)設(shè)計(jì)中，設(shè)備選型、工藝計(jì)算、設(shè)備布置等工作都與工藝流程有直接關(guān)系。 工藝流程設(shè)計(jì) 工藝方案 表11 原料組成表序號(hào)原料組分組成，m%1丙烷2異丁烷3正丁烷4異戊烷5正戊烷6異己烷7正己烷合計(jì) （一）由產(chǎn)品要求將原料分為四組：A丙烷，異丁烷，正丁烷 B 異戊烷C 正戊烷，異己烷 D 正己烷根據(jù)以下原則，來選擇最佳方案： 　　。 　　 。(二)生產(chǎn)方案的確定圖21 方案流程圖優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)料中含量多的組分提前分離，減少了后續(xù)塔的流率及再沸器的熱負(fù)荷，節(jié)約能耗和設(shè)備費(fèi)用，同時(shí)分離很高回收率的組分的塔放在了塔序的最后，這時(shí)非關(guān)鍵組分減少了，使得塔徑減小，進(jìn)而減少了設(shè)備費(fèi)用。第二個(gè)塔餾出液與塔釜液的摩爾數(shù)相差很大，塔頂?shù)酿s出物很多，需要的塔徑相應(yīng)增加，同樣使得設(shè)備費(fèi)用增加。各組分原始數(shù)據(jù)表如下：表31 原料各組分性質(zhì)及原料數(shù)據(jù)匯總編號(hào)組分M摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%1丙烷2異丁烷3正丁烷4異戊烷5正戊烷6異己烷7正己烷合計(jì)10017083100先假設(shè)回收率，看回收率是否合格。T201取輕關(guān)鍵組分為異己烷，重關(guān)鍵組分為正己烷，回收率均為99%，設(shè)進(jìn)料為100kmol/h。T301取輕關(guān)鍵組分為異戊烷，重關(guān)鍵組分為正戊烷，回收率為99%，設(shè)進(jìn)料為100 kmol/h，則可估算物料平衡如下表：表34 T301估算物料平衡表組分進(jìn)料，kmol/h塔頂，kmol/h塔釜，kmol/h正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)異己烷的純度：﹥98%，所以合格。表36 T101回流罐各組分基本數(shù)據(jù)組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷Pi，atm,atm所以，=﹥1atm，所以采用加壓操作。則塔頂壓力=+=+=.，采用板式塔，設(shè)Np=26塊，設(shè)單塊塔板壓降為P=,Pw=+NpP=+26=.△==。由《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)》[7]查得，其中塔頂與回流罐中的近似相同。(2)求塔底溫度TW由前面計(jì)算可知，Pw=，用泡點(diǎn)方程進(jìn)行驗(yàn)證。(三) 驗(yàn)證T101清晰分割是否成立以重關(guān)鍵組分異戊烷為基準(zhǔn)，則有= /表39 T101各組分相對揮發(fā)度表溫度組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷53℃122℃由表39可知，輕關(guān)鍵組分正丁烷的=。 確定最小回流比由Underwood[3]公式： (32) (33)取飽和液相進(jìn)料q=1，由式（32）來試算θ的值，示例列于表311：表310 T101確定θ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表組分進(jìn)料組成，mol%θ=丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)由表311得到，當(dāng)θ=，將θ=（33），計(jì)算得=。 全塔效率及確定實(shí)際塔板數(shù)(一) 全塔效率平均溫度T==(53+122)/2=℃查《石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊》得到各組分粘度[4]如下表：表312 T201各組分粘度表組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷u,cPxif則：μ=Σμixi=正戊烷=，則全塔效率==(二) 實(shí)際塔板數(shù)的確定=/=，即28塊假設(shè)塔板數(shù)為N=26塊塔板，所以在誤差范圍內(nèi)，假設(shè)合理。所以，=12，=16，進(jìn)料位置在第17塊板。利用泡點(diǎn)方程試差法=，求。表313 T101進(jìn)料溫度基本數(shù)據(jù)組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)，%,atm (80℃)所以，進(jìn)料溫度=80℃。表315 T201回流罐各組分基本數(shù)據(jù)組分丁烷異戊烷戊烷異己烷己烷合計(jì),atm（40℃）所以，=，線壓力取==+=+=采用板式塔，設(shè)為Np=85塊塔板設(shè)單塊塔板壓降為=4mmHg=，則=+Np=+85=。表316 T201塔頂溫度基本數(shù)據(jù)組分丁烷異戊烷戊烷異己烷己烷合計(jì),atm（50℃）,atm（45℃）所以，=45℃。表317 T201塔底溫度基本數(shù)據(jù)組分異己烷正己烷,atm（87℃）,atm（89℃）所以，=89℃。 確定最適宜的回流比由公式(32)、(33)計(jì)算，取飽和液相進(jìn)料，進(jìn)行θ試差，得到下表：表319 T201確定θ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表組分進(jìn)料組成XiF，mol%θ=正丁烷異戊烷續(xù)表組分進(jìn)料組成XiF，mol%θ=異己烷正己烷合計(jì)所以，θ=，代入式(33)，計(jì)算得=。 全塔效率及確定實(shí)際塔板數(shù)(一) 全塔效率平均溫度T==67℃表321 T201各組分粘度表組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷,cP則：μ=Σμixi= 正戊烷=，則全塔效率==(二) 實(shí)際塔板數(shù)的確定=/=，即87塊假設(shè)塔板數(shù)為N=85塊塔板，所以在誤差范圍內(nèi)，假設(shè)合理。進(jìn)料在第49塊板。利用泡點(diǎn)方程試差法=表322 T201進(jìn)料溫度基本數(shù)據(jù)表組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷=1（40℃）atm（60℃）atm 塔T301物料衡算 清晰分割物料衡算表323 T301清晰分割物料衡算表組分正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)進(jìn)料質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%100塔頂餾出液質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%100塔釜餾出液質(zhì)量流量kg/h質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%100摩爾流量kmol/h摩爾分?jǐn)?shù)mol%100 確定塔的操作壓力及溫度(一) 確定塔操作壓力取=40℃，塔頂采用冷凝器，查得40℃下，塔頂各組分的飽和蒸汽壓，由=/以及泡點(diǎn)方程=1得=。(二) 塔頂塔釜溫度的確定(1)塔頂溫度由前可知，=，由露點(diǎn)方程=1試差，即。(2)塔釜溫度的確定由前面計(jì)算知，= atm,用泡點(diǎn)方程=1，即=進(jìn)行驗(yàn)證，得到表326。 驗(yàn)證T301清晰分割是否成立以重關(guān)鍵組分正戊烷為基準(zhǔn)，則有= /。 確定最小回流比由公式(32)、(33)計(jì)算，取飽和液相進(jìn)料，進(jìn)行θ試差，得到下表：表328 T301確定θ基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表組分進(jìn)料組成xiF，mol%θ=正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷合計(jì)100所以，θ=。表329 T301求適宜的R及N計(jì)算數(shù)據(jù)表R/RmRXYNN（R+1）以R/Rm為x軸，N（R+1）為y軸作圖可得：圖33 T301最小回流比示意圖由圖33得到，當(dāng)R/Rm=，R=，=。由 得到=，=，圓整后得到=37塊，=48塊。 進(jìn)料溫度及壓力的確定由前面計(jì)算知道，=，利用泡點(diǎn)方程試差法=，求。表332 各塔操作條件匯總表操作參數(shù)T101T201T301T，℃回流404040塔頂534543進(jìn)料8050塔釜1228961P，atm回流塔頂進(jìn)料塔釜R續(xù)表操作參數(shù)T101T201T301N實(shí)際塔板數(shù) 288785精餾段塔板數(shù) 124837提餾段塔板數(shù) 163948第四章 能量衡算 T101能量衡算 焓值計(jì)算表41 T101各組分焓值組分丙烷異丁烷正丁烷異戊烷正戊烷異己烷正己烷混合焓值回流40℃質(zhì)量分?jǐn)?shù)m%HLD（k