分离过程例题与习题

1、506070例题3-1计算乙烯在311K和3444.2kPa下的汽液平衡常数（实测值为K=1.726）。例题3-2已知一乙烯精馏塔，釜液乙烯的摩尔分率为0.043,塔的操作压力为2100kPa，求塔釜温度。（乙烯精馏塔可近似视为分离关键组分乙烯和乙烷的塔）例题3-3已知某气体混合物的组成数据如下。序号123456组分甲烷乙烷丙烯丙烷异丁烷正丁烷总和组成0.050.350.150.200.100.151.00当操作压力p=2.776MPa时，求此混合物的露点。例题3-4有烃类混合物，正丁烷20%（摩尔分率），正戊烷50%，正己烷30%，在压力1.01MPa温度132C条件下进行平衡汽化。求汽化率

2、和平衡的汽、液组成。组分正丁烷正戊烷正己烷Zi0.20.50.3K2.131.100.59x；(e=0.5)0.12780.47620.37740.9814x：(e=0.7)0.11170.46740.42080.9999y；(e=0.7)0.23790.51400.24841.0001习题1、某精馏塔的操作压力为101.33kPa，其进料组成为组分止丁烷正戊烷正己烷正庚烷正辛烷组成（摩尔分率）0.050.170.650.100.031.00试求1）露点进料时进料温度；2）泡点进料时进料温度。习题2、一烃类蒸汽混合物含有甲烷5%（摩尔分率），乙烷10%，丙烷30%，及异丁烷55%求该混合物在2

3、5C时的露点压力，并确定在压力1.013MPa,25C下的平衡汽化率。平K-舟戊烷异戊烷正丁烷异丁烷癸烷13壬烷巧辛烷庚烷己烷“udmox/-R出09000ooO98765432一一:一-:一-二-rL二L-E,-$190170160150平衡常数k=P-1十20102030401ZN板式吸收塔计算示意图（自上而下的板序）板式吸收塔计算示意图（自下而上的板序）例题5-1某厂裂解气的组成如下，13.2%氢、37.18%甲烷、30.2%乙烯、9.7%乙烷、8.4%丙烯和1.32%异丁烷。拟用C4馏分作吸收剂，从裂解气中回收99%的乙烯。该吸收塔处理的气体量为100kmol/h，操作压力为4.053

4、MPa，平均操作温度-14C。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。组分进料各组分的量v/kmolh-iN+1吸收因子A吸收率被吸收量vo/kmolh-1N+1塔顶尾气数量VN+1/kmolh-1(1-o)组成X%氢13.200013.234.68甲烷37.180.34490.3412.6424.5464.48乙烯30.21.4850.9929.90.30.79乙烷9.72.0580.99829.680.020.05丙烯8.47.12818.400异丁烷1.3218.4311.3

5、200求和10061.9438.06100习题5-1已知原料气组成如下，组分CH4C2H6C3H6i-C4H10nG%i-C5H12nCH摩尔分率0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045拟用不挥发的烃类液体作吸收剂在板式塔中进行吸收，操作压力为1.013MPa，平均操作温度38C，要求i-C4H10的回收率为90%。计算：最小液气比；操作液气比为最小液气比的1.1倍时所需的理论板数；各组分的吸收率和塔顶尾气的数量和组成；塔顶应加入的吸收剂的量。查组分CH4C2H6C3H6i-C4H10n-C4H10H12n-C5H12n-C6H14m17.43.751.

6、30.560.40.180.1440.056得在1.013Mpa和38C下各组分的相平衡常数列表如下。1VnVn+1VN+1题5-2某吸收塔有20块实际塔板，板效率为20%,在0.507MPa下操作，进塔原料气温为32C，其组成为甲烷28.5%、乙烷15.8%、丙烷24.0%、正丁烷16.9%、正戊烷14.8%。吸收剂可设为nC8，其中含有在循环中8未脱完的正丁烷和正戊烷分别为2%和5%,流率为原料气的1.104倍，温度为32C。试计算产物的流率和组成。解：取每小时处理100kmol原料气为基准，则吸收剂的量应为110.4kmo1/h。假设吸收过程中由于溶解热效应求吸收因子进A=厂均mV均N+

7、1而使平均吸收温度为37C。由于现不知总吸收量，无法计算平均的液气比，故暂按计算以n-C4为例。行估算。其计算结果如表5-1所示。VnHV1二0.90即16.9V1二0.90v-v16.9-1.75N+10表5-1初步估算结果(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)m(37C,0.507MPa)ALv一vv0lN组分VN+1l0查列线图0vmN+11v一v(3)/(5)v1(2)+(3)-(8)C1C228.5038.5N+10.0287N+100.0287027.680.8215.808.050.1380.138013.622.18C3n-C424.002.810.3940.3

8、94014.559.4516.92.210.8651.260.901.753.315.81n-C514.85.520.293.821.001.441.4418.88n-C80102.670.015571.51.001.441.44101.23E100.0110.462.03148.37所以v=16.9-0.90(16.9-1.75)=3.3kmol/h1故l=v+1-v=16.9+2.21-3.3=15.81kmohNN+101从初步估算得到的L和V值，可知吸收量还是很大的，所以，应在此基础上再算N1一次平均吸收因子=110.4+100-62.032=129.4kmol/hV=100-均100

9、62.032(l=81kmo1/h则一(V丿129.481=1.60(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(F丄v一vN+11组分VN+1l0mIV丿均mv一vN+10V0v1InC1C228.5038.50.0420.042027.31.2015.808.050.200.20012.643.16C3n-C424.002.810.570.55010.813.216.92.210.8651.850.951.192.017.11n-C5n-C8E14.85.520.295.541.01.01.019.320102.670.01551031.01.01.0101.67100.0110

10、.454.74155.66采用平均液气比(L/V)对吸收液和尾气再进行次计算，其结果列于表5-2。表5-2用平均液气比计算结果结果虽然第二次计算的吸收量与第一次有相当大的距离，但原设定的平均温度尚未进行校核。温度校核可以采用热量衡算方法进行。一般塔顶尾气的温度可取比吸收剂进塔温度高2-8C，考虑到本题中规定的吸收温度较高，吸收剂用量也较大，故初设温差为3C,即尾气离塔温度为35C，然后计算焓值如下表。表5-3原料气、尾气及吸收剂的焓值(焓值零点为-129C即饱和液体)组分原料气t0=32C尾气tN=35C吸收剂t=32CN+1HHxvHHxv1hhx1丄0C113054370702130543

11、54803100000C22309636610023096292880165690C33188276525431882343506167360n-C4410036945441422828432071146024n-C55071075312051128511282435113514n-C87949608012480124361923715392E294972012049923895304离塔吸收液的热量为2949720-1204992+3895304=5640032kJ/h离塔吸收液的温度用试差法求取，如表5-4。表5-4用试差法求离塔吸收液的温度离塔吸收液组成设-=50C设t=60C组分lNh

12、hxlhhxlC11.2010711N1284512552N15062C23.1616945535551769856066C313.21841024350919916263592n-C417.11230543947024518418400n-C519.32274055280212887055229n-C8101.67410034175632435144435040E155.6654085315745469用插入法求得5640032-5408531t二50+56400325408531x10二57Cn5745469-5408531利用公式（I,II,III）计算各板的流率和温度V二100 xn(

13、54.74、4n亠14100丿L二L+V-VTOC o 1-5 h zn0n+11L二110.4+V-54.74nn+1ttN11n丨1(tt)nNV-VN0N+115757-100-Vn+1(57-32)100-54.74100-Vn+1x2545.26计算结果如表5-5。表5-5各板流率和温度的初步估算原料气n=4n=3n=2n=1吸收剂V100.086746454.7L155.7141.7141.9119.7110.4(L/V)1.8111.921.922.19v0-V14262645.3T325749423732下面按有效吸收因子法进一步计算。由第一板和第四板的吸收因子利用式算出有效吸

14、收因子Ae如表于5-6。AeUAN（A1+1）+0.25-0.5表5-6有效吸收因子A的计算组分m4m1（L/V）41(L/V)11AA1AC1C242.538.51.8112.190.0430.0560.04410.38.051.8112.190.17580.2680.188C3n-C43.962.811.8112.190.4570.770.531.390.8651.8112.191.3032.491.69n-C5n-C0.490.291.8112.193.707.145.010.0360.01551.8112.1950.3139.083.4如果把有效吸收因子A近似看做有效吸收因子A相等，则

15、式（W）可导出与式（V）形式相同的公式,ee可由理论板数N和有效吸收因子A算出相对吸收率爲r进而可求得尾气量和吸收液量。其结果见表ev-v5-7。N+10要用这一次求得的流率和上次的温度分布数据，再作一次热量衡算，并用式I、II、III计算出各板的流率和温度，所得结果如表5-8。与表5-5所计算的各板温度和流率比较，差别较小，计算可到此结束。最后计算的尾气和吸收液的数量和组成列表于5-9。IIIN+1rvX1IVN+1N-n+1N丿L二L+V-Vn0n+11ll+vvn0n+11 HYPERLINK l bookmark46 t-tV-VNnN+1n+1t-tV-VN0N+11IIv-vN+1

16、1vN+11-l0AveN+1丫An+1Aee人An+11evvAN+1AN+11申vvAN+11N+10IVV表5-7根据A计算出的尾气及吸收液量e-i组分vN+1l0e|Aev0vvv1LnN+11vvN+10C1C228.500.04400.04427.221.2815.800.18800.18812.713.09C3n-C424.000.5300.5211.612.416.92.211.691.310.932.416.71n-C5n-C8E14.85.525.011.061.01.0619.260102.6783.41.151.01.15101.52100.0110.456.14154

17、.26表5-8第二次计算的各板流率和温度原料气n=4n=3n=2n=1吸收剂V100.086.574.764.756.1L154.3140.8129.0119.0110.4（叫1.791.892.022.14V-V13.525.335.343.9N+1ntn1325749423732表5-9计算结果组分AInv1XNy.C1C20.0441.2827.220.0080.4870.1883.0912.710.0200.228C3n-C40.5312.411.60.0800.2021.6916.712.40.1080.043n-C5n-C8E5.0119.261.060.1250.01983.41

18、01.521.150.6590.021154.2656.141.0001.000应当指出，以上的计算是在假设塔顶尾气的温度情况下进行的，但计算过程中并未对此温度校核。严谨的计算方法，应根据计算确定的各物流的流率与组成，从塔底逐板而上作热量衡算求出各板温度，这样求出的顶板温度与所设温度一致，计算才能结束。否则应重新调整所设的顶板温度，重复前述各步的计算，直到两者一致为止。294.4K,101.3kPakmoilh,yC=,347.5,0.9936,3.5,0.013294.4K,101.3kPakmoilh,yC=,12.5,0.053C0,236.5,0.953例题6-1，用如图所示的连续过程将环境条件下含60%（摩尔组成，下同）丙烯和丙烷混合气体分离成处于环境温度和压力下