分离过程典型例题

1、典型例题-计算题1 .已知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储出液和釜液的组成，并比较两种计算结果。序号1234567组分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C4XiF/摩尔33.85.833.225.70.500.200.70Ki/1.70.280.180.0330.0220.004解：取100Kmol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，全部从塔顶储出液在采出，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

2、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%B3 33.2 0.96 31.872Kmol . D3 33.2 31.872 1.328Kmol ?D D1 D2 D3 33.8 5.684 1.328 40.812KmolB F D 100 40.812 59.188Kmol或BBi0.116 31.872 25.70.500.300.7059.188Kmoli 2Di33.8D25.684X1D0.828X2D0.139D40.812；D40.812D31.3280.033X3DD40.812X2BB20.116

3、0.002X3BB331.8720.538B59.188；B59.188B425.70B50.50X4B0.434X5B0.008B59.188；B59.188B60.30B70.700.0050.012X6BX7BB59.188；B59.188将计算结果列表如下:组 分ZiXiDXiBDiBiH20.3380.828/33.8CH40.580.1390.0025.6840.116C2 H40.3320.0330.5381.32831.872C2H60.257/0.434/25.70C3H60.005/0.008/0.50C3H80.003/0.005/0.30C40.007/0.012/0.

4、701.0001.0001.00040.81259.188不清口分割k料衡算由iH请计算各组分的相对挥发度，结果列表序号1234567组分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C4XiF/摩尔33.85.833.225.70.500.200.70Ki/1.70.280.180.0330.0220.004a i3/6.0711.00.6430.1180.0790.014D2 B35.684 31.8721lg lgNm D3 B21.328 0.1163.92lg 23lg6.071由于氢气的相对挥发度很大，该组分全部从塔顶储出液中采出。由曳 iNmD1和FiDiBi分别计算组分4、5、6、

5、7的分布。BiB3对组分 4: -D4:mS 0.6433.92 1.3280.0074 ；而 25.7 D4 B4B4B331.872由此计算得 D4 0.189; B425.511对组分 5： -D5i5m D- 0.1183.92 jj28_ 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ZiXiDXiBDiBiH20.3380.824/33.8CH40.580.1390.0025.6840.116C2H40.3320.0320.5401.32831.872C2H60.2570.0050.4320.18925.5

6、11C3H60.005/0.008/0.50C3H80.003/0.005/0.30C40.007/0.012/0.701.0001.0001.00041.00158.9992 .要求在常压下分离环己烷a.（沸点80.8C）和苯b.（沸点80.2C）,它们的包 沸组成为苯0.502 （摩尔分数），共沸点77.4C ,现以丙酮为包沸剂进行包沸 精储，丙酮与环己烷形成恒沸物，共沸组成为 0.60（环己烷摩尔分数），若希望得到几乎纯净的苯，试计算：所需恒沸剂量。塔顶、塔釜储出物量各为多少。（以100kmol/h进料计）恰好与料液中的环F , D, xFi , xDi o83kmol解：以100kmo

7、l/h进料为基准，设丙酮包沸剂的用量为Skg,己烷组成包沸物，进料量和塔顶包沸物的量和组成分别为D Fxfi 100 0.498对环己烷作物料平衡DxD1 FxF1 ；xD10.60恒沸剂S的用量为S DXD3 83 0.40 332kmol由于塔釜希望得到几乎纯净的苯，W W2 Fxf2 100。502 50.2kmol3 .甲醇a.-丙酮b.在55.7C时形成恒沸物，其恒沸组成为 为0.198 ,水和苯均可 作为萃取剂进行萃取精储以分离甲醇和丙酮，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储出液各为何种物质？已知：xs 0.8（mol ） ； A120.2798；

8、 A210.2634； A130.3794； A310.2211；A230.9709 ； A320.5576； A14 0.8923； A410.7494； A24 0.2012； A42 0.1533解：以水作萃取剂入 10.2798 0.2634A12(A12 A21) 0.2716220.3794 0.221120.3002.1，八八、Ais ( Ais Asi )2a 1 ， A2S(A2S AS2)20.9709 0.557620.7643lgS12xs AisA2s Ai2(1 2xi)0.80.3002 0.7643 0.2716(1 2 0.198)0.5025S20.3144

9、 1以苯作萃取剂，1A1S -(A1S AS1)20.8923 0.7494 0.820852A2S1，AA 、2 (A2S AS2 )0.2012 0.15330.177250.3836lgS12xs Ais A2s A12(1 2xi)0.80.82085 0.17725 0.2716(1 2 0.198)S22.419 1以苯作为萃取剂进行萃取精微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。由于甲醇的沸点（64.7C）高于丙酮（55.7C）,则塔 顶储出物为丙酮，塔釜储出物为甲醇和苯。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储， 已

10、知其组成为 X1 0.7,xs0.8;A120.447;A210.411;A131.3;A310.82;A23 0.36 ; A32 0.22。试求其选择度，并说明塔顶储出何物？解:A12(A12A21 )20.447 0.4110.42911.3 0.82Ais(A1S As1) 1.06221A2s (A2s As2)0.36 0.22 0.292lgSi2xs AsA2s A)2(1 2x1)0.81.06 0.29 0.429(1 2 0.7) 0.7533 §2 5.666 1由于甲醇的沸点（64.7C）低于乙酸甲酯（C）,则塔顶储出物为甲醇酮, 塔釜储出物为乙酸甲酯和水。

11、5.某裂解气组成如下表所示组分H2CH4C2H4C2H6C3H6i-C4H10Ey。0.1320.37180.30200.0970.0840.01321.000现拟以i-C4H10微分作吸收剂，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4.052Mpa,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1.5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4.052Mpa和-14C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

12、小液气比下N ,人关关0.9 9,L（,关 K 关 0.72 0.99 0.7128V minb.理论板数的计算，n&3一一 L/ 1.5 L/1.5 0.7128 1.0692操作液气比V - V min线关键组分的吸收因子为LVkZ1.06920.721.485, A , 0.99 1.485 lg lg N 1 0.99 11 8.868理论板数ig aig 1.485c.各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成A由.N 1A关 K 关LAiAiiiN 1KiVKi 和A1以及v1，i1 iVN1，i；V1vi,i； yi,iv先进行计算结果见表组分H2CH4C2H4C2H6C3H

13、6i-C4H10EyN 1,i0.1320.37180.30200.0970.0840.01321.000Ki/3.150.720.500.1450.056n 1,i , kmol/h13.237.1830.29.78.41.32100.0A/0.33941.4852.13847.37419.09300.33940.990.9951.0001.00013.224.5610.3020.04850038.1115yu0.34640.64450.00790.0013d.吸收剂量V100 38.1115269.056kmol/h塔气体的平均流率为:塔液体的平均流率为:L0 (L0 61.8885) L

14、0 30.944,L、，1.0692由/V，得L042.89kmol/h26 .在一精微塔中分离苯（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=0.2,zT=0.1,zX=0.4（mol）。塔顶采用全凝 器，饱和液体回流。相对挥发度数据为：BT =2.25,TT=1.0, XT =0.33,ct =0.21。规定异丙苯在釜液中的回收率为99.8%,甲苯在储出液中的回收率为99.5%。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

15、储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B40T60X2080C一200储出液di4060 0.99520. 00240D釜液W-60 0.00518800. 998W解得D=101.86W=98.14xTD =0.5861xTW =0.0031xCD =0.00157 xCW=0.8135Nmlg （土）口（上）wXTXClg（） CT,0.58610.8135lg0.0016 0.0031lg（!0.21）=7.35/ dx dcxT、Nm宜宸）'）dx wx 20解得 dx=1.05mol; Wx=18.95mol组分进料diWB4040一T6060 0.99

16、560 0.005X201.0518.95C80800. 002800. 998100 . 9199. 09组分xdix wiB0.39640T0.59160.0030X0.01040.1912C0.001580.8057lg （丑） xc（生）D1）Wx,0.5916 0.8051Nm -lg 0.0016 0.0030=7.37lg（-）lg（ 10.21）CT（虫） wx心）Wcx xT）Nm cTdx Wx 20组分进料储出液釜液数量Mol%数量mol%数量mol%苯40204039.643一甲苯603059.759.1670.33.02二甲苯20101.041.0318.9619.1

17、3异丙苯80200401000. 16100 . 90. 159100 . 0079. 8499. 180.55100. 007 .某原料气组成如下：组分 CH4C2H6C3H8i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14y0（摩尔分率）0.765 0.045 0.035 0.025 0.045 0.015 0.025 0.045 先拟用不挥发的烂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1.013Mpa,如果要求将i-C4H10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1.1倍时，为完成此吸收任

18、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-C4H10为关键组分由 P=1.013Mpa, t 平=38 C查得 K 关=0.56 （P-T-K 图）在最小液气比下 N=0°, A关=中关=0.9（LV）min g A关=0.560.9=0.504.LV 1.1( LV)min =1.1 0.504=0.55440.55440.560.99,/0.99 0.9、 log ()1 0.91log0.999.48log（4 ）N 1 1它组分吸收率公式所以理论板数为10gA组分进料量相平衡常数KiAii被吸收量塔顶尾气数量组成CH476.517.4

19、0.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4H104.50.41.3860.994.4550.0450.0006LA ,VKiAN 1 AAiN 1 1计算结果如下:i-C5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6H144.50.0569.91.004.5000.00.0合计

20、100.0一一19.81080.190以CH4为例:LAi = VKi0.554417.40.032948 1_ _0.0321 0.99c cm9.48 1-=0.03210.32V1 (CH4) = (1- i) VN+1= (1-0.032)76.5=74.05y 1(CH4)V 1(CH/74.050.923VI塔气体平均流率:塔液体平均流率:L=76.5100 80.190v 2Lo (Lo 19.81)290.10Kmol/hL0 9.905l由 v =0.5544;L0=40.05Kmol/h8 .乙醇-苯-水系统在101.3kPa, 64.86C形成恒沸物，其组成为22.8mo

21、l%乙醇a., 53.9mol%苯b.和23.3mol%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64.86C等温分离该包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Wmin,TRT nF xFi ln Fi xFi设为理想溶液，Fi 1,若nF 1kmolWmin,TRT XFi ln XFi8.31 (64.38 273.15)0.2281n 0.228 0.539ln 0.539 0.2331n 0.233 2836kJ / kmol9 .含乙烯32.4%的乙烯-乙烷混合物于2Mpa压力下进行蒸储，塔顶为纯乙烯，

22、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T0 298K , nF 1kmol ,乙烯的量为 1 0.324 26 8.424kg_1111W争 QTo( 一 一)8.424 8800 298 () 7465.6kJ / kmolTl Th239 26010 .计算题9的热力学效率解:Wmin,TnF RT y Fi ln y Fi8.31 2980.3241n0.324 0.6761n0.676 1560kJ/kmolWmin1560mn_ 0.209W净7465.611.试求环境温度下，下表所示的

23、气体分离过程的最小功组分C2C3n-C4n-C5n-C6E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C2C3n-C4n-C5n-C6E进料kmol/h30200370350501000XiF0.030.200.370.350.051.00产品 1 kmol/h301924226Xi10.1330.8500.0171.00产品 1 kmol/h836635050774Xi20.0100.4730.4520.0651.00Wmin, t RTnk( yi,klnyi,k)nj( y

24、i,jlnyi,j)出进8.314 298226 (0.1331n 0.133 0.85ln0.85 0.0171n 0.017)774 (0.01ln0.01 0.473ln 0.473 0.452ln 0.452 0.0651n 0.065)1000 (0.031n0.03 0.21n0.2 0.371n0.37 0.351n0.35 0.051n0.05)1.188 106 kJ/kmol12.将含丙稀80% （摩尔）和丙烷20%的料液在常压下分离为含内稀 99.6%?口 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1km

25、o1,计算两股产品的量：nQ1 0.996 nQ2 0.05 1 0.8 nQ1 nQ2 1联列解得：nQ1 0.7928kmol, nQ2 0.2072kmol分离最小功由式(6-15)计算：wmin =0.7928(0.9961n0.996+0.0041n0.004)+0.2072(0.051n0.05+0.951n0.95)-(0.81n0.8+0.21n0.2)RT。=0.4386R T0=1087.4KJ/Kmo1 料液13. 一轻姓混合物进行精储塔的计算，求得最小回流比Rm=1.45,最小理论板数Nm=8.6。求回流化为R=1.25Rm,全塔平均板效率为n=0.60,所需最小塔板板

26、数。R=1.25 1.45=1.8125由此图查，得：由于，Nm = 8.6所以，N=19.43实际板数为：19.43/0.6=32.4=33块14.某厂裂解气组成(摩尔 )如下：13.2%氢、37.18%甲烷、30.2乙烯、9.7%乙烷、8.4%丙烯、1.32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100kmo1/h,操作条件下各组分的相平衡常数如下:氢烷丙烷0.520.15甲烷异丁烷3.10.058乙烯0.72操作液气化为最小液气比的1.5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(2)所需理论板数N(3)各组份的吸收因子、吸收率 吸收因子，以甲烷为例：护=C -)-3=1.0692 x = 0.3-149中杭 v工甲烷3.1吸收率，以甲烷为例:_岸宜飞烷,烷二034