大作业题目.docx
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大作业题目
1、丙丙热泵分离
（1）进料量3600kg/h，温度60℃，压力26kg/cm2（A）
（2）进料组成：
V%
C10.455％
C20.01％
丙烯78.307％
丙烷19.894％
C41.334％
（3）产品要求
塔顶产品丙烯质量分数大于99％
塔底产品丙烷质量分数大于90%
分别计算常规、间接蒸汽压缩式热泵精馏两种流程，进行能耗和设备条件等的比较。
2、丙丙差压热耦合分离
（1）进料量3600kg/h，温度60℃，压力26kg/cm2（A）
（2）进料组成：
V%
C10.455％
C20.01％
丙烯78.307％
丙烷19.894％
C41.334％
（3）产品要求
塔顶产品丙烯质量分数大于99％
塔底产品丙烷质量分数大于90%
分别计算常规和差压热耦合精馏两种流程，进行能耗和设备条件等的比较。
3、丙丙热泵分离
（1）进料量3600kg/h，温度60℃，压力26kg/cm2（A）
（2）进料组成：
V%
C10.455％
C20.01％
丙烯78.307％
丙烷19.894％
C41.334％
（3）产品要求
塔顶产品丙烯质量分数大于99％
塔底产品丙烷质量分数大于90%
分别计算常规、塔底液体闪蒸式热泵精馏两种流程，进行能耗和设备条件等的比较。
4、丙丙热泵分离
（1）进料量3600kg/h，温度60℃，压力26kg/cm2（A）
（2）进料组成：
V%
C10.455％
C20.01％
丙烯78.307％
丙烷19.894％
C41.334％
（3）产品要求
塔顶产品丙烯质量分数大于99％
塔底产品丙烷质量分数大于90%
分别计算常规、塔顶气相压缩式热泵精馏两种流程，进行能耗和设备条件等的比较。
5、乙烯裂解
某工厂蒸汽裂解制乙烯副产1t/h碳四，里面含有45%左右的丁二烯和90%以上的烯烃。
通过对碳四组分进行抽提得到丁二烯，然后将抽余碳四中含有的大量丁烯进行裂解制丙烯副产少量的乙烯，从而得
到附加值比较高的丁二烯，乙烯，丙烯产品。
请设计合适的操作工艺，选用合适的设备，并用aspen进行模拟。
要求：
（1）连续操作。
（2）操作成本尽可能要小。
（3）阐述工艺选择的依据，给出详细的模拟计算结果，绘制主要设备的设计条件图。
6、管壳式换热器的详细设计
（1）在设计一座甲醇精馏塔时，作为节能措施之一，利用塔底的废水预热加料物流。
加料物流含甲醇76.8%，水23.2%，温度71℃，压力4.3bar，流量2500kg/hr；废水含甲醇0.05%，水99.95%，温度为132℃，压力4.4bar，流量1500kg/hr。
要求换热器中的最小出口温差等于8℃，两侧的压降均不大于0.2bar。
请参照以下步骤进行换热器的选型设计。
（1）用Heat-X模块的简捷计算+设计选项估算该换热器所需的换热面积，UMethonds采用Constantvalue选项，设定一经验值。
（2）根据化工工艺设计手册中的固定管板换热器参数表，初选换热器规格，将所选换热器的几何结构参数输入Heat-X模块，两侧的污垢热阻系数均取0.0002hr.m2.K/kcal，用详细计算+核算选择合适的换热器，并给出详细的模拟计算结果。
7、双塔双效差压精馏
（1）某工厂年生产甲醇100000吨，原料组成为甲醇70%W，水28.5%W，丙醇1.5%W；产品组成：
甲醇≥99.9%W；废水组成：
水≥99.5%W；进料温度323.15K；全塔压降0.011Mpa；所有塔板的Murphree效率0.35。
为了节约能量，上述过程采用双塔双效差压精馏工艺，常压塔的再沸器由来自加压塔顶的精甲醇蒸汽供热，兼做加压塔的塔顶冷凝器；加压塔的再沸器由8bar的饱和水蒸气供热。
加压塔的操作压强为6bar，全塔压降为0.018Mpa，塔顶采出精甲醇50000t/a。
常压塔全塔压降0.011Mpa，
请选择恰当的工艺，给出详细的模拟计算结果，绘制主要设备的设计条件图。
8、芳烃单塔分离
利用精馏塔从富含苯的物流中分离出甲苯和联苯混杂物。
苯作为塔顶产品，联苯作为塔底产品，甲苯产品气相侧线采出。
进料中苯的流量为302Kmol/hr，甲苯16Kmol/hr，联苯14Kmol/hr，进料温度380K，压力180Kpa，
要求：
塔顶苯摩尔含量99.95%，侧线采出甲苯摩尔含量95%，塔釜联苯含量95.5%
请查阅相关文献，选择恰当的热力学方法，设计合适的设备及操作条件，并用aspen进行模拟。
9、芳烃双塔分离
利用精馏塔从富含苯的物流中分离出甲苯和联苯混杂物。
进料中苯的流量为302Kmol/hr，甲苯16Kmol/hr，联苯14Kmol/hr，进料温度380K，压力180Kpa，
要求：
苯摩尔含量99.95%，甲苯摩尔含量95%，联苯含量95.5%
请查阅相关文献，选择恰当的热力学方法，设计合适的设备及操作条件，并用aspen进行模拟。
10、萘的回收
工业生产中用三个蒸馏塔能生产出纯度为97%（W）的萘。
第一个蒸馏塔蒽作为底部产物除去；第二个蒸馏塔中1,2,4-3甲基苯作为塔底产物分离除去，但在这个塔中会有少量的萘被损失掉，最后的塔则要产生高纯度的萘。
进料温度100F,压力780psi
请设计合适的工艺过程，回收符合下表要求的产品。
组分
Kg/hr
组分
Kg/hr
123-MethylBenz
376
Diphenyl
62.3
Indene
101
23-DImethylNaph
78.9
M-cresol
5.5
2-Mnaphth
55.9
24-xylnol
9.6
AcetNaph
72.1
Dodecane
13.2
Dibenzof
90.6
23-xylnol
5.1
Fluorene
110.5
Naphthalene
2266
Anthracene
213
进料温度100F,压力780psi
塔
分离要求
一塔
99.3%RecoverofNaphthaleneinoverhead
99.5%RecoverofAnthraceneinbottoms
二塔
1%lostof1,2,4MethylBenzeneinbottoms
15%（W）purityofNaphthaleneinoverhead
11、天然气脱硫
天然气中通常含有称作酸性气体的二氧化碳和硫化氢组分，这两种气体均对环境和设备产生不利影响，必须予以脱除。
工业上通常使用有机胺（本例为单乙醇胺MEA）来脱除酸性气，用吸收塔和解吸塔完成上述过程。
酸性天然气进料条件如下：
组分
CO2
H2S
甲烷
乙烷
丙烷
正丁烷
组成（摩尔分数）
1.37
1.71
88.37
6.43
1.72
0.40
流量（m3/h）
111850
温度/℃
32.2
压力/bar
17.22
工艺规定：
甜气：
100m3（标况）甜气含硫化氢为0.57g
富胺液：
每摩尔MEA中含酸性气体0.3mol
贫胺液：
MEA质量浓度15%
补充贫胺液初值：
P=1.53bar，T=21℃，组分摩尔流量MEA=0.45，H2O=4.55kmol/h
12、双塔双压精馏
工业生产中长采用双塔双压精馏分离乙醇与苯的共沸物，两塔压差较大，同时操作温度差别也较大。
低压塔塔顶共沸物进入高压塔之前需要升温升压，高压塔塔顶共沸物进入低压塔之前需要降温。
试从节省能耗的角度，设计合理的生产流程和操作条件。
已知：
进料流率为100kmol/h，进料中乙醇摩尔分数0.35，其余为苯，
要求：
乙醇产品纯度为99%，苯产品纯度为99%。
13、丙酮-甲醇分离
水作为溶剂萃取精馏分离丙酮和甲醇的二元混合物。
已知原料中丙酮的摩尔分数0.75，甲醇的摩尔分数为0.25，在常压下进行分离，进料流率为40mol/s，泡点进料。
溶剂进料流率为60mol/s，进料温度50℃。
要求：
馏出液中丙酮的摩尔分数大于95%，丙酮回收率大于99%。
根据文献资料确定合适的工艺流程和萃取塔的操作条件，绘出工艺流程，并绘图分析塔内液相浓度分布特性。
14、异丙醇-水分离
苯为共沸剂分离异丙醇-水混合物，试设计一共沸精馏过程，用于分离异丙醇-水混合物。
已知混合物进料流率100kmol/h，其中异丙醇摩尔分数0.65，温度80℃，压力1.1bar，共沸剂苯的流率为170kmol/h。
要求：
产品异丙醇质量分数为0.995；产物废水质量分数为0.999,。
从节约能耗的角度设计合适的工艺过程，选择合适的设备和操作条件。
15、甲苯-甲基环乙烷分离
用苯酚萃取精馏分离等摩尔的甲苯、甲基环乙烷混合物，混合物进料流率400kmol/h，温度50℃，压力1.5bar，苯酚进料温度50℃，压力1.5bar。
要求：
产品中甲苯和甲基环乙烷的摩尔分数大于0.95。
若萃取精馏塔和溶剂再生塔的回流比分别是5与1.4，两组分的收率大于0.975。
求：
萃取精馏塔和溶剂再生塔的理论塔板数、进料位置；两股产品的流率和组成及两塔塔釜的能耗。
16、乙醇-正丙醇-正丁醇分离
两塔串联分离乙醇-正丙醇-正丁醇混合物。
进料流率100kmol/h，进料组成为乙醇：
正丙醇：
正丁醇=1:
3:
1（摩尔比），饱和液体进料，操作压力为常压。
要求：
乙醇的摩尔分数不低于0.96，正丙醇的摩尔分数不低于0.975，正丁醇的摩尔分数不低于0.97。
分别求两塔理论板数、进料位置及塔釜能耗。
17、芳烃双塔分离
一股含苯1272kg/h，甲苯3179kg/h，邻二甲苯3383kg/h的芳烃，通过双塔串联分离，原料温度50℃，压力3bar。
两塔塔顶压力分别是1.5bar和1.4bar，塔板压降均为1.0kpa。
要求苯塔塔顶馏出物甲苯质量分数不超过0.05%，釜液中苯质量分数不超过0.5%：
甲苯塔塔顶馏出物二甲苯的质量分数不超过0.05%，甲苯质量收率不低于98%。
试计算两塔最优再沸器能耗。
18、芳烃双塔分离
一股含苯1272kg/h，甲苯3179kg/h，邻二甲苯3383kg/h的芳烃，通过双塔串联分离，原料温度50℃，压力3bar。
两塔塔顶压力分别是1.5bar和1.4bar，塔板压降均为1.0kpa。
要求苯塔塔顶馏出物甲苯质量分数不超过0.05%，釜液中苯质量分数不超过0.5%：
甲苯塔塔顶馏出物二甲苯的质量分数不超过0.05%，甲苯质量收率不低于98%。
试计算两塔综合最优再沸器能耗。
19、丙烯烃废水单效蒸发
某丙烯烃装置废水流率75148.1kg/h，其中含有丙烯腈聚合物（以C6H8N2O计算）816kg/h，温度113℃，压力6bar。
要求通过蒸发将废水中的水分蒸出83%，使浓缩液中丙烯腈君合物质量浓度达到5.9%以上，冷凝后的净化水作为工艺循环水使用。
多效蒸发器的最终压力20kpa，加热蒸汽压力为470kpa饱和水蒸气。
采用强制外循环蒸发器。
要求模拟蒸发器操作，计算单效蒸发器的能耗。
20、丙烯烃废水双效蒸发
某丙烯烃装置废水流率75148.1kg/h，其中含有丙烯腈聚合物（以C6H8N2O计算）816kg/h，温度113℃，压力6bar。
要求通过蒸发将废水中的水分蒸出83%，使浓缩液中丙烯腈君合物质量浓度达到5.9%以上，冷凝后的净化水作为工艺循环水使用。
多效蒸发器的最终压力20kpa，加热蒸汽压力为470kpa饱和水蒸气。
采用强制外循环蒸发器。
要求模拟蒸发器操作，计算双效蒸发器的能耗。
21、甲醇-水双效精馏
某装置中含有等摩尔的甲醇和水的混合物，欲采用常压精馏进行分离，进料流率2000kmol/h。
要求产品甲醇含量达到99.5%摩尔分数，排放水中甲醇含量小于0.5%（摩尔分数）。
塔板压降0.7kpa/板，高压塔的操作压力7bar，低压塔常压操作。
试比较单塔和顺流双效精馏的能耗。
22、苯-甲苯分离
一股含苯40%W，甲苯60%的原料，流率为50t/h，饱和液体进料，进料压力130kpa，冷凝器压力110kpa，再沸器压力130kpa，理论板数26，进料位置第13快，实际回流比2.0727（摩尔），塔顶馏出量与进料量比0.448（摩尔）。
要求质量回收率：
苯99.5%，甲苯0.5%。
试核算上塔能否满足分离要求，若不满足，适当调整相应条件使满足分离要求；计算达到上述分离要求的填料（250Y，HETP=0.5m）精馏塔直径。
23、苯-甲苯分离
一股含苯40%W，甲苯60%的原料，流率为50t/h，饱和液体进料，进料压力130kpa，冷凝器压力110kpa，再沸器压力130kpa，理论板数26，进料位置第13快，实际回流比2.0727（摩尔），塔顶馏出量与进料量比0.448（摩尔）。
质量回收率：
苯99.6%，甲苯0.5%要求。
试核算上塔能否满足分离要求，若不满足，适当调整相应条件使满足分离要求。
若使用板式塔，假定实际塔板的Murphree效率为70%，再沸器效率90%，计算满足上述分离要求的实际板数、塔径和最佳进料位置。
24、甲醇-水闪蒸
一股含甲醇20%，水80%（摩尔分数）的混合液，温度40℃，压力1.2bar，流量1000kmol/h。
现欲在1.2bar下经两步闪蒸将甲醇提浓到50%作为产品。
试分析在满足甲醇质量指标的前提下，第一个闪蒸罐的汽化分率对甲醇的产量有什么影响，并绘制影响曲线。
25、甲醇-水闪蒸
一股含甲醇20%，水80%（摩尔分数）的混合液，温度50℃，压力1.5bar，流量2000kmol/h。
现欲在1.5bar下经两步闪蒸将甲醇提浓到50%作为产品。
分析应如何设置两个闪蒸罐的汽化分率才能使甲醇的产量最大。
26、甲醇-水换热器设计
甲醇温度40℃、压力2.bar、流量5000kg/h，用热水加热，甲醇的压降为0.2bar；热水温度140℃、压力4.0bar、流量30000kg/h，最终变为100℃的水，压降0.2bar。
设计一管壳式换热器，并求甲醇出口温度、换热器热负荷及所需换热面积，试使用Heatx模块进行设计和核算。
27、水回收丙酮
某装置使用水吸收尾气中的丙酮，尾气温度,45℃、压力1.2kgf/cm2，流量2000kg/h，尾气的主要成分见下表。
组分
Phenol
Acetone
N2
O2
摩尔分数
0.255
0.169
0.432
0.144
采用30℃、2.0kgf/cm2、2000kg/h的水吸收。
要求吸收后尾气中丙酮含量低于10x10-6
试设计合适的吸收塔。
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