天津大学姜忠义_化工分离工程教案

《化工分离工程》课程教学大纲英文名称：Chemical Separation Engineering课程类型：学科基础课课程要求：任选学时/学分：32/2适用专业：高分子材料与工程一、课程性质与任务化工分离工程是研究过程工业中物质分离和纯化的工程技术学科。

本课程讲授传质与分离工程的原理和应用，利用前期课程中介绍的有关相平衡、热力学、传热、传质等理论来研究化工生产实际中一些主要的传质单元操作，从分离过程的共性出发，讨论各种分离方法的特征，强调将工程与工艺相结合的观点，理论联系实际，以提高解决实际问题的能力以及设计和分析计算能力。

通过本课程的学习，学生应掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点，简捷和严格的计算方法和强化改进操作的途径，对一些新分离技术有一定的了解。

二、课程与其他课程的联系本课程是高等学校化学工程与工艺专业的一门主干课程，是学生在具备了物理化学、化工原理等技术基础知识后的一门学科基础课。

课程内容的基础概念和基本定律在化工原理课程中已经学过，是化工原理课程的延伸，主要讲授传质与分离工程的原理及在多组分物系中的应用，为后续的化工工艺设计课程、化工过程开发课程及毕业设计等环节奠定理论基础。

三、课程教学目标本课程着重基本概念的理解，为分离过程的选择、特性分析和计算奠定基础。

从分离过程的共性出发，讨论各种分离方法的特征。

强调将工程与工艺相结合的观点，以及设计与分析能力的训练；强调理论联系实际，以提高解决工程实际问题的能力。

1.了解分离操作在化工生产中的重要性，掌握传质分离过程的分类和特征；2.掌握相平衡及相平衡常数的计算方法，掌握多组分物系的泡点和露点计算；3.理解多组分精馏过程的原理、流程，掌握简捷法计算精馏过程；4.了解特殊精馏原理及流程，熟悉萃取精馏、共沸精馏的简单计算；5.了解多组分吸收和解吸过程原理及流程，掌握平均吸收因子法、有效吸收因子法计算多组分吸收过程；熟悉解吸方法；通过课程学习，要求学生能掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点，简捷和严格计算方法及强化改进操作的途径，掌握较为前沿的新分离技术。

化工分离工程课件 (一)化工分离工程是化工工程的重要组成部分，也是重要的基础课程之一。

化工分离工程的主要内容是研究并掌握化学品的分离方法，即从混合物中分离出所需的成分。

化工分离工程涉及的知识十分广泛，包括物理、化学、数学等课程的知识，因此对学生的综合素质提出了很高的要求。

为了更好地掌握化工分离工程的理论和实践知识，教师制作化工分离工程课件已成为常规教学手段。

化工分离工程课件主要包括分离原理、分离设备、分离过程控制等内容。

其目的是使学生通过课件学习化工分离工程的基础理论和技术方法，了解常用的分离设备和其特点，掌握实际分离过程的操作方法和过程控制技术。

化工分离工程课件的制作需要考虑多个方面的要素。

其一，内容要准确、详尽且可靠，要及时更新，以求紧跟行业最新技术和应用前沿。

其二，结构要清晰明了，条理分明，达到便于理解和记忆的效果。

其三，其所包含的教学多媒体要鲜明生动，使学生能够在视觉、听觉等各方面受到充分的训练。

最后，还需要配合教学实践，对课件进行修正和完善，使之发挥出最佳效益。

通过翻阅相关的化工分离工程课件，我们可以看到课件所提供的内容非常丰富，从分离原理、分离设备到分离过程控制等内容均有详细介绍。

同时，课件也配有具体的实例和案例，通过生动形象的图像、动画等多媒体呈现方式，使学生能够更加直观地理解和掌握化工分离工程的基础理论和技术方法。

化工分离工程课件为学生提供了一个在线学习化工分离工程的平台，让学生便捷地获取化工分离知识，能够更加充分地了解化工分离工程的原理和实践技术。

通过轻松自主的学习方式，学生可以在校园内外任意时间选择学习，提高了学生的学习效率和兴趣。

同时，化工分离工程课件的制作也为授课教师节约了大量的教学时间，使教学效果得到了很大的提高。

综上所述，化工分离工程课件的制作和运用对教学具有十分重要的价值。

它使学生更加清晰地了解化工分离工程的核心理论和要领，提高学生的学习兴趣和课堂体验。

同时，也为教师的教学提供了有效的手段和课件素材，提高教学效果，优化教学内容。

@@@@大学《化工分离工程》教案~ 学年第学期课程学时65学院化学工程课程名称化工分离工程专业化工工艺主讲教师课时安排：5学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第一章绪论教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解分离工程在工业生产中的重要性，分离过程的分类以及常用的化工分离操作过程。

了解工业上常用的分离单元操作的基本原理，了解一些典型应用实例。

理解分离操作理论的形成和特性，分离过程的开发方法和发展趋势。

掌握分离因子的定义和应用，了解传质分离过程的分类和特征。

识记分离剂的类型及分离过程的选择方法。

教学目的要求：识记：分离剂的类型，分离因子概念，分离过程的选择方法。

领会：分离过程的特征与分类。

应用：分离过程的研究内容与研究方法。

本章重点：掌握分离过程的特征与分类，分离因子与固有分离因子的区别，平衡分离和速率分离的原理。

本章难点：用分离因子判断分离过程的难易程度，分离因子与级效率之间的关系。

教学内容（注明：* 重点# 难点？疑点）：分离操作在化工生产中的重要性；传质分离过程的分类和特征；本课程的任务和内容。

第一节分离操作在化工生产中的重要性第二节传质分离过程的分类和特征1．2．1平衡分离过程1．2．2速率分离过程第三节本课程的任务和内容教学方式、手段、媒介：以多媒体为主黑板设计：左边幻灯，右边板书讨论、思考题、作业：课时安排：15学时教学课型：理论课√实验课□习题课□实践课□其它□题目（教学章、节或主题）：第二章多组分分离基础教学目的要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：教学目的要求：1. 掌握相平衡各种关系式及计算；2. 掌握多组分物系的泡点和露点温度和压力的计算；3. 掌握等温闪蒸和部分冷凝过程的计算。

本章主要讨论：设计变量；相平衡关系；泡点和露点的计算；闪蒸过程计算。

本章重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子；泡点方程和露点方程法；等温闪蒸过程和部分冷凝过程；闪蒸方程。

一、教学目的：通过本课程教学，使学生典型分离技术的基本内容，掌握多组分精馏和吸收、吸附、膜分离等单元操作的原理和有关计算；能进行典型化工单元操作的工艺计算。

二、时间安排：60学时1、绪论2学时2、精馏12学时3、特殊精馏8学时3、吸收12学时4、吸附14学时5、膜分离技术10学时6、复习2学时7、合计60学时三、重点与难点1、重点：精馏、吸收2、难点：吸附、膜分离四、授课1．2节（一）引入：《化工原理》课中，我们学习了双组分物料分离的单元操作。

但是自然界存在的绝大多数物质，多数是以多种成分的混合物形式存在，当我们需要其中的某一组分物质时，往往需要对多组分混合物重新进行混合和分离，如选矿、冶炼、食盐的制取、石油的分馏等，所以，在工程上，多组分分离更具有实际意义，为此，特开设分离工程课程以满足工程需要。

（二）授课：第一章绪论第一节概况一、分离工程的作用、意义和分类：1、概括化工生产过程：1）原料的预处理（粉碎、加热、分离）；2）经预处理的原料通过化学反应而生成产物（包括中间品、产品）；3）产物的分离和提纯。

4）物料的输送5）化工过程可概括为：化学反应、分离、加热（冷）等预处理、输送------产生学科：反应工程、分离工程、传热、流体（粉体）的输送。

2、关于分离过程1）物质(组分)的混合为自发的自然过程，并拌有熵增大，也是所谓的无序程度的增加。

相反，将混合物分离则不是自发过程，需要消耗一定能量。

2）如果被分离的混合物存在两个或多个互不溶的相，一般先利用机械方法分离各相，如利用重力场、离心力常或电场等予以分离。

随后对每相采用适当的分离技术分离之。

3）对于均相混合物（气相、液相或固相），通常是产生或加入一个与其不互溶的另一相物质，而实现混合物的分离的。

此不互溶的物质可以利用能量分离剂)(MSA加入。

(ESA产生，或作为质量分离剂) 4）能量分离剂包括热、压力、电、磁、离心运动、辐射等；质量分离剂指过滤介质、吸收剂、表面活性剂、吸附剂、离子交换树脂、膜材料等。

理论课和理论（含实践）课教学内容1 结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况，说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标我省为全国化工第一大省，近期发展目标是成为化工强省。

但我省化工行业技术力量远落后于全国平均水平，为我省化工企业提供急需实用型技术人才是我校化学工程与工艺专业教学的主要任务。

本课程重视理论和实践，注重技能性和实用性，强调学生能力的培养和素质的提高。

通过本课程学习，学生可掌握各种常用分离过程的基本原理，操作特点，简捷和严格计算方法，强化改进操作的途径，了解一些新分离技术，提高学生理论联系实际，解决问题的能力，对同学今后胜任化工方面的生产、研究工作，以及继续深造都是非常重要的。

因此，分离工程是化学工程及化学工艺专业和化学制药专业的主干课程之一。

2 知识模块顺序及对应的学时第一章绪论(2学时)：本课程的内容和任务；分离过程在化工生产中的重要性；分离过程的分类和特点；分离方法的选择；分离过程的集成化第二章单级平衡过程（8学时）：相平衡；多元物系的泡点和露点计算；闪蒸过程的计算第三章多组分分离过程分析与简捷计算（16学时）：设计变量；多组分精馏过程；萃取精馏和共沸精馏；吸收和蒸出过程；萃取过程第四章多组分多级分离过程的严格计算（8学时）：平衡级的理论模型；三对角矩阵法；逐级计算法第五章分离设备的处理能力和效率（5学时）：气液传质设备的处理能力和效率；萃取设备的处理能力和效率；传质设备的选择；第六章分离过程的节能（6学时）：分离过程的最小功和热力学效率；精馏过程的节能技术；分离顺序的选择第七章其它分离技术和分离过程的选择（5学时）：膜分离技术；吸附分离技术；反应精馏；分离过程的选择实践（验）课教学内容（一）课程设计的思想、效果以及课程目标1、实践性教学的设计思想化学工程与工艺专业的培养目标及就业方向决定了该专业的毕业生应善于将所学理论知识与化工生产实际相结合，应具有较强的解决化工生产实际问题的能力。

天津大学化工分离工程完整教案第一章绪论一、学习目的与要求通过本章的学习，能对传质分离过程有一个总体了解。

二、考核知识点与考核目标（一）、化工分离操作在化工生产中的重要性（一般）识记：化工分离操作在化工生产中的重要性分析。

（二）、分离过程的分类和特征（次重点）识记：分离过程的分类和特征，传质分离过程的分类和特征。

§1.1 本课程的内容和任务§1.1.1课程内容、性质与特点该课程是化学工程专业所开设的一门专业基础课之一。

分离过程是将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作，它是一门与实际生产联系极其紧密的课程，是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等技术知识后的一门必修课，它利用这些课程中有关相平衡热力学、动力学机理、传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系的分离和提纯技术。

由理想理想气体实际气体理想溶液实际溶液由简单复杂二元精馏多元精馏单组分吸收多组分吸收§课程设置的目标开设本课程，为了使学生掌握各种常用的分离过程的基本理论、操作特点、简捷和严格计算方法和强化改进操作的途径。

对一些新分离技术有一定的了解。

1、注重基本概念的理解，为分离工程的选择、特性分析和计算奠定基础；2、分离过程的共性出发，讨论各种分离过程的特征；3、强调工程和工艺相结合的观点，注意设计和分析能力的训练，强调理论联系实际，提高解决问题的能力。

§1.1.3与本专业其他课程的关系与该专业课相关的基础课《物理化学》、《传递过程原理》、《化工原理》、《化工热力学》等与本课程有着相当密切的关系，是本课程的技术基础课，同时本课程又是《化工工艺设计与化工过程开发》的基础，它与《化工反应工程》紧密相连，只有这些课学好了才能学好这门课,做好毕业设计。

§学习方法及要求1. 理解重要公式的推导过程及推导假设，掌握公式及公式的使用范围；2. 掌握各种分离过程的基本原理、理论、操作特点，简捷法（FUG）和严格计算法及强化改进操作的途径，对设备的特殊要求；3. 该课程应用性、技能性较强，须认真地做习题，加深对所学内容的理解；4. 会用计算中常用到的手册和图表提高使用图表的能力。

分离化工课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握分离化工的基本原理、方法和应用，培养学生分析和解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：–掌握分离化工的基本概念、原理和分类。

–了解常见的分离技术及其应用领域。

–理解分离过程中的影响因素和优化方法。

2.技能目标：–能够运用所学知识分析和解决分离化工问题。

–能够运用实验方法和仪器进行分离实验。

–能够运用计算机软件进行分离过程的设计和优化。

3.情感态度价值观目标：–培养学生的创新意识和团队合作精神。

–培养学生对化工行业的兴趣和责任感。

–培养学生的安全意识和环境保护意识。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括分离化工的基本原理、常见分离技术及其应用。

具体安排如下：1.分离化工的基本原理：–分离化工的概念和分类。

–分离过程中的质量守恒和能量守恒。

–分离过程中的影响因素和优化方法。

2.常见分离技术：–过滤、离心、膜分离、吸附等物理分离技术。

–蒸馏、萃取、吸收等化学分离技术。

–气体净化、液体净化、固体净化等应用案例。

3.实践操作：–实验操作：进行分离实验，熟悉实验方法和仪器使用。

–设计练习：运用计算机软件进行分离过程的设计和优化。

三、教学方法本课程的教学方法包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法。

具体运用如下：1.讲授法：通过教师的讲解，使学生掌握分离化工的基本原理和知识。

2.讨论法：通过小组讨论，培养学生的思考和分析能力。

3.案例分析法：通过分析实际案例，使学生了解分离技术的应用和解决实际问题的方法。

4.实验法：通过实验操作，培养学生的实践能力和实验技能。

四、教学资源本课程的教学资源包括教材、参考书、多媒体资料和实验设备。

具体选择如下：1.教材：选用权威、实用的分离化工教材作为主要教学资源。

2.参考书：提供相关的分离化工参考书籍，丰富学生的知识体系。

3.多媒体资料：制作教学PPT、视频等多媒体资料，增强课堂教学的趣味性和生动性。

4.实验设备：配置适当的实验设备，为学生提供实践操作的机会。

天津大学化工别离工程教案第7章习题和解答7.1.1最小别离功别离的最小功表示了别离过程耗能的最低限.最小别离功的大小标志着物质别离的难易程度,实际别离过程能耗应尽量接近最小功.图7-1连续稔定别离系统由热力学第一定律:£9做出立十承in out和热力学第二定律〔对于等温可逆过程〕：.=?［处限-»卉］out fn得到等温下稳定流动的别离过程所需最小功的表达式：(7-3 ) 或表示为自由能的形式:[例 7-2] [例 7-3]或表示为逸度的形式:-配7 =依乏几立% In AJ-2 W(2> J In 几・)]一、别离理想气体混合物对于理想气体混合物:一 心?=在4 Z必,此必必,口 一 2%〔Z 必,/111% J 〕】对于由混合物别离成纯组分的情况:在等摩尔进料下,无因次最小功的最大值是0.6931 .对于别离产品不是纯组分的情况：过程的最小别离功等于原料别离成纯组分的最小别离功减去产品别离成纯组分 所需的别离功.[例 7-1]二、别离低压下的液体混合物-吗弧L 灯｛JXW风力网-上〕］一［ X 石J 风力,产J 〕］〕out 2in i〔 7-10 〕对于二元液体混合物别离成纯组分液体产品的情况：-忆二一皮阿【“山〔7"％〕+〔 7-11 〕可见,除温度以外,最小功仅决定于进料组成和性质,活度系数大于1的混合物比活度系数小于1的混合物需 较小的别离功.当进料中两组分不互溶时,一 /始07=0 ♦〔7-8〕—=2 % G .5(7-4 )(7-7 )_取.T廿二一［^ 1n 几 F+力(7-9 )7-1. 2非等温别离和有效能当别离过程的产品温度和进料温度不同时,不能用自由能增量计算最小功,而应根据有效能来计算.有效能定义：B=H-T°S ⑴为环境温度)有效能是温度、压力和组成的函数.稳态下的有效能平衡方程：Z %取- Z 叼%•+型冲生=(1 -一所.现正(7-18 )等当功：系统的净功(总功):_阴争=唯一好5=工改配8七_ Z 盯% +/ZS 产生别离+7Jj/S 产生(7-20 )过程可逆时,可得最小别离功:该式说明,稳态过程最小别离功等于物流的有效能增量.71.3热力学效率和净功消耗别离过程的热力学效率：系统有效能的改变与过程所消耗的净功之比.不二^^别离/卜0净〕〔7-22〕普通精饰操作〔图7-2〕过程所消耗的净功:out一%与=独介禽—(7-21a )图7-2普通精慵塔〔7-23〕实际别离过程,热力学效率必定小于1.试求20 -C、101. 3kPa条件下,将Ikmol含苯44% 〔摩尔〕的苯一甲苯溶液别离成纯组分产品所需的最小别离功.解：苯一甲苯溶液可视为理想溶液,,在等温、等压下将Ikmol含苯44%的苯一甲基溶液别离成纯组分所需的最小别离功为：-Wminj & 314)073+40)(l)[0.443n(0.44)+0.561n 3 56)] = 1.671 xlO^kJIh[例7-1]环境温度为294. 4K ,压力lOl.SkPa ,在该环境条件下将流率为600 kmol/h的丙烯-丙烷的混合气体, 连续别离成相同温度、压力下的产品.混合气体中含丙烯0.60 〔摩尔分数〕0别离要求为：①产品为纯丙烯和纯丙烷；②含丙烯99%〔摩尔〕和含丙烷95% 〔摩尔〕的两个物流.确定所需最小功.解：这两个组分在分子结构上相似,且压力为常压,故进料和产品均可看作理想气体.①此物系可以认为是理想气体的混合物,由式〔7-9 〕得,-Wninj =电314〕〔224〕〔60010.601ng60〕+0.401n〔0.40〕］ = 9.88x106/11②首先通过物料衡算计算出别离所得两个产品的流率为：含丙烯99%〔摩尔〕的产品流率351.0 kmol/h ；含丙烷95% 〔摩尔〕的产品流率249.0 kmol/h.由式〔7-8 〕得,=〔8314〕〔294.4〕〔〔35 l〕［0.991n〔0.99〕+ O.Olln〔0.01〕］+〔249〕［0.051n〔0.05〕4-0.951n〔0.95〕］- 〔600〕［0,60 In〔0.60〕 + 0.40 In 〔O.4Q〕〕 = 8.19xlO8J/h可见,别离成非纯产品时所需最小功小于别离成纯产品时所需最小功.在环境温度为294.4K ,压力为lOl.SkPa的条件下别离流率为24898kmol/h的甲醇-水混合液体.原料中含甲醇58.07 % 〔摩尔〕所得产品为：含甲醇99.05% 〔摩尔〕的富甲醇产品和含甲稗1.01% 〔摩尔〕的废水.确定过程需要的最小功.解：根据Van Laar方程计算液相活度系数,, 0.25 , 0.20［og ---------- 7- log % = -------- ；—口+ 1.25上『口 + 0.8上『% . 4式中M代表甲醇,W代表水.计算所得活度系数如下：组分原料活度系数g 富甲醇产品废水甲醇 1.08 1.00 1.75水 1.20 1.57 1.00通过物料衡算计算出两个产品的流率为：含甲醇99. 05%〔摩尔〕的产品流率14491 kmol/h ：含甲醇1.01% 〔摩尔〕的废水流率10407 kmol/h.计算最小功时,可将式〔7-10 〕分解为一个理想溶液局部和一个由于与理想溶液的偏差而产生的过剩部分之和,最终方程为,-涉…r =尺〞£ .【£殳E In星- -£ %［＞苧h % ］〕3 i fx i+曾归嘲X%/ h外,J - 2叫2 F In尸力］) out 2 沏 2(7-12 )代入数据得,=3,8x1010 - 7.086 X109 = 3.101x1010irh可见,由于该物系与理想溶液呈正偏差,使得最小功比理想溶液的减小18.6% o7. 2.1精福塔的多股进料和侧线采出一、多股进料(a)西塔式(七)进料泡混合一塔式(O两段进料一塔式图7-3两种不同浓度进料的精储流程两段进料一塔式别离过程的操作线更接近于平衡线,各平衡级传质和传热的推动力减少,精储过程的热力学效率得以提升,减少了有效能损失.然而由于精馈段操作斜率减小,回流比减小,所需塔板数增加.图7-4 精饰塔McCabo-Thiele 图二、侧线塔以别离三组分混合物为例,假设其中某一个组分的含量很少或者对组分之间的切割要求不严格,那么采用侧线塔代替两个相邻的常规塔,可降低基建投资和操作费用.侧线出料位置：假设第一个塔是A/BC 切割塔,那么改用侧线出料时,侧线出料位置在进料板之下；假设第 一个塔为AB/C 切割塔,那么侧线出料位置在进料板之上.砍掉原第二塔.考察由 C 2馆分生产聚合级乙烯的精情系统的别离流程.原料为脱乙烷塔顶馆分,其中含乙块 0. 72%〔mol 〕,而聚合级乙烯的主要指标为：C2H4含量不低于99.95%； C2H2含量不高于5X10-6 0 为了使乙焕含量合格,必须首先对脱乙烷塔塔顶出料中乙块用催化加氢的方法脱除,加氢反响器出口物料的 组成为：乙烯塔操作压力为2.0MPa,在该操作条件下:解：〔1〕设假设采用乙烯塔侧线出料的流程〔附图1〕,用式〔7-26〕计算乙烯产品中甲烷的最小含量:0.0051(1.49-1)网 的 一 [149(07343) + 0,2606](3.94 一1)在侧线出料中还有C 2 H 6 ,其含量在0.02%-0.04%左右,乙烷和甲烷相加已到达0・1%左右,因此,用侧 线塔的方法不能满足聚合级乙烯规格的要求,必须用两个常规塔：加氢反响器出口物料先进入第二脱甲烷 塔,脱除甲烷后再进入乙烯精饰塔别离乙烯和乙烷,见附图2o例7-5附图1带侧线乙烯精饵塔例7-5附图2第二脱甲烷流程经平衡级计算,两个塔的主要计算结果和消耗的能量见附表10京fi 乙快加不 反城B ・乙烷由农反响ai 出后CH4C2H4C2H6 流率,kmol/h 组成,摩尔％14. 66 0.512097.11 744. 36 73. 4326. 06a = 3.94GM 〞〞= 1.49= 0.06%⑵假设经过工艺改良,使加氢反响器出口物料的组成为:CH 4 C 2 H 4 C 2 H 6 流率,kmol/h 3. 69 2111.6 729. 77 组成,摩尔％0.1374.2225.65在这种情况下,假设直接采用乙烯塔侧线出料,乙烯产品中CH 4最低含量能降低到:0.0013x(1.49-1)(1.49 x Q.7422 + 0.2565)x(3.94 -1)因此,用侧线塔的方案是可行的.经平衡级严格计算得到带侧线的乙烯精饰塔的计算结果见附表lo例7飞附表1乙烯精储系统常规与侧线塔方案比拟工程常规塔方案侧线塔方案第二脱甲烷塔乙烯精慵塔带侧线的乙烯精饵塔塔顶组成：CH 4 %24. 385. 65C 2 H 4 % 75. 6299. 95 94. 34 侧线组成：C 2 H 4 %99. 95CH 4 %塔釜组成：CH 4 % 0. 03 1. 00回流比43. 543. 324.31 塔顶出料流量,kmol/h 56.3 2048.6260. 44 例1线出料流量,kxol/h2048. 62冷凝器物料温度,K 237 242 239 冷剂温度,K 230 230 230 热负荷,10 6 kW 22. 307 82. 343 85. 340 功耗(1) , kW 49451825618920再沸器物料温度,K 253 266 266 冷剂温度,K 273 273 273 热负荷,10 6 kW 10. 285 68. 479 62, 250 功耗⑵,kW -864-5757-5233 总功耗,kW 1657913687kW 计；〔2〕再沸器的冷量回收,每10 6 kW 相当于84kW.由附表1所列数据可知,采用侧线出料的乙烯精馈塔代替第二脱甲烷塔和乙烯塔,节省功耗2892KW.h,占原 方案功耗的17.4%.= 0.016%注MD230K 的冷量功耗按221.7kW/10 67. 2. 2热泵精储7.3.1别离方法的选择和别离顺序数多组分混合物的别离有多个可能的别离流程方案.图7-15三元混合物简单精储塔别离(a)产品组分相对挥发度递降的顺序(b)产品组分相对挥发度递增的顺序对C个组分的物系,欲分禹成C个根本纯的产品,需要C-1个塔,可组合成的流程方案数为: 假设要用一种以上的别离方法,那么别离所需总顺序数S为:图7-5闭式热泵1 一精饰塔,2—冷凝器,S 一再沸器,4一压缩机,5一节流阀.(T ：别离方法数).选择别离方法的探试规那么: ①选择具有较大别离因子的别离过程. ②尽量防止极端的过程条件.③当别离过程需要多个别离级时,应优先选择平衡别离过程而不选择速度限制过程. ④当别离因子相同时,选择能量别离剂而不选择质量别离剂.⑤选择别离方法时首先考虑采用精储,只有在精健方案被否认后才考虑其他别离方案.表7-3影响别离因子的物质性质分子性质 受影响的别离过程举例 分子性质 分子量 精储,蒸发,气相扩散 偶极矩、极性 分子形状 吸附,结晶 分子电负荷 分子体积吸附化学活性受影响的别离过程举例 萃取、吸附 电除法、电除雾 化学吸收、反响精懦通过外加功将热量自低位传至高位的系统称为热泵系统. 精储塔的热泵主要有两种形式：(1)闭式热泵：用外界的工作介质为冷剂,液态冷剂在冷凝器中蒸发,使塔顶物料冷凝.汽化后的冷剂进 入压缩机升压,然后在压缩机出口压力下在再沸器将热量传递给塔釜物料,本身冷凝成液体,如此循环不已. 塔内物料与制冷系统的工质两者之间是封闭的系统.图7-6开式热泵7-7制冷循环的压始图1 一精情塔,2—冷凝器,3一再沸密,4一压缩机,5一节流阀.(2)开式热泵：以过程本身的物料为制冷系统的工作介质.其中一种形式是以塔釜物料为工质,在冷凝器汽化,取消再沸器,如图7-6a所示.另一种形式是以塔顶物料为工质,在再沸器冷凝,取消冷凝器,见图7-6b.7. 2.3设置中间冷凝器和中间再沸器的精健增设中间再沸器,把再沸器加热量分配到塔的下段,或者设置中间冷凝器,把冷凝器热负荷分配到塔的上段,都可以取得节省能量的效果.图7-8二级再沸、二级冷凝精馆塔14415 xl8 276^1.0432 xlO"4(fc>节省功耗的百分数=6.432= 15.6%6.697. 2.4精储系统的热集成一、多效精馈①加压一常压；②加压一减压；③常压一减压；④减压一减压. 两效精储操作所需热量与单塔精储相比,可以减少30~40% •图7f 多效精馆的根本流程简单精情塔应设有一个再沸得和一个冷凝器,如果能用物流直接传热来提供热量,那么可砍掉再 沸器和〔或〕冷凝器,实现热耦合.热耦合精用在热力学上是最理想的流程结构,即可节省设备投资,又可节省能耗.所以,这种方 式受到广泛注意和大量研究.但是,至今热耦合精馈并未在工业中获得广泛应用,这是由于在操作中 使主、副塔之间气液分配保持设计值是较困难的；别离难度越大,其对气液分配偏离的灵敏度越大, 操作越难稳定.因此,只对易别离体系推荐采用热耦精馈.嗯龙廿〉苴绰以仆〕①〕平史很1管南段分、麻勒兜分〕线区窟塔轴构图7-12按相对挥发度递降顺序别离产品的简单精储塔热耦合(a)两筒单精饵塔的热耦合(b)侧线精掠塔图7-13按相对挥发度递增顺序别离产品的简单精掠塔热耦合(a)两简单精储塔的热耦合(b)侧线精饰塔[例7-7]有邻、间、对二甲苯混合物欲别离成纯物质,试根据其分子性质选择别离方法.解：表7-S所列各种分子性质中除了分子形状外,邻、间、对二甲苯的其他性质都差异不大,因此可以预计精憎、萃取、吸收等过程都不能有效地将该混合物别离成纯化合物.但随着温度降低,各异构体变成固体后其分子形状的差异比拟显著,故建议采用冷冻结晶别离.各异构体的分子体积、偶极矩和极性也有细小的差异,如果有适当的外加物质能使这些异构体的反响活性有显著差异,或者选择对异构体有较高吸附选择性的吸附剂,那么也可以考虑采取化学反响分离或者吸附别离.7.3.2别离序列确实定常用方法：先用探试规那么产生初始流程,再用调优法加以改良.一、探试合成法到目前为止,探试规那么仅适用于简单清楚切割塔,即只有一个进料,两个出料,进料组分只出现在一个出料中的精饰塔.对于普通精饰塔组成的塔序可从以下探试规那么考虑：〔1〕按相对挥发度递减的顺序逐个从塔顶别离出各组分.〔2〕最难的别离应放在塔序的最后.〔3〕应使每个塔的惚出液与釜液的摩尔流率尽量接近.〔4〕回收率要求高的别离应放在最后.〔5〕进料中含量高的组分尽量提前分出.〔6〕有害组分应先分.〔7〕进入低温别离系统的组分尽量少.[例7-8] [例7T]二、调优合成法调优合成法是以某个初始的流程为根底,经过一系列修正而合成接近最优系统的方法.其具体步噱为：①利用已有的流程,或者根据探试规那么确定初步流程；②根据调优规那么开发当前流程所允许的结构变化；③对得到的各种结构变化进行分析,确定替代方案,选择最好的方案作为改良方案；④以改良的方案为根底,再进行分析,进一步改良,如此反夏进行直到不再改动为止.用于产生一个别离序列所有允许的结构变化的调优规那么,应当具有以下特性：①有效性：根据调优规那么所产生的所有别离序列都应当是可行的；②完备性：从任意初始流程开始,反发应用调优规那么能产生所有可能的流程；③直观合理性：根据调优规那么所产生的流程与当前进行调优的流程没有显著的区别.以下两条规那么完全满足上述三项要求：规那么1:将一个别离任务移至所在别离序列的前一个位置；规那么2：改变一个别离任务的别离方法.[例7-8]将一点类混合物送入精储装置进行别离,各组分的流率为组分丙烷异丁烷正丁烷戊烷己烷庚烷合计流率,kmol/h10101010101060要求产品的指标：丙烷懒分一含丙烷94% 〔摩尔〕；异丁烷情分一含异丁烷94% 〔摩尔〕；正丁烷馆分一含丁烷94% 〔摩尔〕；戊烷储分——含戊烷以上94% 〔摩尔〕；试比拟可行的别离方案.解:根据要求,作粗略的物料衡算:组分丙烷情分异丁烷情分正丁烷馈分kmol/h戊烷惚分C 39.80.2i- C 40.58.90.20.4n"C 40.10.38.5 1.1C 50.39.7C 610.0C 710.0合计10.49.49.031.2如附图所示,可以有五种不同的别离方案.根据沸点差及产品纯度考虑,异丁烷和正丁烷之间别离要求最高,应将其别离放在最后,故(a)、(d)、(e)三种流程可不予考虑.根据产品组成,作流程(b)和(c) 中第一塔与第二塔的物料衡算,如下表所示.与流程(c)相比,流程(b)的蚀出液与釜液之比更接近于1,因此可认为流程(b)可能是较好的方案.第一塔流率,kmol/h第二塔流率,懦出液kmol/h釜液懦出液釜液流程(b)28.831.210.318.5流程(c)10.349.718.531.2例7-8附图不同塔序的别离方案[例7-9]在以柴油为裂解原料的乙烯装置中,来自裂解炉的裂解气经废热锅炉和淬冷器急冷后降温到200 o C 左右进入深冷别离系统,裂解气组成(不计水蒸气)见附表1 °例7-9附表1裂解气组成组分摩尔,% 组分摩尔,％甲烷23.91甲基乙快+丙二烯0. 55乙烯29. 70碳四 5. 42乙烷 6.10碳五0, 82乙焕0. 46碳六一碳八 4.90丙烯11.6燃料油 2. 40丙烷0. 35其它13.79主要别离产品的规格为：①高纯度乙烯乙烯：> 99.95% (mol)；乙焕：V 5X10 W ( mol)②高纯度丙烯丙烯>99. 5% (mol)：乙烯 V 10 X10 -6 ( mol)；乙块 V 1 X10 -6 ( mol)；甲基乙快 + 丙二烯 < 5 X10 -6 (mol) •③甲烷宫气甲烷 > 95 % (mol)；乙烯<0.2% (mol)；④碳三液化气丙饰 < 15% (mol)；碳四循分 V 1 % (mol)；⑤碳四储分碳三点 < 0.5 % (wt)；碳五烧 < 0. 5 % (wt)：⑥碳五及汽油慵分碳四点<0-5 %(wt); ASTM 终沸点205 0 C;试以探试法合成可能的别离流程.解：(1)加氢方案产品规格要求乙缺等有害组分的含量极为严格,允许含量为L5X10 -6 .用精馈方法到达这么高的纯度是比拟困难或不经济的,因此应通过催化加氢使乙快转化成乙烯和乙烷.催化加氢有两种工艺,一种是裂解气全馆分加氢,称为前加氢,另一种是碳二储分加氢,称为后加氢.通过催化加氢方法,还可将甲基乙快和丙二烯转化成为丙烯和丙烷,作为液化气使用.(2)轻克分高流程确实定①由于乙烯与乙烷和丙烯与丙烷两个二元混合物中的两组分间沸点差均很小,故这两个二元系统是母难别离的混合物.同时,乙烯与丙烯的回收率要求也最高,因此根据探试规那么(2)和(4),应把乙烯与乙烷的别离和丙烯与丙烷的别离放在最后.②第一个别离塔应如何切割铺分,根据不同的探试规那么可以得出不同的结论：Q)根据探试规那么(1),应采用按沸点由低而高,逐个脱除轻组分的流程,即顺序别离流程.我国从美国鲁默斯公司引进乙烯装置都采用这种流程.缶)根据探试规那么(7),应减少进深冷系统的物料数量,因此第一个塔应是脱乙烷塔,使比碳二重的情分都不进深冷系统,我国吉林化工厂乙烯装置就采用这种前脱乙烷的流程.(C)根据探试规那么(6),应把容易聚合结焦的丁二烯首先别离掉,因此应采用前脱丙烷流程.我国上海石油化工股份公司从日本三菱公司引进的乙烯装置就采用这种流程.美国的斯通韦柏斯特公司和勃朗公司也采用过前脱丙烷流程.上述三种流程能同时存在是由于各自有不同的优缺点,这些优缺点因不同情况而异.由此可见,别离方案的取舍不仅取决于每个塔系本身能耗的上下,而且还取决于不同别离流程所引起的其他工艺局部能耗的变化.因此,别离流程确实定必须结合过程特点对全系统进行分析和计算,才能得出全面而正确的结论.。