第7章 天津大学化工分离工程教案.
天津大学姜忠义_化工分离工程教案
超临界流体具有低粘度、高密度、扩散系数大、超强 的溶解能力等特性。
4.2 超临界流体萃取
超临界流体萃取是一种以超临界流体作为萃取剂，从固体或液体中提 取出待分离的高沸点或热敏性物质的新型萃取技术。
超临界流体（SCF）是状态处在高于临界温度、压力条件下的流体， 它具有低粘度、高密度、扩散系数大、超强的溶解能力等特性。
典型的萃取流程
4.2.3 超临界流体萃取的应用
超临界流体萃取已深入应用到医药﹑食品 ﹑生物﹑化学工业等领域。
案例： 案例：超临界流体萃取的在化学工业应用实例
①烃的分离 ②有机溶剂水溶剂的脱水（醇﹑甲乙醇等） ③有机合成原料的精制（己二酸﹑己内酰胺等） ④共沸化合物的分离 ⑤反应的稀释溶剂（聚合反应﹑烷烃异构化反应） ⑥反应原料回收（从低级脂肪酸盐的水溶液中回收脂肪酸）
l N = l0 + vN +1 − v1
各式可用质量单位或摩尔单位。由于在绝热萃取塔中温度变化一般都不 大，因此一般不需要焓平衡方程，只有当原料与溶剂有较大温差或混和 热很大时才需考虑。
4.1.3 分馏萃取
通常采用塔中部进料的分馏萃取流程。
洗涤液 溶剂 脱溶剂的 SR 萃取相 溶剂 脱溶剂的 SR 产品A 溶剂 T 溶剂 S
— —
＋ ＋
— — — — — —
— — ＋ ＋ 0
— 0
案例
苯中分离链烃。苯在罗宾斯表中属于第11组，而所选的链烃—庚烷属于 第12组。由罗宾斯表可见，第8组（伯胺、氨、无取代基的氨基化合 物）与芳烃形成的物系对拉乌尔定律产生负偏差，与链烃形成的物系 产生正偏差。 尽管胺或氨基化合物在分离该混合物上很可能是有效的，没有迹象表明 是否一定分层。罗宾斯表也指出，第4组（具有活性氢原子的多环链 烃）、第7组（仲胺）和第9组（醚、氧化物、亚砜）均与链烃形成正 偏差物系，与芳烃形成理想物系。这类溶剂同样可认为是可行的溶剂。 但没有表明形成的液相数目。
化工分离工程课件 (一)
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。
天津大学《化工传质与分离过程》教学大纲
★面向21世纪课程教材★化工传质与分离过程教学大纲天津大学化工学院化工系2003年4月《化工传质与分离过程》课程教学大纲56 学时3.5 学分一、课程性质、目的和任务本课程及其前续课程《化工流体流动与传热》，是为培养面向21世纪高等化工创新人才的需要而建立的新课程体系中的主干课程。
本课程将传统的《化工原理》与《化工传递过程基础》有机地融为一体，并适当吸取《化工分离过程》的有关内容，依据传递过程的理论体系和单元操作的共性组合而成。
本课程属于化工类及其相近专业的一门主干课，为学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。
本课程担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，是化工类及其相近专业许多专业课程的重要基础课程，本课程教学水平的高低，对化工类及相近专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用。
本课程属工科科学，用自然科学的原理（主要为动量、热量与质量传递理论）考察、解释和处理化学工程中的实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。
本课程强调工程观点、定量运算和设计能力的训练；强调理论与实际相结合；强调提高分析问题、解决问题的能力和综合能力。
学生通过本课程学习，应能够运用质量传递的基本理论及各传质单元操作过程的原理，解决过程计算及设备选择等问题，并为后续专业课程的学习奠定基础。
二、教学基本要求本课程在第六学期(四年制)开设。
教材内容分为课堂讲授、学生自学和学生选读三部分，其中课堂讲授部分由教师在教学计划学时内进行课堂教学，作为基本要求内容；学生自学部分由学生在教师的指导下，利用课外时间进行自学，作为一般要求内容；学生选读部分由学生根据自己的兴趣及能力，进行课外选读，不作要求。
本课程教学计划总学时56学时（其中课堂讲授54学时，机动2学时）；学生自学12学时；课程设计1.5周。
本课程采用课后习题，每次课后留2～3个练习题，由学生独立完成，教师可根据情况布置综合练习题和安排习题讨论课。
分离工程课程设计教课书
分离工程课程设计教课书一、教学目标本课程的教学目标旨在让学生掌握分离工程的基本原理、方法和技术，培养学生解决实际工程问题的能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）理解分离工程的基本概念、分类和应用；（2）掌握常用的分离方法及其原理，如过滤、沉淀、吸附、蒸馏等；（3）了解分离过程中的影响因素，如温度、压力、物料性质等；（4）熟悉分离工程的设计计算方法和步骤。
2.技能目标：（1）能够运用所学知识分析和解决简单的分离工程问题；（2）具备初步的分离工程设计和优化能力；（3）学会使用相关软件工具进行分离工程的模拟和计算。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对分离工程的兴趣和热情，提高学习积极性；（2）培养学生团队合作精神，提高沟通与协作能力；（3）培养学生关注环保、安全意识，强化工程伦理观念。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个部分：1.分离工程概述：介绍分离工程的基本概念、分类和应用领域；2.分离方法原理：讲解过滤、沉淀、吸附、蒸馏等常用分离方法的原理和应用；3.分离过程影响因素：分析温度、压力、物料性质等对分离过程的影响；4.分离工程设计计算：学习分离工程的设计计算方法和步骤；5.分离工程案例分析：分析实际工程案例，提高学生解决实际问题的能力。
三、教学方法为了提高教学效果，本课程将采用多种教学方法相结合的方式进行教学：1.讲授法：系统地传授分离工程的基本知识和原理；2.案例分析法：分析实际工程案例，培养学生的实际问题解决能力；3.实验法：进行分离实验，让学生直观地了解分离过程；4.讨论法：分组讨论，促进学生之间的交流与合作。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，我们将准备以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的分离工程教材，为学生提供系统的学习资料；2.参考书：提供相关的分离工程参考书籍，丰富学生的知识体系；3.多媒体资料：制作精美的PPT课件，生动形象地展示分离工程的相关概念和案例；4.实验设备：准备齐全的实验设备，确保学生能够顺利进行分离实验。
天津大学化工传质与分离课程设计全解
目录第一章前言 (1)一、课题来源 (1)二、课题意义 (1)第二章工艺设计要求 (2)一、原料液组成 (2)二、分离要求 (2)三、处理能力 (2)四、设计条件 (2)五、设计计算内容 (2)第三章工艺过程设计计算 (3)一、物料衡算 (3)1.计算过程 (3)2.物料平衡表 (3)二、精馏塔设计计算 (4)1.操作条件的确定 (4)2.塔径计算 (8)3.填料层高度计算 (11)4.填料层压降计算 (13)5.液体分布器计算 (14)6.接管管径计算 (15)三、冷凝器与再沸器设计计算 (17)1.冷凝器计算与选型 (17)2.再沸器计算与选型 (18)第四章生产工艺流程简图及填料塔设计条件图 (19)第五章问题讨论 (20)一、分离方法选择 (20)二、塔类型的选择 (20)三、进料热状况的影响 (20)四、加热方式 (20)五、填料类型及规格的选择 (21)六、近似计算影响 (21)第六章课程设计理解与体会 (21)第一章前言一、课题来源本次课程设计的题目为“废丙酮溶媒回收过程填料精馏塔设计”。
废丙酮溶媒来自于抗生素类药物“盐酸四环素”的生产过程。
其生产工艺流程框图如下：药品原料经过发酵后得到四环素碱，经盐酸、丁醇溶解、洗涤后过滤、结晶得到晶体和母液废丁醇溶媒，晶体再经过丙酮溶解、洗涤后过滤、结晶得到晶体盐酸四环素和母液废丙酮溶媒。
在废丙酮溶媒中丙酮含量颇高，故可以通过精馏操作来回收丙酮以重复利用。
本次课程设计即为设计一填料精馏塔，以实现废丙酮溶媒中丙酮的回收。
二、课题意义丙酮是一种常用的有机溶剂，具有一定的挥发性，对人中枢神经系统具有麻醉作用，对人体健康及环境有一定危害。
有效回收丙酮溶剂并进行循环再利用，一方面可以减少挥发性有机物对于环境的污染，降低对周围居民和环境的危害，提高社会效益；另一方面，也可以使原料重复利用，减少溶剂消耗，降低生产成本，提高经济效益。
因此对于废丙酮溶媒中丙酮的回收利用是具有重要意义的，可谓一举多得。
化工分离工程化工分离工程73.2 第七章其他分离方法
烟煤，无烟煤和果壳是主要原料。 制备过程： 原料处理，炭化和活化等步骤组成，不同原料制备
过程略有差别。
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吸附的基本概念
滁州学院 材料与化学工程学院
活性炭纤维：
活性炭纤维(ACF)是近几十年发展起来的一种新型吸附剂。 它是以粘胶基纤维为原料，经高温碳化﹑活化后制成的纤维状 新型吸附材料。ACF具有优异的结构与性能特征，与社会上公 认的比较好的吸附材料——颗粒状活性炭（GAC）相比，ACF 具有以下显著的的特点。
1、ACF具有微孔结构，比表面积大，孔径分布狭窄而均匀，且孔呈多分散 型分布。 2、ACF具有一定量的表面官能团，对各种无机和有机气体、有机物及重金 属离子等具有较大的吸附量，且吸附﹑脱附快。 3、滤阻小 ,是GAC的 1/3； 4、对低浓度吸附质的吸附能力特别优良，。 5、ACF可制成纤维束、布、毡等各种形状。 6、ACF强度高，耐破损和撕裂，不会象GAC一样在操作中形成沟槽和沉降。
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吸附平衡和吸附速率
滁州学院 材料与化学工程学院
吸附平衡: 一定条件下，当吸附剂和流体混合物相接触时，流体中吸附
质被吸附剂吸附，经过足够长的时间，吸附质在两相中的含量达 到恒定值，称为吸附平衡，此时吸附量为平衡吸附量。吸附质在 溶液中的残余浓度为平衡浓度。
描述平衡吸附量和吸附温度和压力的关系称为吸附曲线，吸 附曲线主要有两种形式，吸附等温线和吸附等压线。
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吸附的基本概念
滁州学院 材料与化学工程学院
吸附剂种类
碳吸附剂
矿物吸附剂 其他吸附剂
活性炭 活性炭纤维
多孔性SiO2
合成聚合物
活性氧化铝 微生物菌体
天津大学 化工分离工程 理论课和理论(含实践)课教学内容
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。
《化工分离工程》课件
分离过程优化
参数优化
新技术应用
通过调整工艺参数，如温度、压力、 流量等，优化分离过程，提高分离效 率和产品质量。
关注并引入先进的分离技术，如膜分 离、超临界流体萃取等，提高分离过 程的效率和降低能耗。
设备改进
针对现有设备的不足，提出改进措施 ，如改进塔内件、优化换热器等，提 高设备的分离性能和生产能力。
分离设备选型
根据分离流程的需要，选 择适合的分离设备，如蒸 馏塔、萃取塔、过滤器等 。
工艺流程设计
根据原料和产品的性质， 设计合理的工艺流程，确 保分离过程的效率和稳定 性。
能耗和效率分析
能耗分析
分析分离过程中的能耗来源，如热能 、电能等，并提出节能措施。
效率分析
评估分离过程的效率，包括分离效率 和生产效率，并提出提高效率的措施 。
02
蒸馏可以分为简单蒸馏、平衡蒸 馏和连续蒸馏等多种方式，适用 于从石油、天然气、煤等原料中 提取轻质烃、芳烃等。
萃取
萃取是利用不同物质在两种不混溶液体中的溶解度差异，将目标物质从一种溶剂 转移到另一种溶剂中。
萃取广泛应用于化工、制药、食品等领域，如从植物中提取天然色素、从海水中 提取铀等。
吸附
天然气工业
天然气的净化与分离，如天然 气脱硫、脱水等。
食品工业
食品的加工与分离，如果汁的 浓缩与提纯、乳制品的加工与 分离等。
石油工业
石油的分离与提纯，如石油裂 化、液化气分离等。
制药工业
药物的提取与分离，如中药的 提取、化学药物的合成与分离 等。
环保领域
废气、废水的处理与资源化利 用，如烟气脱硫脱硝、污水处 理等。
05
化工分离工程的实际应用案例
石油工业中的分离技术
《化工分离工程》教案
@@＠＠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
③反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量少；
④反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体.
缺点:解吸困难，解吸能耗。
若反应为不可逆,反应剂不能循环使用，用途大受限制.
化学吸收（Chemical absorption)
溶质与吸收剂之间的化学反应对吸收过程具有显著影响。
主要特点:吸收过程中溶质进入液相后在扩散路径上不断被化学反应所消耗。
双膜理论
由W.K.Lewis 和W。
G。
Whitman 在上世纪二十年代提出，是最早出现的传质理论。
双膜理论基本论点
（1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄(等效厚度分别为 1 和2 ）的流体膜层。
溶质以分子扩散方式通过此两膜层。
(2) 相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。
（3) 在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内。
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。
分离化工课程设计
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。
天津大学化工分离工程教案第7章习题和解答
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.。
2《化工分离工程》授课计划
1、掌握共沸物精馏流程；
2、了解共沸精馏计算。
2
第
4
周
教学楼
9
教学内容：
萃取精馏
教学要求：
1、理解萃取精馏基本原理；
2、掌握萃取精馏溶剂的选择。
2
第
5
周
教学楼
10
教学内容：
加盐精馏
教学要求：
1、理解气液平衡盐效应及溶盐选择；
2、了解溶盐精馏和加盐精馏。
2
第
5
周
教学楼
11
教学内容：
反应精馏
教学要求：
教学要求：
1、了解头孢菌素C的生产环节；
2、理解流程中分离过程的选择。
2
第
15
周
教学楼
30
教学内容：
Aspen Plus在化工分离计算中的应用
教学要求：
1、了解Aspen Plus的主要功能和特点；
2、了解Aspen Plus基本操作。
2
第
15
周
教学楼
31
复习
2
第
16
周
教学楼
32
复习
2
第
16
周
教学楼
2、了解多组分精馏塔的简捷计算方法。
2
第
3
周
教学楼
6
教学内容：
多组分精馏的严格计算、气液传质设备效率
教学要求：
1、了解多组分精馏的简捷计算；
2、掌握气液传质设备效率。
2
第
3
周
教学楼
7
教学内容：
共沸物特性、共沸剂的选择
教学要求：
1、了解共沸物特性；
2、掌握共沸剂的选择。
分离工程课程设计
银川能源学院化工分离工程实验说明书题目：乙醇-水均相恒沸精馏实验学生姓名韩益民学号1210140051指导教师朱鋆珊院系石油化工学院专业班级化工（本）1201设计时间2015.6.15-6.19化学工程教研室制一、实验目的(1)加深对恒沸精馏过程的理解;(2)熟悉和掌握恒沸精馏操作方法;(3)了解精馏实验装置的构造和控制方法.二、实验原理恒沸精馏是一种特殊的分离方法,它是通过加入适当的分离媒质来改变被分离组分之间的汽液平衡关系,从而使分离由难变易主要适用于恒沸物组成且用普通精馏无法得到纯品的物系。
通常加入的分离媒介能与被分离系统中的一种或几种物质形成最低恒沸物,使夹带剂以恒沸物的形式从塔顶蒸出,而塔釜得到纯物质，这种方法就称作恒沸精馏。
在常压下,用常规精馏方法分离乙醇-水溶液,最高只能得到浓度为95.57% 的乙醇。
这是乙醇与水形成恒沸物的缘故，其恒沸点78.15℃，与乙醇沸点78.30℃十分接近，形成的是均相最低恒沸物。
而浓度95%左右的乙醇常称工业乙醇。
实验室中恒沸精馏过程的研究包括以下几个内容：1.恒沸剂的选择（1）必须至少能与原溶液中一个组分形成最低恒沸物，比原组分恒沸点低10℃以上；（2）在形成的恒沸物中，恒沸剂含量应尽可能少，具有较小的汽化潜热，节省能耗；（3）回收容易，一是非均相恒沸物，二是挥发度差异大；（4）价廉，来源广，无毒，热稳定性好，腐蚀性小。
就工业乙醇制备无水乙醇，适用的恒沸剂有苯、正己烷、环己烷、乙酸乙酯等.它们都能与水-乙醇形成多种恒沸物，而且其中的三元恒沸物在室温下又可以分为两相，一相富含恒沸剂，另一相中富含水，前者可以循环使用，后者又很容易分离出来，这样使得整个分离过程大为简化。
2.三相图三组分纯物质及共沸物沸点图，并在三角形相图中给出三组分恒沸物溶解度曲线图1 恒沸精馏三相图3.恒沸剂的加入方式恒沸剂一般可随原料一起加入精馏塔中，若恒沸剂的挥发度比较低，则应在加料板的上部加入，若恒沸剂的挥发度比较高，则应在加料板的下部加入。
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7.1.1 最小分离功分离的最小功表示了分离过程耗能的最低限。
最小分离功的大小标志着物质分离的难易程度，实际分离过程能耗应尽量接近最小功。
图 7-1 连续稳定分离系统由热力学第一定律：(7-1和热力学第二定律（对于等温可逆过程）：(7-2得到等温下稳定流动的分离过程所需最小功的表达式：（ 7-3 ）即或表示为自由能的形式：（ 7-4 ）或表示为逸度的形式：（ 7-7 ）一、分离理想气体混合物对于理想气体混合物：(7-8对于由混合物分离成纯组分的情况：（ 7-9 ）在等摩尔进料下，无因次最小功的最大值是 0.6931 。
对于分离产品不是纯组分的情况：过程的最小分离功等于原料分离成纯组分的最小分离功减去产品分离成纯组分所需的分离功。
[例7-1]二、分离低压下的液体混合物（ 7-10 ）对于二元液体混合物分离成纯组分液体产品的情况：（ 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 的混合物需较小的分离功。
当进料中两组分不互溶时，—W min,T =0 。
[例7-2][例7-3]7.1.2 非等温分离和有效能当分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：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：（ 7-18 ）等当功：（ 7-19 ）系统的净功（总功）：（ 7-20 ）过程可逆时，可得最小分离功：（ 7-21a ）该式表明，稳态过程最小分离功等于物流的有效能增量。
7.1.3 热力学效率和净功消耗分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。
(7-22普通精馏操作（图 7-2）过程所消耗的净功：图 7-2 普通精馏塔(7-23实际分离过程，热力学效率必定小于 1 。
试求20 ℃ 、 101.3kPa 条件下，将 lkmol 含苯 44% （摩尔）的苯－甲苯溶液分离成纯组分产品所需的最小分离功。
解：苯一甲苯溶液可视为理想溶液，g i =1 ，在等温、等压下将 lkmol 含苯 44% 的苯一甲苯溶液分离成纯组分所需的最小分离功为：[例7-1]环境温度为 294.4K ，压力 101.3kPa ，在该环境条件下将流率为 600 kmol/h 的丙烯 - 丙烷的混合气体，连续分离成相同温度、压力下的产品。
已知混合气体中含丙烯0.60 （摩尔分数）。
分离要求为：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，②首先通过物料衡算计算出分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，可见，分离成非纯产品时所需最小功小于分离成纯产品时所需最小功。
在环境温度为 294.4K ，压力为 101.3kPa 的条件下分离流率为 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醇 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，；式中 M 代表甲醇， W 代表水。
计算所得活度系数如下：组分活度系数 g原料 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部分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，（ 7-12 ）代入数据得，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% 。
7.2.1 精馏塔的多股进料和侧线采出一、多股进料图 7-3 两种不同浓度进料的精馏流程两段进料一塔式分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，精馏过程的热力学效率得以提高，减少了有效能损失。
然而由于精馏段操作斜率减小，回流比减小，所需塔板数增加。
图 7-4 精馏塔 McCabe-Thiele 图二、侧线塔以分离三组分混合物为例，若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，则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：若第一个塔是 A/BC 切割塔，则改用侧线出料时，侧线出料位置在进料板之下；若第一个塔为 AB/C 切割塔，则侧线出料位置在进料板之上。
砍掉原第二塔。
考察由 C 2 馏分生产聚合级乙烯的精馏系统的分离流程。
原料为脱乙烷塔顶馏分，其中含乙炔0.72％（mol），而聚合级乙烯的主要指标为： C 2 H 4 含量不低于99.95%；C 2 H 2 含量不高于5×10 -6 。
为了使乙炔含量合格，必须首先对脱乙烷塔塔顶出料中乙炔用催化加氢的方法脱除，加氢反应器出口物料的组成为：CH4C2H4C2H6流率， kmol/h 14.66 2097.11 744.36组成，摩尔 % 0.51 73.43 26.06乙烯塔操作压力为 2.0MPa，在该操作条件下:，解：(1设若采用乙烯塔侧线出料的流程（附图1），用式（7-25）计算乙烯产品中甲烷的最小含量：在侧线出料中还有 C 2 H 6 ，其含量在 0.02%-0.04%左右，乙烷和甲烷相加已达到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：加氢反应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馏塔分离乙烯和乙烷，见附图 2。
例 7-5 附图 1 带侧线乙烯精馏塔例 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 1。
(2若经过工艺改进，使加氢反应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 % 0.13 74.22 25.65在这种情况下，若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：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馏塔的计算结果见附表 1。
例 7-6附表1 乙烯精馏系统常规与侧线塔方案比较项目 常规塔方案侧线塔方案 第二脱甲烷塔 乙烯精馏塔带侧线的乙烯精馏塔 塔顶组成： CH 4 % C 2 H 4 % 24.3875.6299.95 5.65 94.34 侧线组成： C 2 H 4 %CH 4 %99.95 塔釜组成： CH 4 % 0.031.00 回流比 43.543.324.31 塔顶出料流量， kmol/h56.32048.62 60.44 侧线出料流量， kmol/h2048.62 冷凝器物料温度,K 237242 239 冷剂温度,K 230230 230 热负荷,10 6 kW 22.307 82.343 85.340功耗 (1 , kW 4945 18255 18920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 (2 , kW -864 -5757 -5233总功耗， kW 16579 13687注 :(1230K的冷量功耗按221.7kW/10 6 kW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馏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%。
7.2.2 热泵精馏7.3.1 分离方法的选择和分离顺序数多组分混合物的分离有多个可能的分离流程方案。
图 7-15 三元混合物简单精馏塔分离(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，欲分离成 C 个基本纯的产品，需要 C-1 个塔，可组合成的流程方案数为：(7-27若要用一种以上的分离方法，则分离所需总顺序数 S 为：（ T ：分离方法数）。
选择分离方法的探试规则：①选择具有较大分离因子的分离过程。
②尽量避免极端的过程条件。
③当分离过程需要多个分离级时，应优先选择平衡分离过程而不选择速度控制过程。
④当分离因子相同时，选择能量分离剂而不选择质量分离剂。
⑤选择分离方法时首先考虑采用精馏，只有在精馏方案被否定后才考虑其他分离方案。
表 7-3 影响分离因子的物质性质分子性质受影响的分离过程举例分子性质受影响的分离过程举例分子量精馏，蒸发，气相扩散偶极矩、极性萃取、吸附分子形状吸附，结晶分子电负荷电除法、电除雾分子体积吸附化学活性化学吸收、反应精馏通过外加功将热量自低位传至高位的系统称为热泵系统。
精馏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 7-5 闭式热泵1—精馏塔，2—冷凝器，3—再沸器，4—压缩机，5—节流阀。
图 7-6 开式热泵图 7-7制冷循环的压焓图1—精馏塔，2—冷凝器，3—再沸器，4—压缩机，5—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。
p 7.2.3 设置中间冷凝器和中间再沸器的精馏p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、二级冷凝精馏塔p 7.2.4精馏系统的热集成p 一、多效精馏p ①加压—常压；②加压—减压；③常压—减压；④减压—减压。
两效精馏操作所需热量与单塔精馏相比，可以减少30~40% 。
图 7-9 多效精馏的基本流程p简单精馏塔应设有一个再沸器和一个冷凝器，如果能用物流直接传热来提供热量，则可砍掉再沸器和（或）冷凝器，实现热耦合。
热耦合精馏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，至今热耦合精馏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；分离难度越大，其对气液分配偏离的灵敏度越大，操作越难稳定。