分离工程阶段练习4

一、判断下列各题的正误，并改正。1、在一定温度和压力下，由物料组成计算出的丈KZ-1>0，且tz/K<1，则该进料iiiii=1ii状态为过热蒸汽。正确2、流量加和法是在求得x后由S方程求各板的温度，用H方程计算各板的流率。ji错误。流量加和法是在求得x后由H方程求各板的温度，用S方程计算各板的流率。ji3、精馏塔计算中每块板由于组成的改变而引起的温度变化，可用泡露点方程确定。正确4、萃取塔当塔顶产品不合格时，可采用加大回流比的方法。错误。萃取塔当塔顶产品不合格时，采用加大回流比的方法，使萃取剂的浓度减小，萃取剂的选择性降低。5、当两个难挥发组分为关键组分时，则应从塔顶往下为起点进行逐板计算。正确6、从塔釜往上逐板计算时，若由提馏段操作线方程计算的(x/x)比由精馏段操作线方LHj+1程计算的更大，则加料板为j板。错误，应为j+1板。7、具有最高恒沸点的恒沸物，压力增加使恒沸组成中汽化潜热小的组分增加。正确8、在一定温度和组成下，A，B混合液的总蒸汽压力为P,若p>ps，且p>ps，则该溶液AB形成最低沸点的恒沸物正确9、多组分吸收过程采用图解梯级法的依据是恒摩尔流。错误，应为贫气吸收10、吸收操作中，若要提高关键组分的相对吸收率应采用措施是增加塔板数。错误，N增大，吸收率增加，但超过10块板后，增加幅度减慢11、常用于吸收过程的相平衡表达式为1=Av，在低温或高压操作下有利于吸收。正确12、分离最小功是在可逆的情况下，分离过程所消耗的功。错误，应为在完全可逆的情况下、低温高压13、对多组分物系的分离，应将最困难分离或分离要求高的组分放在最后进行分离。正确14、膜分离是用天然或人工合成膜，以外界能量或化学位差作推动力，对混合物进行分离、提纯和富集的方法。正确二、简答题1、萃取精馏的实质是什么？如何提高其选择性。1、实质：⑴原分离物系中两组分沸点相近，非理想性不大的物系，加入萃取剂的作用是萃取剂与其中一个组分或两个组分形成非理想溶液，从而改变了远组分间的相对挥发度，变化

值为x(A'—A')。s1s2s⑵当原溶液为非理想物系，以至形成恒沸物而难以分离，则萃取剂起稀释作用，从而减弱了原分子间的相互作用，使相对挥发度改变。其值为a，(1—x)(1—2x')。12s1lgS=x[a，—A，—A'(1—2x')]12s1s2s121⑴萃取剂本身性质的影响选择的萃取剂应与组分1形成正偏差非理想溶液，选择的萃取剂应与组分2形成负偏差非理想溶液或理想溶液。⑵物系本身性质的影响•••a；2>0'则x1>0.5；a；2<0'则x1<0.5。当不满足此条件时，可采用萃取剂中间采出的流程以避免上述情况。⑶萃取剂浓度的影响lgSgx，x=0.6一0.812ss2、什么是恒沸精馏，如何用三角相图求解恒沸剂用量。、恒沸精馏是在原溶液中添加恒沸剂S使其与溶液中至少一个组分形成最低恒沸物，以增大原组分间相对挥发度差的非理想溶液的多元精馏，形成的恒沸物从塔顶采出，塔釜引出较纯产品，最后将恒沸剂与组分分离。利用相图，作F与S连线BS及A连线，两线交点M便是总物料点，再由杠杆规则确定恒沸剂S的用量。FMS=F•-SM3、叙述用简捷法作普通精馏过程理论板数的步骤。简捷法计算理论板数步骤根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分。由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成。根据塔顶塔釜组成计算相应的温度、求出平均相对挥发度。用Fenske公式计算N。m用Underwood法计算R，并选适宜的操作回流比R。m确定适宜的进料位置。根据R,r,n，用Gilliland图求理论板数Nmm4、精馏过程的不可逆性表现在那些方面，节省精馏过程能耗有哪些措施。精馏过程的不可逆性流体流动，在流体流动时有压力降，当塔板数较多时，压力降也要加大，同时塔顶釜的温差也会加大，亦即W增大净传热(1)一定温度梯度的热量传递塔再沸器和冷凝器中介质存在温差，因温差传热过程而引起的有效能损失为D=QT（-HL）0TTHL（2）不同温度物流的直接混合，塔内上升蒸汽与下流液体直接接触产生热交换时的温差，是使精馏过程热力学下降的重要因素3）传质通过一定浓度梯度的质量传递或不同化学位物流的直接混合。即上升蒸汽与下流液体进行传质过程时，两相浓度与平衡浓度的差别。节省精馏过程能耗的一些措施：1）有效能的充分回收及利用；2）减少过程的净耗功；3）减少质量传递中的浓度梯度（Ay）；4）多效精馏；5）热泵精馏5、松弛法的开发思维是什么？具有何种物理意义，写出其基本方程。松弛法是仿照精馏过程由不稳定态趋向稳态的进程来求解，它用非稳定态的物料衡算方程，用物料衡算方法对每块板进行计算，每一时间间隔计算一次，每一次计算得到一组塔板上的液相组成，每一次得到的结果与上一次得到的组成稍有不同，重复这种计算将给出一组又一组的板上组成，当两次三次接连计算的结果不再变化时，表示板上的组成达到了稳定态，迭代次数代表计算过程时间。松弛法基本方程•••（X）=（x）+竺Ix+Vy-Vy-Lx]ijk+1jkEj-1「,j-1j+1i，j+1jijjijkj6、什么是设计变量，如何通过各单元设计变量确定装置的设计变量。在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。:.Nu=ZNe-工Ne+N—n（C+2）ivcr在装置中某一单元以串联的形式被重复使用，则用N以区别于一个这种单元于其他种单r元的联结情况，每一个重复单元增加一个变量。各个单元是依靠单元之间的物流而联结成一个装置，因此必须从总变量中减去那些多余的相互关联的物流变量数，或者是每一单元间物流附加（C+2）个等式。三、开发精馏过程的新算法需对哪几点做出选择和安排，以三对角矩阵法为例说明之，并写出MESH方程，指出该法的缺陷与改进。构成一个精馏塔模拟计算的算法。必须对下列三点作出选择和安排。迭代变量的选择。迭代变量的组织。一些变量的圆整和归一的方法以及迭代的加速方法。三对角矩阵法、流量加和法、组分物料平衡法（CMB法）、矩阵求逆法露点法的ME方程：将E方程代入消去xyyij1(V+G)y—(L+U)+Vy=—FzL15丿1—j-1kjjijjjkj+1i,j+1ji,j—1ij即：Ay+Byij+Cy=Dji，j—1jji,j+1j其中：A=L/kB=-[(V+G)+(L+U)/k]jj-1i,j—1jjjjjjC=VD=-Fzjj+1jjijBP法用于非理想性较强的物系，往往不收敛，除对初值有要求外，最主要是由M方程得到的液相组成x在没有收敛前，不满足的工x=1关系式，如果将这些组成直接返回第二ijij步运算，结果会发散。如果将得到的这些x值圆整，则x已不再满足M方程，将这些不满ijij足物料衡算的x值作为下次迭代的初值，对非理想物系必然不收敛。仲，高松提出用物料ij衡算来校正圆整后的液相组成，使之不仅满足S方程，也尽量符合M方程。四、已知某液体混合物中各组分的汽液平衡常数与温度的关系如下：组分组成(mol%)KC0.43—0.75+0.061C40.21—0.04+0.012tC50.36—0.17+0.011(1)求其常压下的该混合物的温度，误差判据可取0.001。(2)上述混合物若温度为340K，试分析是否有液相存在。(1)设t=50°C，则K=-0.75+0.06x50=2.25,K=0.56,K=0.33C3C4C5工Kx=2.25x0.23+0.56x0.45+0.33x0.32=0.8751<1ii调整温度：选C4为关键组分，则根据调整公式K=(Kg)Gmm-1iiK==0.64；由此得t=55.5CG20.8751则K=-0.75+0.06x55.5=2.58,K=0.626,K=0.385C3C4C5工Kx=2.58x0.23+0.626x0.45+0.385x0.32=0.999-1ii.•・t=55.5C(2)混合物温度为350K即77C时K=—0.75+0.06x77=3.87,K=0.884,K=0.6C3C4C5工Kx=3.87x0.23+0.56x0.884+0.33x0.6=1.583>1ii

即工Kx>1,T>TiiBTOC\o"1-5"\h\z工y..K=0.233.87+0.560.884+0.330.6=1.77>1ii即工y:'K>1,T<T混合物处于两相区••・有液相存在iiD五、第一段甲烷塔的进料组成和在塔压与平均温度下各组分的K如下:i组分H2C4CH24CH26CH36摩尔分率0.1280.25170.2310.3860.0033Ki261.70.340.240.051要求塔底乙烯的回收率为93.4%，塔顶甲烷回收率为98.9%，试确定:（1）指出关键组分，非关键组分，分配组分，非分配组分。（2）按清晰分割预算塔顶釜液的流量和组成。若为非清晰分割，试叙述计算方法和步骤。TOC\o"1-5"\h\z（1）关键组分为乙烯和甲烷，非关键组分为H2C2H6C3H622636按清晰分割，非分配组分为乙烯和甲烷，分配组分为H2C2H6C3H622636非清晰分割，非分配组分为所有组分（2）设进料量为100Kmol/h(1-93.4%)=39.618D=100x0.128+100x0.2512x98.9%+100x0.231x(1-93.4%)=39.618Kmol/h塔釜流量W=100-39.618=60.382Kmol/h其组成，塔顶H2100X0.128x100%=32.68%239.168CH4100xCH4100x0.2512x98.9%39.168*100%=63.43%C2HC2H4100x0.231x(1—63.4%)39.168x100%=3.89%塔釜CH4100塔釜CH4100x0.2512x(1—98.9%)60.832x100%=0.45%100x100x0.231x93.4%60.832=35.47%C2H6100x0.386x100%=63.45%60.832C3H6100x0.0033x100%=0.54%60.832CH24x100%3）若为非清晰分割，则假定在一定回流操作时，各板的组成与回流比操作是相同，用芬斯克公式反算塔顶塔釜组成，其计算步骤为⑶——清晰分割>x,xtT,TTa—Ntx,xtT,TTa—Ntx,xwiDiDWLHmwiDiDWLHmwiDI

六、拟进行吸收的某厂裂解气的组成在吸收塔内操作压为IMpa操作温度为308K下的相平衡常数如下：组分氢气甲烷乙烷丙烷异丁烷yN+15026.56.54.512.5Ki193.61.20.53计算操作液气比为最小液气比的1.15倍时异丁烷组分被吸收90%时所需的理论板数.丙烷的吸收率。设计上述吸收操作流程。(1)7关键组分为异丁烷申=0.94;当NTs时A=9=0.90关关关rl]=AK=0.9X0.53=0.477<V丿关关minL=1.3V=1.15X0.477=0.55min—=0.55..0.53=1.035VK关9—A9—Alg-9—1理0.9—1.0350.9—1——1=7.69lgAlglgA・••所需理论板数为8块an+1LVKC得=7,AiAN+1iiA0.5590.4587.69+1—0.4580.457==0.458丙烷1.2丙烷0.45845+81—1・丙烷的吸收率为0.457。(3)由于关键组分为重组分，故可选择吸收蒸出塔，流程如下

七、将含丙稀80%（摩尔）和丙烷20%的料液在常压下分离为含丙稀98.0%和3%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