分离工程计算.doc

五、计算1. 进料中含正已烷0.33，正庚烷0.33，正辛烷0.34（平均摩尔分数）。今要求馏出液中正庚烷浓度 XD2 0.015，釜液中正已烷浓度xw30.011，若进料流率为100kmol/h，按清晰分割法求馏出液和釜液的流率及组成。试计算精馏系统的最小回流比。已知进料中的液相分率为0.4。解：根据上例的已知条件及计算结果，其数据如下 组分i XF,i XD,i 1 正辛烷 1 0.34 0.0 2 正庚烷 2.27 0.33 0.01 3 正己烷 5.25 0.33 0.99由（3-45）式得 用试差法求出3.814，代入（3-46）式故2.现设计一脱乙烷塔，其原料组成和操作条件下的相对挥发度如下表。馏出液中丙烯浓度为2.5x，釜液中乙烷浓度为5.0x，塔顶操作压力为2.76MPa（绝）。进料为泡点进料，回流为饱和液相，全塔平均板效率为75，求所需的塔板数。进料中组分XF,i 进料中组分XF,i 甲烷 5.0 7.356 丙 烷 20.0 0.901 乙烷 35.02.091 异丁烷 10.0 0.507 丙烯 15.01.000 正丁烷 15.0 0.408解：以100mol进料为基准，假设在釜液中不出现甲烷，在馏出液中不出现丙烷及更重的组分，按清晰分割计算塔顶、塔釜组成，初步物料衡算如下表：组分 进料/mol 馏出液/mol 釜液/mol甲烷 5.0 5.0 乙烷（LK） 35.0 35.0-x x丙烯（HK） 15.0 15.0-y y丙烷 20.0 20.0异丁烷 10.0 10.0正丁烷 15.0 15.0 100.0 55.0-x-y 45+x+y根据要求解上述两式得 x3.11 y14.05故馏出液及釜液的组成为组分 馏出液/mol 釜液/mol DXDi/mol XDi/ WXWi/mol XWi/甲烷 5.0 13.2 乙烷 31.89 84.3 3.11 5.0丙烯 0.95 2.5 14.05 22.6丙烷 20.00 32.2异丁烷 10.00 16.1正丁烷 15.00 24.1 37.84 100.0 62.16 100.0利用芬斯克方程式求最少理论板数利用恩特伍德方程计算最小回流比求得根据所以 Rm1.378取操作回流比为最小回流比的1.25倍，则R1.722则由吉利兰特图查得N=14.9如果使用的再沸器为部分再沸器，塔顶冷凝器为全凝器，则塔内需13.9块理论板，实际板数N=13.9/0.75=18.5进料位置可解得3. 试求总压力为0.0867MPa时，氯仿（1）乙醇（2）的恒沸组成与恒沸温度。已知解：除上述四个关系式外，根据恒沸物的特性和相平衡关系式还有三个等式现已知p=0.0867MPa，共7个方程，7个未知数，有唯一解。 使用试差法计算4.在维尼纶生产中有一醋酸甲酯（1）和甲醇的混合物，含醋酸甲酯x10.649（摩尔分数）。要求塔顶得到0.95（摩尔分数）的醋酸甲酯，且要求其回收率为98。现以水为溶剂进行萃取精馏，塔内液相中水的浓度保持xp=0.80（摩尔分数）。操作回流比为最小回流比的1.5倍。进料为饱和气相。试求所需的溶剂量和理论板数。解：（1）以100kmol进料为基准进行物料衡算。由给定条件可得出因为故故所以（2）计算平均相对挥发度查得与本系统有关的范拉尔常数值为把各二元系看作非对称性不大的系统利用（267）计算（a）当x1=0时，（x1=0 , x2=0.2 , xp=0.8) P10/P20 随温度的变化较小可按组分1、2的恒沸温度54来计算。则相对挥发度（b）当x1=1时，（x1=0.2 , x2=0 , xp=0.8)所以相对挥发度故得（3）根据 作yx图可按二元系的平衡关系式求得不同x1下的y1,得图。（4）用图解法求理论板数由图（229）可得最小回流比Rm所以回流比R1.50.741.1根据图解法画出操作线可得理论板数为N=6，进料板为从上往下数第三块。(5)确定溶剂用量P根据式按（2）相同的方法，当x1=0.95 (x1=0.19),x2=0.05 (x2=0.01) , xP=0.80时可求得故精馏段的液相量L=P+RD=P+1.166.95P+73.65所以 Xp=0.8 =0.0415由式（277）可得溶剂用量为因本题未提出塔顶产品中溶剂浓度的要求，否则可算出溶剂加入板上升气相量和溶剂浓度yP，然后按二元溶液计算出回收段所需的理论板数。现可根据经验取12块理论板为回收段 5.某厂裂解气组成如下，13.2x%氢、37.18x%甲烷、30.2x%乙烯、9.7x%乙烷、8.4x%丙稀和1.32x%异丁烷。拟用C4馏分做吸收剂，从裂解气中回收99x%的乙烯。该吸收塔处理的气体量为100kmol/h，操作压力为4.053MPa，平均操作温度为14。试计算：1）最小液气比2）操作液气比为最小液气比的1.5倍时所需的理论板数3）各组分的吸收率和塔顶尾气的数量和组成4）塔顶应加入的吸收剂的量解：在4.053MPa和14下各组分的相平衡常数如下： 组分 氢 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 异丁烷 K 3.1 0.72 0.52 0.15 0.058、1）最小液气比的计算在最小液气比下操作时，理论板数为无穷多。这时关键组分乙烯的吸收因子为 A0.99所以2）理论板数的计算已知操作液气比为最小液气比的1.5倍。在操作液气比下，乙烯的吸收因子为按式（314），理论板数为（3）尾气数量和组成的计算以甲烷为例被吸收量为塔顶尾气依次计算各组分的尾气量，结果见P162.（4）塔顶加入的吸收剂量塔内气体的平均流率为塔内液体的平均流率为因为塔顶加入吸收剂的量为6. 某吸收塔有20块实际塔板，板效率为20，在0.507MPa下操作，进塔原料气温度32，其组成为甲烷28.5x%、乙烷15.8x%、丙烷24.0x%、正丁烷16.9x%、正戊烷14.8x。吸收剂可设为nC8，其中含有在循环中未脱完的正丁烷和正戊烷分别为2x%和5x%，流率为原料气的1.104倍，温度为32。试计算产物的流率和组成。解：以每小时处理100kmol原料气为基准，则吸收剂用量为110.4kmol/h假设吸收过程由于溶解热效应而使平均吸收温度为37按（427）式求吸收因子进行估算n-C4为例则故依此类推得到初步估算结果在此基础上再算平均吸收因子采用平均液气比（L/V）均对吸收液和尾气再进行一次计算对温度进行校核，采用热量衡算的方法进行计算各物流的焓值，离塔吸收液的热量原料气热量尾气热量吸收剂热量离塔吸收液的温度用试差法求取，求得tN57利用式（441）（444）计算各板的流率和温度，以上计算为平均吸收因子法的估算7.一烃类气相混合物，其组成（摩尔分数）为求该混合物在压力p3.24MPa下露点温度T和平衡液相组成xi8.已知某混合物中含乙烷0.10，丙烷0.25，正丁烷0.65(以上均为摩尔分率)。操作压力下各组分的平衡常数可按下式进行计算，试求其露点温度。