分离过程典型例题

1、典型例题-计算题1. 第一脱甲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，要求甲烷的蒸出率为98%乙烯的回收率为96%试分别按清晰分割和不 清晰分割方法计算馏出液和釜液的组成，并比拟两种计算结果。序号1234567组分CHC2H4GH6C3H6C3H8C4XiF/摩尔%K/解：取lOOKmol进料为基准，选取甲烷为轻关键组分，乙烯为重关键组分。按清晰分割的概念，组分1为轻组分，全部从塔顶馏出液在采出，组分4、5、& 7为重组分，全部从塔釜液中采出。由于甲烷的蒸出率为98%D2 5.8 0.98 5.684Kmol ； B2 5.8 5.684 0.116Kmol乙烯的回收率为96

2、%B333.2 31.872 1.328Kmol33.2 0.96 31.872Kmol . D37D D2 D333.8 5.684 1.328 40.812KmolB F D 100 40.81259.188KmolX6BBi0.116 31.872 25.7D133.8D40.812D31.328D40.812电0.116B59.188电25.70B59.188B60.300.828X1D0.033x3D0.002X2B0.434X4BB59.1880.0050.50 0.30 0.70D25.684：2DD 40.812X5BX7BB7B31.87259.1880.5059.1880.

3、7059.18859.188Kmol0.1390.5380.0080.012将计算结果列表如下:组分ZiXiDXiBDiBi/CHCHQH/CbF6/序号1234567组分CHCHCHGI4GI4GXiF/摩尔%K/a i3/D2 B35.684 31.872,lg lgNm 匹里匸328 O.1163.92lg 2396.071不清晰分割物料衡由iH芒计算各组分的相对挥发度，结果列表。由于氢气的相对挥发度很大，该组分全部从塔顶馏出液中采出。由iNm 3和FDi Bi分别计算组分4、5、6、7的分布。BiB3对组分 4: -D4：m3 0.6433.92 空28 0.0074 ；而 25.7D

4、4 B4B4B331.872由此计算得 D40.189 ； B425.511对组分 5： D5Nm3 0.1183.92 竺8 0.00001 ;而 0.5 D5 B5B5B331.872由此计算得D5 0.0 ； B50.50将计算结果列表如下：组分ZiXiDXiBDiBi/CHCHCHCH/C3H8/C/2. 要求在常压下别离环己烷a.沸点80.8 C和苯b.沸点80.2 C,它们的 恒沸组成为苯摩尔分数，共沸点77.4 C,现以丙酮为恒沸剂进行恒沸精 馏，丙酮与环己烷形成恒沸物，共沸组成为环己烷摩尔分数，假设希望得到几乎纯洁的苯，试计算： 所需恒沸剂量。 塔顶、塔釜馏出物量各为多少。以1

5、00kmol/h进料计解：以100kmol/h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,XFi，XDi 。对环己烷作物料平衡DxdiFxfiFxfiXD1100 0.49883kmol恒沸剂S的用量为S DXD3 83 0.40 33.2kmo1由于塔釜希望得到几乎纯洁的苯，W W Fxf2 100 0.502 50.2kmo13. 甲醇丙酮b.在55.7 C时形成恒沸物，其恒沸组成为x10.198，水和苯均可作为萃取剂进行萃取精馏以别离甲醇和丙酮，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馏

6、出液各为何种物质：XS 0.8(mol) ； Ai20.2798 ； A210.2634 ； A130.3794 ； A310.2211 ；A230.9709 ； A320.5576； A140.8923； A410.7494 ；A240.2021 ；A420.1533解：以水作萃取剂A121( a122A21 )0.27980.26340.27162A1St(As2As1)0.37940.22110.30022A2S1 (A2S2AS2)0.97090.55762lg S12Xs A1SA2SA12(12X1)0.80.3002 0.7643 0.2716(1 2 0.198)0.5025S

7、|20.31441以苯作萃取剂,10.89230.7494A1S(As2AS1)0 .820852A2S(A2SAS2 )0.20210.1533n 1 770.0.1/222lgS12XsAsA2SA12(12X1)0.80.82085 0.177250.2716(12 0.198)0.3836S22.419 1以苯作为萃取剂进行萃取精馏别离甲醇和丙酮更佳，而水作为萃取剂比不 参加萃取剂时的效果更差。由于甲醇的沸点64.7 C高于丙酮55.7 C，那么 塔顶馏出物为丙酮，塔釜馏出物为甲醇和苯。4. 乙酸甲酯a.和甲醇b.混合物在45C时为恒沸物，今以水为溶剂进行萃取精馏，其组成为X10.7，

8、xs 0.8 ;A120.447 ;阳 0.411 ;A131.3 ;A310.82 ;A23 0.36 ; A32 0.22。试求其选择度，并说明塔顶馏出何物解:A12(A122A21 )20.42911.30.82A1S(AsAS1)1.062210.360.22A2S2 (A2SAS2)20.29lg S12xs A1SA2SA12(12X1)0.81.06SI25.666 10.29 0.429(1 2 0.7)0.7533由于甲醇的沸点64.7 C低于乙酸甲酯C，那么塔顶馏出物为甲醇酮, 塔釜馏出物为乙酸甲酯和水。5. 某裂解气组成如下表所示组分H2CHC2H4C2H6CHi-C 4

9、H10y0,i现拟以i-C4H馏分作吸收剂，从裂解气中回收 99%勺乙烯，原料气的处理 量为100kmol/h，塔的操作压力为，塔的平均温度按-14 C计，求： 为完成此吸收任务所需最小液气比。 操作液气比假设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。 塔顶应参加的吸收剂量。解：选乙烯为关键组分，查得在和-14 C下各组分的相平衡常数列于下表。a. 最小液气比的计算在最小液气比下N ，A关关0.9 9，LV关 K 关0.72 0.99 0.7128V minb. 理论板数的计算操作液气比 LV 15LVmin 1- 07128 1-069

10、2A关关键组分的吸收因子为LVK关1.06920.721.485lgN理论板数lg A0.991.485lg0.99 1 1 8.868lg 1.485C.各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成N 1A关 K 关LAAjAj jN 1由心 VKi和A 1组分H2CHCHCHGHi-C 4H10yN 1,iK/n 1,i，kmol/hA/000y1,i以及V1J 1 i VN 1J ；V1vi,i； yi,i V1JV进行计算结果见表100 38111569.056kmol/hd.吸收剂量V塔内气体的平均流率为：L塔内液体的平均流率为：L0(L0 61.8885)230.944由 LV 1.06

11、92 得 Lo 42.89kmol/h6. 在一精馏塔中别离苯B,甲苯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=,z=mol。塔顶采用全凝器，饱和 液体回流。相对挥发度数据为：BT =， TT =， XT =， CT =。规定异丙苯在釜液中的回收率为%甲苯在馏出液中的回收率为 %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 可以看出，二甲苯为中间组分，在作物料衡算时，初定它在馏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馏出液di釜液WB4040-T60X20218C800.

12、00240800. 998200DW解得D=XtdW=X TWX CD _ X cwIgNm(C)D( )WXtXcig(丄)CT0.58610.8135lg0.00160.0031lg/0.21)xT)NmcTdx WX 20解得dx=；WX =组分进料di4040 60 2080800. 002800. 998100 . 9199. 09组分XdiX wiigNmXtig(丄)CTig0.59160.80510.00160.0030ig(丿o.2i)xT)NmcTdx Wx 20组分进料馏出液釜液数量Mol%数量mol%数量mol%苯402040甲苯6030二甲苯2010异丙苯80400.

13、 160. 15979. 8480. 55200100100 . 9100 . 0099. 1100. 007. 某原料气组成如下：组分CH4GHCHi-CMo n-CJHw i-C 5H2 n-CsH? n-C6Hi4yo摩尔分率先拟用不挥发的烃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-C4Ho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-C 4Ho为关键组分由 P=, t 平=38 C查得K关=P-T-K图在

14、最小液气比下 N=%，A关=中关=LVmin K关 A关=.LV1(LV)min=録0.55440.560.99所以理论板数为/ A 、Iog()log A/ 0.99 0.9 、logL091 9.48log 0.99它组分吸收率公式A N1八AiA组分进料量相平衡常数KA被吸收量塔顶尾气数量组成CHCHGI4i-C 4H10n-CdH。A VKiAi1计算结果如下:i-C 5H2n-C5Hi2n-C6Hi4合计以CH4为例:LAi =VKi0.554417.40.032948 10.0329 1010.999.48 10.0320.32V1 (CH4 = (1- i) VN+1 = ()V

15、1(CH4)y1(CH4)V1塔内气体平均流率:塔内液体平均流率:L=74.050.92376.510080.190v2L0( L019.81)290.10Kmol/hL09.905由v =;L=h8. 乙醇-苯-水系统在，64.86 C形成恒沸物，其组成为 汇醇a. , %苯b.和%水c. ,利用恒沸点气相平衡组成与液相组成相等这样有利条件，计算在64.86 C等温别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，将其别离成纯组分时所需最小功为Wmin,TRTnFxFi lnFi XFi设为理想溶液,Fi1，假设 nF1kmolWmin,TRTXFi ln XFi8.31

16、(64.38273.15)0.228ln 0.228 0.539ln 0.539 0.233ln 0.233 2836kJ / kmol8.31 2980.324ln 0.324 0.6761n 0.6761560kJ / kmolWmin15600.209W净7465.611.试求环境温度下，下表所示的气体别离过程的最小功组分C2Gn-C4n-C5n-C6进料kmol/h30200370350501000产品 1 kmol/h301924226产品 1 kmol/h836635050774解：求出各物流的组成组分C2Gn-C4n-C5n-C6进料kmol/h30200370350501000

17、XiF产品 1 kmol/h301924226Xi1产品 1 kmol/h836635050774Xi2Wmin, t RT nk( yi,klnyi,k) 山(yijlnyij)出进8.314 298226 (0.1331n0.133 0.85ln0.85 0.01774 (0.01ln0.01 0.473In 0473 0.452ln 0.452 0.065ln0.065) 1000 (0.03ln0.03 0.2ln 0.2 0.37ln0.37 0.35ln0.35 0.05ln0.05) 1.188 106 kJ/kmol12. 将含丙稀80% (摩尔)和丙烷20%勺料液在常压下别离

18、为含丙稀 箱口 5%勺两股产品，试求别离最小功。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1kmol，计算两股产品的量：nQ1 0.996 nQ2 0.051 0.8nQ1 nQ2 1联列解得： nQ1 , nQ2别离最小功由式(6-15)计算：W min =- = T0=KmOl料液13. 一轻烃混合物进行精馏塔的计算，求得最小回流比Rm=最小理论板数Nm=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 + 1 18125-1.45 = 0.131.8125 + 1由此图查，得:N Nm=0. 53JV+1由于，Nmr所以，N=实际板数为：

19、=33块14. 某厂裂解气组成摩尔%如下：氢、和烷、乙烯、乙烷、%丙烯、异丁 烷、所用的吸收剂中不含所吸收组分。要求乙烯的回收率到达99%该吸收塔处理的气体量为100kmo1/h，操作条件下各组分的相平衡常数如下：氢甲烷乙烯乙烷丙烷异丁烷OO操作液气化为最小液气比的倍试求：1 最小液气化;所需理论板数；解：1 最小液气化各组份的吸收因子、吸收率 塔顶尾气的组成及数量； 塔顶应参加的吸收剂量A= = 0.99= mA= 0.72=0.7L2S2所需理论板数N=1.5*0.7128 = 1 0692=1A5氓ZN 二-1=8.863各组份的吸收因子、吸收率 吸收因子，以甲烷为例：=1.0692x = 0.3449阡肮 v疋甲烷3.1吸收率，以甲烷为例:iC芈烷 0.544驚竺=0-340344严】-1塔顶尾气的组成及数量见表V N+1V N+1 yi5塔顶参加的吸附剂的量L 十工 +61.94100 +3S.Q61.0692Lq - 42.84 kma/h15. 在内径为。=的立式吸附器中,装填堆积比重为220千克/米的活性炭,其床 层高度为1.1米。今有含苯蒸汽的空气以14米/分的速度通过床层。苯的初 始浓度为39克/米。假设苯蒸汽通过床层后完全被活性炭吸附其出口浓度为 零。活性炭对苯的动活性为7% 重,床层中苯的剩余为 重。16.试求：a.每一使用周期