分离工程习题2016

1、分离工程练习第1章第1章多组分蒸馏多组分蒸馏1。为了分离苯(1)、甲苯(2)和二甲苯(3)的三元混合物，蒸馏塔的进料、顶部产物和底部产物的组成如下：组分苯甲苯二甲苯顶部产物0.995 0.005 0底部产物0.005 0.744 0.251进料0.600 0 0.300 0 0.100塔试着找出：(1)顶部冷凝器和塔底部的温度。(通过改进的平衡常数法计算，塔的顶部和底部的初始温度值均设置为90)(2)如果进料温度为92，确定进料相状态。假设液相遵循拉乌尔定律，气相可以视为理想气体。三种组分的蒸气压由以下公式计算得出：kt MMH gp TP TP I s s s s s s=)04.58/(9

2、9.33661390.16升)67.53/(52.30960137.16升)36.52/(51.27889008.15)，22。378.9 21=使用此对数值计算wilson常数12和21，并在x1=0.1665(摩尔分数)时计算泡点温度和气相组成y1。众所周知，异丙醇和水的蒸气压可通过以下公式计算：kt mmhgp TP I s s s s s s=)13.46/(44.38163036.18 ln)54.53/(20.36406929.18 ln 21。系统处于正常压力下。(提示：当试差为12和21时，初始值为12=0.1327)。3.60%(摩尔分数)苯、25%甲苯和15%对二甲苯的混合

3、物能在101.3千帕和100下闪蒸吗？如果闪蒸是可能的，尝试计算液体和气体产品的数量和组成。人们认为这种物质是一种理想的溶液。人们认为这种物质是一种理想的溶液。各组分的蒸气压按下式计算(Ps单位为Pa，度日为k):苯：(36.5251.27887936.20ln 1=TP S甲苯：(67.5352.30969065.20ln 2=TP S对二甲苯：(84.5765.3346981.20LN3=牛顿切线法迭代计算，|G(e)|0.005视为收敛)通过常规蒸馏分离下列烃混合物：CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4(烷烃)摩尔% 0.52 24.9 8.83 8.7 3.05 54.

4、0该工艺规定塔顶液中C4浓度不大于0.002，塔底残液中C3H8不大于0.00。5.在精馏塔中分离苯(b)、甲苯(t)、二甲苯(x)和枯烯(c)的四元混合物。进料速率为200毫升/小时，进料组成(摩尔分数)为zB=0.2，zT=0.1，zX=0.4。塔顶采用全冷凝器，饱和液体回流。相对波动率数据为BT=2.25，TT=1.0，XT=0.33，CT=0.21。釜液中异丙苯和馏出液中甲苯的回收率分别为99.8%和99.5%。找到最小理论塔板数和全回流操作下的组分分布。(提示：首先确定关键成分，重新计算相对波动率，然后根据芬斯克公式计算成分分布)。6.进料液体的组成如下：丙烯、丙烷和异丁烷的摩尔分数

5、为0.78110.21050.0084，将其加入常规蒸馏塔中，在泡点进行分离。要求塔顶产物中丙烯的摩尔分数为99.5%，塔底产物中丙烯的摩尔分数为5%。试算：(1)分离出所需的Rm，取R=2Rm，计算出所需的理论板数n.(2)如果塔顶精制丙烯产品中精制丙烯的浓度达到99.7%，而塔底的组成保持不变，则尝试计算此时的能耗与99.5%产品的产量相比增加了多少。众所周知，12=1.12184，22=1.0，32=0.54176。第二章第二章专项整治专项整治1。一家合成橡胶厂想通过萃取蒸馏分离丁烯-1(1)和丁二烯-2 (2)，使用乙腈作为萃取剂，进料液量为100 mmol/h，丁烯-1含量为0.7，

6、丁二烯含量为0.3(摩尔分数)，在露点下加入塔中。塔内萃取剂浓度基本保持在xS=0.8。该工艺要求从底液中脱除腈后丁二烯的纯度达到99.5%；塔顶丁二烯浓度小于0.05%，乙腈含量小于0.1%。尝试计算所需的理论塔板数和溶剂量。众所周知，当xS=0.8，12/s=1.67，1s=19.2，2s=11.5，r=1.5rm时。2.对于由乙酸乙酯和乙醇组成的二元体系，在常压下，气相可视为理想气体，液相的活度系数可用范拉尔方程计算。范拉尔常数是A12=0.8552和A21=0.7526。试着判断这个系统在72.6摄氏度时是否是共沸混合物？如果是，它的组成是什么？众所周知，两种组分的蒸气压可以根据下式计

7、算：乙酸乙酯：乙醇：ln./(。)ln./(。)PTP MMHg PTTKSI S 1 2 1615162790505715 1891193803984168=3，通过共沸蒸馏分离二元混合物，加入夹带剂S和组分。将空气冷却器的进气口和出气口温度分别设置为35和45，并要求空气冷却器的有效温差为10。(1)尝试估计塔的最小操作压力。(2)计算共沸混合物的组成。众所周知，组分A和夹带剂S的饱和蒸汽压分别由下列方程计算./(。)ln./(。)pt pt pm mhg tk sa ss si=1575272766635050 1665132940463593。两者的活度系数由下式估算。第三章吸收和吸收

8、1。工厂脱乙烷塔塔顶气体组成如下：组分C2H6 C2H4 C2H2的总摩尔分数为12.6 87.0 0.4 100。丙酮被用作去除乙炔的吸收剂。工作压力为18绝对压力，工作温度为-20。在此条件下，各组分的相对平衡常数K为K C2H6=3.25 K C2H4=2.25 K C2H2=0.3乙炔寻求：(1)完成此任务所需的最小液气比。(2)取操作最小液气比1.83倍所需的理论塔板数。(3)塔内各组分的回收率和尾气的组成。(4)进料速度为100摩尔/小时，应在塔顶加入一定量的吸收剂丙酮。2.气体混合物中的SO2被水吸收。此时，在水溶液中发生以下电离过程：SO2 H2O H HSO3-吸收温度为20

9、，并进行常压操作。试找出：当气相中SO2的摩尔分数为0.04时，水中SO2吸收的平衡总浓度为千克二氧化硫/立方米。众所周知，电离过程的平衡常数是K HHSO，所以=3 2 23 1710。/，SO2在20的溶解度常数为HatmKmol m SO2 0613 3=。/(/)。3.一级不可逆反应的化学吸收过程。已知k1=10-4m/s，dl=1.510-9m2/s。试讨论：(1)当反应速率常数k1*高于什么值时，快速反应过程将在液膜中进行；当k1*低于什么值时，液体流动的主体会发生缓慢反应？(2)如果k1*=0.1S-1，液相体积与液膜体积之比大于1多少，反应能在液相体积中完成吗？(3)如果1=3

10、0，k1*=0.2S-1，尝试找到增强因子。4.在25下，用浓度为0.8千摩尔/立方米的氢氧化钠溶液计算CO2的吸收率NA。已知k1=210-4m/s，CO2溶解度常数H PaKmol m CO2 3 106 3=/(/)，气相中CO2分压pA=105Pa，扩散系数DAL=DBL=1.510-9 m2/s，kg=310-2 mmol/(m2.s.atm)，和反应速率常数(提示：CAi=pA/HA可在计算中首先假设，然后修正)。5.亨利系数透明质酸=0.5大气压/(摩尔分数)的水溶性气体a，亨利系数透明质酸=50000大气压/(摩尔分数)的水不溶性气体b。溶液的摩尔密度为厘米=55.6毫摩尔/立

11、方米。(1)如果是物理吸收，计算这两种气体的气膜阻力和液膜阻力之比。此时，k1=10-3厘米/秒，kg=1.6710-5毫升/(平方厘米.秒.大气压)。(2)尝试分析哪种气体的化学吸收增强效应对快速反应会更大。6.空气中含有的有害杂质需要去除，其含量应由0.1%降至0.02%(摩尔)。尝试计算以下三种逆流吸收的填料层高度：(1)纯水吸收，已知kga=32kmol/(m3.h.atm)和kla=0.1 (l/h)。在纯水中的溶解度常数为透明质酸=0.125大气压/(克摩尔/立方米)，气液两相流速分别为升=63.5克摩尔/平方米小时和伏=9.1克摩尔/平方米小时。液相的摩尔密度为厘米=56.1摩尔/立方米。大气吸收。(2)用强酸溶液吸收，CB=0.8千摩尔/立方米(0.8N)。给定DAL=DBL，kAL=kBL，反应是瞬