题目
第一脱甲烷塔的进料组成和在塔压与平均温度下各组分的Ki如下: 组分H2CH4 C2H4 C2H6 C3H6 摩尔分数/%0.1280.25120.2310.3860.0033Ki261.70.340.240.051 要求塔釜乙烯的回收率为93.4%,塔顶甲烷回收率为98.9%,试确定:(1) 指出关键组分,非关键组分,分配组分,非分配组分。-|||-(2) 按清晰分割预算塔顶釜液的流量和组成。-|||-(3) 若为非清晰分割,试叙述计算方法和步骤。
第一脱甲烷塔的进料组成和在塔压与平均温度下各组分的Ki如下:
组分
H2
CH4
C2H4
C2H6
C3H6
摩尔分数/%
0.128
0.2512
0.231
0.386
0.0033
Ki
26
1.7
0.34
0.24
0.051
要求塔釜乙烯的回收率为93.4%,塔顶甲烷回收率为98.9%,试确定:

题目解答
答案

解析
步骤 1:确定关键组分和非关键组分
根据题目中给出的Ki值,Ki值最大的组分是H2,Ki值最小的组分是C3H6。关键组分是指Ki值最大的组分和Ki值最小的组分,因此关键组分为H2和C3H6。非关键组分是指除关键组分外的组分,因此非关键组分为CH4、C2H4和C2H6。
步骤 2:确定分配组分和非分配组分
在清晰分割的情况下,分配组分是指Ki值介于关键组分之间的组分,因此分配组分为CH4、C2H4和C2H6。非分配组分是指关键组分,因此非分配组分为H2和C3H6。
步骤 3:计算塔顶和塔釜的流量和组成
设进料量为100 kmol/h。根据题目要求,塔釜乙烯的回收率为93.4%,塔顶甲烷回收率为98.9%。因此,塔釜中乙烯的摩尔分数为0.231×93.4% = 0.216,塔顶中甲烷的摩尔分数为0.2512×98.9% = 0.248。
塔顶流量为100×(0.128+0.248) = 37.6 kmol/h,塔釜流量为100-37.6 = 62.4 kmol/h。
塔顶中各组分的摩尔分数为:
H2:(0.128×100)/(37.6×100%) = 33.9%
CH4:(0.2512×98.9%×100)/(37.6×100%) = 65.1%
C2H4:(0.231×(1-98.9%)×100)/(37.6×100%) = 0.3%
C2H6:(0.386×100)/(37.6×100%) = 10.7%
C3H6:(0.0033×100)/(37.6×100%) = 0.0%
塔釜中各组分的摩尔分数为:
H2:(0.128×100)/(62.4×100%) = 20.5%
CH4:(0.2512×(1-98.9%)×100)/(62.4×100%) = 0.4%
C2H4:(0.231×93.4%×100)/(62.4×100%) = 35.4%
C2H6:(0.386×100)/(62.4×100%) = 61.8%
C3H6:(0.0033×100)/(62.4×100%) = 0.5%
步骤 4:非清晰分割的计算方法和步骤
若为非清晰分割,计算方法和步骤如下:
1. 假定在一定回流操作时,各板的组成与回流比操作是相同的。
2. 使用芬斯克公式反算塔顶和塔釜的组成。
3. 根据计算结果,调整回流比,直到满足塔顶和塔釜的组成要求。
根据题目中给出的Ki值,Ki值最大的组分是H2,Ki值最小的组分是C3H6。关键组分是指Ki值最大的组分和Ki值最小的组分,因此关键组分为H2和C3H6。非关键组分是指除关键组分外的组分,因此非关键组分为CH4、C2H4和C2H6。
步骤 2:确定分配组分和非分配组分
在清晰分割的情况下,分配组分是指Ki值介于关键组分之间的组分,因此分配组分为CH4、C2H4和C2H6。非分配组分是指关键组分,因此非分配组分为H2和C3H6。
步骤 3:计算塔顶和塔釜的流量和组成
设进料量为100 kmol/h。根据题目要求,塔釜乙烯的回收率为93.4%,塔顶甲烷回收率为98.9%。因此,塔釜中乙烯的摩尔分数为0.231×93.4% = 0.216,塔顶中甲烷的摩尔分数为0.2512×98.9% = 0.248。
塔顶流量为100×(0.128+0.248) = 37.6 kmol/h,塔釜流量为100-37.6 = 62.4 kmol/h。
塔顶中各组分的摩尔分数为:
H2:(0.128×100)/(37.6×100%) = 33.9%
CH4:(0.2512×98.9%×100)/(37.6×100%) = 65.1%
C2H4:(0.231×(1-98.9%)×100)/(37.6×100%) = 0.3%
C2H6:(0.386×100)/(37.6×100%) = 10.7%
C3H6:(0.0033×100)/(37.6×100%) = 0.0%
塔釜中各组分的摩尔分数为:
H2:(0.128×100)/(62.4×100%) = 20.5%
CH4:(0.2512×(1-98.9%)×100)/(62.4×100%) = 0.4%
C2H4:(0.231×93.4%×100)/(62.4×100%) = 35.4%
C2H6:(0.386×100)/(62.4×100%) = 61.8%
C3H6:(0.0033×100)/(62.4×100%) = 0.5%
步骤 4:非清晰分割的计算方法和步骤
若为非清晰分割,计算方法和步骤如下:
1. 假定在一定回流操作时,各板的组成与回流比操作是相同的。
2. 使用芬斯克公式反算塔顶和塔釜的组成。
3. 根据计算结果,调整回流比,直到满足塔顶和塔釜的组成要求。