分离过程典型例题

1、典型例题计算题1.已知第一脱屮烷塔的进料组成及操作条件下各组分的相平衡常数如下表所 示，要求中烷的蒸出率为98%,乙烯的回收率为96%,试分别按清晰分割和 不清晰分割方法计算镭出液和釜液的组成，并比较两种讣算结果。序号1234567组分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C4XiF/摩尔*Ki/解：取lOOKmol进料为基准，选取屮烷为轻关键组分，乙烯为重关键组分。 按清晰分割的概念，组分1为轻组分，全部从塔顶憎出液在釆出，组分4、 5、6、7为重组分，全部从塔釜液中采出。由于甲烷的蒸出率为98%D, = 5.8 x 0.98 = 5.684K?77/;By = 5.8-5.684 =

2、0.1乙烯的回收率为96%昂=33.2x0.96 = 31.872幻川.6 =33.2-31.872=1.328/5“”D = ）1 + 6 = 338 + 5.6844-1.328 = 40.81 IKinol3 =尸 一 ）= （）（）一 40.812 = 59.188K”曲生竺39D 40.812或 8 =色=016+31.872+ 25.7 + 0.50+0.30+0.70 = 591 SSKmol /=2 Di 33.8 门Jim = = = 0.828D 40.812S备丄竺= 003340.812=色=注“ 538B 59.188 = S = 008=鱼=业=0.005 B 59

3、.1885 壬业= 0.012B 59.188将计算结果列表如下:组 分xiDxiBDih2 ch4C2H4C2H6C3H6Y/5 0.0; Bs =0.50将计算结果列表如下：组 分xiDxiBDih2ch4C2H4C2H6C3H6C3H8C4/%/2.要求在常压下分离环己烷a.（沸点80.8C）和苯b.（沸点80.2C）,它们的恒 沸组成为苯（摩尔分数），共沸点77.4C,现以丙酮为恒沸剂进行恒沸精憾， 丙酮与环己烷形成恒沸物，共沸组成为（环己烷摩尔分数），若希望得到儿乎 纯净的苯，试计算： 所需恒沸剂量。 塔顶、塔釜憎出物量各为多少。（以100kmol/h进料计）解：以100kmol/h

4、进料为基准，设丙酮恒沸剂的用量为Skg,恰好与料液中的环 己烷组成恒沸物，进料量和塔顶恒沸物的量和组成分别为F,D*x叽100x0.498对环己烷作物料平衡 Dm =如； 和 0.60恒沸剂 S 的用量为 S = DXD3 =83x0.40 = 33.2A7pZ由于塔釜希望得到儿乎纯净的苯，用=% = Fxf1 = 100x0.502 = 50.2/3.屮醇丙酮b.在55.7C时形成恒沸物，其恒沸组成为a, =0.198,水和苯均可作 为萃取剂进行萃取精憎以分离屮醇和丙酮，试通过计算确定水c.与苯d.的选 择度，并据理说明哪种萃取剂更佳及塔顶憎出液各为何种物质已知：Xs= 0.8（”）； Al

5、2 = 0.2798; A2l = 0.2634 ; Al3 = 0.3794; A31 = 0.22 II;Au =0.9709; A32 =0.5576; A14 =0.8923;=0.7494; A24 =0.2012; A42 =0.1533解：以水作萃取剂 lgS2 =心as 一A；s 一 A；2（1-2x） = 0.810.3002-0.7643-0.2716（1-2x0.198） = -0.5025 S12 = 0.3144 V I州2 = （12 +人21）=0.2798+0.26342= 0.2716. I- ,、0.3794+0.2211A】$ =牙（內$ + A“）=0.

6、3002=+4s2）=0.9709+0.55762=0.7643以苯作萃取剂，As = 1 （AS + A5I） = 8923; 0.7494 = 082085AL =+ %）= OP。12； 0l 533 = ?725lgS12 =asa；s 一 A“ - A2 （1 - 2x） = 0.8（0.82085- 0.17725-0.2716（1 - 2 x 0.198）J = 03836 =24191以苯作为萃取剂进行萃取精憾分离甲醇和丙酮更佳，而水作为萃取剂比不 加入萃取剂时的效果更差。由于中醇的沸点（64.7C）高于丙酮（55.7C）,则塔 顶憎出物为丙酮，塔釜镭出物为甲醇和苯。,乙酸中酯

7、乳和屮醇b混合物在45C时为恒沸物，今以水为溶剂进行萃取精憎, 已知其组成为Xj =0.7 , xs =0.8; A12 = 0.447 : A21 =0.411; A13 = 1.3; A31 =0.82; A,3=0.36;心=0.22。试求其选择度，并说明塔顶憎出何物解： I ,0.447 + 0.411 门a2 =了（州2 +人21）= 429 1,1.3 + 0.82 一4】s =3（As +Asi） = 106+心）=0.36 + 0.222= 0.29lgS|2 =xsAs -A；s - A2(1 -2x) = 0.8 1.06-0.29-0.429( 1 -2x0.7) = 0

8、.7533512 = 5.666 1山于屮醇的沸点（647C）低于乙酸屮酯（C）,则塔顶懈出物为屮醇酮,塔釜憎出物为乙酸甲酯和水。6.某裂解气组成如下表所示。组分H2ch4C2H4C2H6C3H6i-C4Hio畑现拟以iC4Hio懈分作吸收剂，从裂解气中回收99%的乙烯，原料气的处理 量为100kmol/h，塔的操作压力为，塔的平均温度按-14C计，求： 为完成此吸收任务所需最小液气比。 操作液气比若取为最小液气比的倍，试确定为完成吸收任务所需理论板 数。 各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成。 塔顶应加入的吸收剂量。解：选乙烯为关键组分，查得在和J4C下各组分的相平衡常数列于下表。a. 最

9、小液气比的计算在最小液气比下N = g , A关=卩关=0.99,Wk =(p. Kc = 0.72x 0.99 = 0.7128b. 理论板数的计算% =1.5x0.7128= 1.0692操作液气比 /叽关键组分的吸收因子为、%1.06920.72= 1.485塩斗 lg 0-99-1.485N = - -1 =- 1 = 8.868理论板数1485C 各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成以及叫=(1-讥Z;九J%进行计算结果见表。组分H2CH4C2H4C2H6C3H6i-C4Hio、 +Ki/vjV+u , kmol/h1A/ (P000九iId 吸收剂量塔内气体的平均流率为:塔内液体

10、的平均流率为:100+3&11152=69.056km ol/hL =厶广（厶）：（8885） =“+ 3o 9生山 % = 1.0692,得厶)=4289kmoHh7.在一精憎塔中分离苯（B）,中苯（T）,二甲苯（X）和异丙苯（C）四元混合 物。进料量200mol/h,进料组成ZB=,ZT=,zx=（mol）o塔顶采用全凝器,饱和液 体回流。相对挥发度数据为： Ot 町, Qfyy- =, Ct xt =， a 存=o 规定异丙苯在釜液 中的回收率为,屮苯在係出液中的回收率为。求最少理论板数和全回流操 作下的组分分配解：根据题意顶甲苯为轻关键组分，异丙苯为重关键组分，从相对挥发度的大小 可以

11、看出，二屮苯为中间组分，在作物料衡算时，初定它在憎出液和釜液中 的分配比，并通过计算修正物料衡算如下组分进料B40T60X20C80200解得D=W=紿=slg.V 叼xclg( 1 )aCT,0.5861 0.8135lg x冷 0.0016 0.0031. 如.21)=tg出液d.釜液40-XX2180.002 x 4080 x 0.998D（鱼）测心+叭=20解得d、：=； 叽=组分进料乩B40T60X20C8040XX80 x 0.00280 x 0.998100.9199.09组分jBTX,0.5916 0.8051lg xlg(1aCT0.0016 0.0030.如.21)(a.i

12、T yNm石+20组分进料1憾岀液釜液数量Mol%数量mol%数量mol%苯402040甲苯6030*二甲苯2010异丙苯8020C401000.160.15979.8480.55100.9100.0099.1100.008.某原料气组成如下：组分 CH4 C2H6 CsHs 1-C4H10 n-QHio 1-C5H12 n-C5H12 n-C6Hi4yo（摩尔分率）先拟用不挥发的桂类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温 度为38C,压力为，如果要求将i-QHio回收90%。试求: 为完成此吸收任务所需的最小液气比。 操作液气比为组小液气比的倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。 各

13、组分的吸收分率和离塔尾气的组成。 求塔底的吸收液量解：由题意知,i-QHio为关键组分由 p=, t 平=38 C查得K关二（P-T-K图）在最小液气比下N=, A妒中关二（%）min = SA关二 二血,_ L 一 0 5544 _ 0 99/ = 11（/n-C5H12(n-C6H14合计)以CH4为例:0.554417.4=0.032= 0.320.0329 484,1 -0.99=0.032948+, -1VI (CH4) = () VN+1= () x =K _ 74.05 VX 765=0.923O（）+）=9oo塔内气体平均流率：2Kmol/h厶产 + 19沙=5塔内液体平均流率

14、：匕2由%=； A Lo=h 9. /W.乙醇-苯-水系统在，64.86C形成恒沸物，其组成为乙醇a., %苯4和水（:.， 利用恒沸点气相平衡组成与液相组成相等这样有利条件，讣算在64.86C等温 分离该恒沸混合液成为三个纯液体产物所需的最小功。解：在等温等压条件下，将其分离成纯组分时所需最小功为-WminT =-RTnFxFinyFixl；i设为理想溶液，=1,若nf = kmol-Wmin.7- = RTXXFi ln XFi=-8.31 x （64.38+ 273.15）0.2281n 0.228+0.5391n 0.539+O2331n 0.233 = 283&J / kmol.含乙

15、烯的乙烯-乙烷混合物于2Mpa压力下进行蒸憎，塔顶为纯乙烯，温度 为239K,塔釜为纯乙烷、温度为260K,正常操作下，塔釜加入热量为8800kJ/kg 乙烯，试计算分离净耗功为多少解：设环境温度7；）=298K , nF = kmol ,乙烯的量为= 1x0.324x26 = 8.42% 一用 =。人（丄一丄）=&424x8800x 298x （丄 一 ）=7465.6H /kmol,J Tl Th239 26012计算题9的热力学效率。解:一讨=-RTyn In yn= 831x29g03241n0324+06761n0676J = 156OU/&沏60 =。2097465.613试求环境

16、温度下，下表所示的气体分离过程的最小功。组分C2c3n-C4nC5n-C6E进料kmol/h30200370350501000产品 1 kmol/h30)1924226产品 1 kmol/h836635050774= 8.314x 29& 226x (0.1331n 0.133+0.85 In 0.85 + 0.01解：求出各物流的组成组分C2C3n-C4n-Csn-C6LI进料kmol/h30200370350501000XiFi产品 1 kmol/h301924(226Xil产品 1 kmol/h836635050774Xi2Hi进-U minJ = RT 工工比 Jn)u)-工勺(工”

17、J lny,-；)+774x (0.0 lln 0.01 + 0.47 引 n 0.473+04521n 0.452+0.0651n 0.065)-1 OOOx (0.031n 0.03 + 0.2 In 0.2 + 0.37 In 0.37 + 0.35 In 0.35 + 0.05 In 0.05) =1.188x1 ()6 AJ/如s/14将含丙稀80% (摩尔)和丙烷20%的料液在常压下分离为含丙稀和5%的两 股产品，试求分离最小功。设料液和产品均处于环境温度298K,料液可以当 作理想溶液。解：设料液量为lkmol，计算两股产品的量：Hq x0.9964-Hq2 x0.05 = 1x

18、0.8nQ + nQ2 = 1联列解得：”0=,牝2 =分离最小功由式(6-15)计算:min =-=To=Kmol 料液15. 一轻桂混合物进行精镭塔的计算，求得最小回流比Rm=小理论板数 求回流化为R=,全塔平均板效率为n=,所需最小塔板板数。R = x=R十11.8125-1.45 ex=二 U.1J1.8125 + 1由此图査，得:Nm _ 曲十1 一0. 53由于，Nm =所以，N = 实际板数为：=33块16某厂裂解气组成(摩尔)如下：氢、屮烷、乙烯、乙烷、%丙烯、异 丁烷、所用的吸收剂中不含所吸收组分。要求乙烯的回收率达到99%。该吸 收塔处理的气体量为lOOkmoVh,操作条件

19、下各组分的相平衡常数如下：氢 屮烷 乙烯 乙烷丙烷异丁烷操作液气化为最小液气比的倍 试求：(1)最小液气化；(2) 所需理论板数；(3) 各组份的吸收因子、吸收率(4) 塔顶尾气的组成及数量；(5) 塔顶应加入的吸收剂量解：(1)最小液气化A= 0 = 1199= mA= 0.72 *0.99 =0.7122所需理论板数N=1.5* 0.7128 = 1.0692肿二-1=8.86各组份的吸收因子、吸收率吸收因子，以甲烷为例：严=（、一）-=1.0692 x = 0.3449坤久兀 v疋甲烷3.1吸收率，以屮烷为例：0.344强齢 1-3.4490.344 56+1-1= 0.34（4）塔顶尾气的组成及数量（见表）vn+iA4Vn+14)yi0 0 0HC1C2=C2C3=i