分離過(guò)程例題與習(xí)課后題集.doc

化學(xué)工程與工藝教學(xué)改革系列參考書(shū)分離過(guò)程例題與習(xí)題集葉慶國(guó) 鐘立梅 主編化工學(xué)院化學(xué)工程教研室前 言化學(xué)工程與工藝專業(yè)所在的化學(xué)工程與技術(shù)一級(jí)學(xué)科屬于山東省“重中之重”學(xué)科，一直處于山東省領(lǐng)先地位，而分離工程是該專業(yè)二門(mén)重要的必修專業(yè)課程之一。該課程利用物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、傳遞過(guò)程原理等基礎(chǔ)基礎(chǔ)知識(shí)中有關(guān)相平衡熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、分子及共聚集狀態(tài)的微觀機(jī)理，傳熱、傳質(zhì)和動(dòng)量傳遞理論來(lái)研究化工生產(chǎn)實(shí)際中復(fù)雜物系分離和提純技術(shù)。傳統(tǒng)的教學(xué)方法的突出的弊端就是手工計(jì)算工程量大，而且結(jié)果不準(zhǔn)確。同時(shí)由于現(xiàn)代化化學(xué)工業(yè)日趨集成化、自動(dòng)化、連續(xù)化，學(xué)生能學(xué)到的東西越來(lái)越少。所以，傳統(tǒng)的教學(xué)模式不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對(duì)高水平工業(yè)工程師的需求，開(kāi)展分離工程課程教學(xué)方法與教學(xué)手段課題的研究與實(shí)踐，對(duì)我們的學(xué)生能否承擔(dān)起現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的重任，與該課程的教學(xué)質(zhì)量關(guān)系重大，因此對(duì)該門(mén)課程進(jìn)行教學(xué)改革具有深遠(yuǎn)意義。分離工程課程的改革主要包括多媒體輔助教學(xué)課件的開(kāi)發(fā)、分離工程例題與習(xí)題集、分離工程試題庫(kù)的編寫(xiě)等工作。目前全國(guó)各高校化學(xué)工程與工藝專業(yè)使用的教材一般均為由化學(xué)工程與工藝專業(yè)委員會(huì)組織編寫(xiě)的化工分離過(guò)程(陳洪鈁主編，化學(xué)工業(yè)出版社)，其他類(lèi)似的教材已出版了十余部。這些教材有些還未配習(xí)題，即便有習(xí)題，也無(wú)參考答案，而至今沒(méi)有一本與該課程相關(guān)的例題與習(xí)題集的出版。因此編寫(xiě)這樣一本學(xué)習(xí)參考書(shū)，既能發(fā)揮我校優(yōu)勢(shì)，又符合形勢(shì)需要，填補(bǔ)參考書(shū)空白，具有良好的應(yīng)用前景。分離工程學(xué)習(xí)指導(dǎo)和習(xí)題集與課程內(nèi)容緊密結(jié)合，習(xí)題貫穿目前已出版的相關(guān)教材，有解題過(guò)程和答案，部分題目提供多種解題思路及解題過(guò)程，為學(xué)生的課堂以及課后學(xué)習(xí)提供了有力指導(dǎo)。 編者 2006年3月目錄第一章 緒論1第二章 單級(jí)平衡過(guò)程5第三章 多組分精餾和特殊精餾18第四章 氣體吸收23第五章 液液萃取26第六章 多組分多級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算27第七章 吸附33第八章 結(jié)晶34第九章 膜分離35第十章 分離過(guò)程與設(shè)備的選擇與放大36第一章 緒論1. 列出5種使用ESA和5種使用MSA的分離操作。答：屬于ESA分離操作的有精餾、萃取精餾、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精餾。屬于MSA分離操作的有萃取精餾、液-液萃取、液-液萃?。p溶劑）、吸收、吸附。2. 比較使用ESA與MSA分離方法的優(yōu)缺點(diǎn)。答：當(dāng)被分離組分間相對(duì)揮發(fā)度很小，必須采用具有大量塔板數(shù)的精餾塔才能分離時(shí)，就要考慮采用萃取精餾（MSA），但萃取精餾需要加入大量萃取劑，萃取劑的分離比較困難，需要消耗較多能量，因此，分離混合物優(yōu)先選擇能量媒介(ESA)方法。3. 氣體分離與滲透蒸發(fā)這兩種膜分離過(guò)程有何區(qū)別？答：氣體分離與滲透蒸發(fā)式兩種正在開(kāi)發(fā)應(yīng)用中的膜技術(shù)。氣體分離更成熟些，滲透蒸發(fā)是有相變的膜分離過(guò)程，利用混合液體中不同組分在膜中溶解與擴(kuò)散性能的差別而實(shí)現(xiàn)分離。4. 海水的滲透壓由下式近似計(jì)算：=RTC/M，式中C為溶解鹽的濃度，g/cm3；M為離子狀態(tài)的各種溶劑的平均分子量。若從含鹽0.035 g/cm3的海水中制取純水，M=31.5，操作溫度為298K。問(wèn)反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應(yīng)為多少kPa?答：滲透壓=RTC/M8.3142980.035/31.5=2.753kPa。 所以反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應(yīng)為2.753kPa。5. 假定有一絕熱平衡閃蒸過(guò)程，所有變量表示在所附簡(jiǎn)圖中。求：（1） 總變更量數(shù)Nv; （2） 有關(guān)變更量的獨(dú)立方程數(shù)Nc；（3） 設(shè)計(jì)變量數(shù)Ni;（4） 固定和可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù)Nx , Na；（5） 對(duì)典型的絕熱閃蒸過(guò)程，你將推薦規(guī)定哪些變量？思路1：3股物流均視為單相物流，總變量數(shù)Nv=3(C+2)=3c+6獨(dú)立方程數(shù)Nc物料衡算式 C個(gè) 熱量衡算式1個(gè) 相平衡組成關(guān)系式C個(gè)1個(gè)平衡溫度等式1個(gè)平衡壓力等式 共2C+3個(gè)故設(shè)計(jì)變量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定設(shè)計(jì)變量NxC+2,加上節(jié)流后的壓力，共C+3個(gè) 可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na0解：（1） Nv = 3 ( c+2 )（2） Nc 物 c 能 1 相 c 內(nèi)在(P，T) 2 Nc = 2c+3（3） Ni = Nv Nc = c+3（4） Nxu = ( c+2 )+1 = c+3（5） Nau = c+3 ( c+3 ) = 0 思路2：輸出的兩股物流看成是相平衡物流，所以總變量數(shù)Nv=2(C+2)獨(dú)立方程數(shù)Nc：物料衡算式 C個(gè) ，熱量衡算式1個(gè) ,共 C+1個(gè)設(shè)計(jì)變量數(shù) Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定設(shè)計(jì)變量Nx:有 C+2個(gè)加上節(jié)流后的壓力共C+3個(gè) 可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na：有06. 滿足下列要求而設(shè)計(jì)再沸汽提塔見(jiàn)附圖，求：（1） 設(shè)計(jì)變更量數(shù)是多少？（2） 如果有，請(qǐng)指出哪些附加變量需要規(guī)定？解： Nxu 進(jìn)料 c+2壓力 9c+11=7+11=18Nau 串級(jí)單元 1 傳熱 1 合計(jì) 2NVU = Nxu+Nau = 20附加變量：總理論板數(shù)。7. 附圖為熱藕合精餾系統(tǒng)，進(jìn)料為三組分混合物，采出三個(gè)產(chǎn)品。確定該系統(tǒng)：（1） 設(shè)計(jì)變量數(shù); （2） 指定一組合理的設(shè)計(jì)變量。解: Nxu 壓力 N+M+1+1進(jìn)料 c+2 合計(jì) N+M+c+4 ( c = 3 ) Nau 串級(jí) 6分配器 1側(cè)線 3傳熱 2 10 Nvu = N+M+3+4 = N+M+198. 利用如附圖所示的系統(tǒng)將某混合物分離成三個(gè)產(chǎn)品。試確定：（1） 固定設(shè)計(jì)變量數(shù)和可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù);（2） 指定一組合理的設(shè)計(jì)變更量解: Nxu 進(jìn)料 c+2 壓力 N+M+1+1+1 c+N+M+5Nau 串級(jí) 4 分配 1 側(cè)線 1 傳熱 4 109. 采用單個(gè)精餾塔分離一個(gè)三組分混合物為三個(gè)產(chǎn)品(見(jiàn)附圖),試問(wèn)圖中所注設(shè)計(jì)變量能否使問(wèn)題有唯一解?如果不,你認(rèn)為還應(yīng)規(guī)定哪個(gè)(些)設(shè)計(jì)變量?解: NXU 進(jìn)料 c+2 壓力 40+1+1 c+44 = 47Nau 3+1+1+2 = 7Nvu = 54設(shè)計(jì)變量：回流比，餾出液流率。第二章 單級(jí)平衡過(guò)程1. 計(jì)算在0.1013MPa和378.47K下苯(1)-甲苯(2)-對(duì)二甲苯(3)三元系，當(dāng)x=0.3125，x=0.2978，x=0.3897時(shí)的K值。汽相為理想氣體，液相為非理想溶液。并與完全理想系的K值比較。已知三個(gè)二元系的Wilson方程參數(shù)。 ; ; (單位：J/mol)在T=378.47K時(shí)液相摩爾體積為： ； ； 安托尼公式為： 苯：； 甲苯：； 對(duì)二甲苯：；()解1：由Wilson參數(shù)方程 =1.619 =0.629同理： ； ；由Wilson方程： ； ；根據(jù)安托尼方程： ； ；由式(2-38)計(jì)算得： ； ；如視為完全理想系，根據(jù)式(2-36)計(jì)算得： ； ；解2：在T=378.47K下苯： ； =207.48Kpa甲苯： ； =86.93Kpa對(duì)二甲苯：；=38.23KpaWilson方程參數(shù)求取=0.9132 =1.019 =1.2752故 而完全理想系：2. 一液體混合物的組成為：苯0.50；甲苯0.25；對(duì)二甲苯0.25(摩爾分率)。分別用平衡常數(shù)法和相對(duì)揮發(fā)度法計(jì)算該物系在100kPa式的平衡溫度和汽相組成。假設(shè)為完全理想系。解1：(1)平衡常數(shù)法： 設(shè)T=368K 用安托尼公式得： ； ； 由式(2-36)得： ； ； ； ； ； 由于1.001，表明所設(shè)溫度偏高。 由題意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得： 可得 重復(fù)上述步驟： ； ； ； ； ； 在溫度為367.78K時(shí)，存在與之平衡的汽相，組成為：苯0.7765、甲苯0.1511、對(duì)二甲苯0.066675。(2)用相對(duì)揮發(fā)度法： 設(shè)溫度為368K，取對(duì)二甲苯為相對(duì)組分。計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度的： ； ；組分i苯(1)甲苯(2)對(duì)二甲苯(3)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.90350.58830.25003.74180.77600.15720.06681.0000解2：(1)平衡常數(shù)法。假設(shè)為完全理想系。設(shè)t=95苯： ； 甲苯： ；對(duì)二甲苯：；選苯為參考組分：；解得T2=94.61；=0.6281=0.2665故泡點(diǎn)溫度為94.61，且；(2)相對(duì)揮發(fā)度法設(shè)t=95，同上求得=1.569，=0.6358，=0.2702，故泡點(diǎn)溫度為95，且；3. 一烴類(lèi)混合物含甲烷5%(mol)，乙烷10%，丙烷30%及異丁烷55%，試求混合物在25時(shí)的泡點(diǎn)壓力和露點(diǎn)壓力。解1：因?yàn)楦鹘M分都是烷烴，所以汽、液相均可以看成理想溶液，值只取決于溫度和壓力?？墒褂脽N類(lèi)的P-T-K圖。 泡點(diǎn)壓力的計(jì)算：75348 假設(shè)P=2.0MPa，因T=25，查圖求組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)0.050.100.300.551.008.51.80.570.260.4250.180.1710.1430.919=0.9191，說(shuō)明所設(shè)壓力偏高，重設(shè)P=1.8MPa組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)0.050.100.300.551.009.41.950.620.280.470.1950.1860.1541.005=1.0051，故泡點(diǎn)壓力為1.8MPa。 露點(diǎn)壓力的計(jì)算：假設(shè)P=0.6MPa，因T=25,查圖求組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)0.050.100.300.551.0026.05.01.60.640.00190.020.18750.85941.0688=1.06881.00，說(shuō)明壓力偏高，重設(shè)P=0.56MPa。組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)0.050.100.300.551.0027.85.381.690.680.00180.01860.17750.80881.006=1.0061，故露點(diǎn)壓力為0.56MPa。解2：(1)求泡點(diǎn)壓力：設(shè)P1=1000KPa，由25，1000KPa，查P-T-K列線圖得=16.5=3.2=1.0=0.43所以選異丁烷為參考組分，查得P=1771KPa在此條件下求得=1.021，繼續(xù)調(diào)整，查得P=1800KPa求得：，故混合物在25的泡點(diǎn)壓力為1800KPa序號(hào)組分1000KPa2000KPa1770KPa1800KPa1甲烷0.0516.50.8258.40.429.60.489.40.472乙烷0.103.20.321.750.1751.950.1951.920.1923丙烷0.301.00.300.570.1710.630.1890.620.1864異丁烷0.550.430.240.2560.1410.2850.1570.2790.1531.001.680.9071.001(2)求露點(diǎn)壓力設(shè)P1=1000KPa，由25，1000KPa，查P-T-K列線圖得=16.5=3.2=1.0=0.43所以選異丁烷為參考組分由25，=0.694查得P=560KPa，查得各組分的值求得故混合物在25時(shí)的露點(diǎn)壓力為560KPa序號(hào)組成組成1000KPa560KPa1甲烷0.0516.50.00327.50.0022乙烷0.103.20.0315.200.0193丙烷0.301.00.301.700.1764異丁烷0.550.431.280.6940.7931.6140.9904. 含有80%(mol)醋酸乙酯(A)和20%乙醇(E)的二元物系，液相活度系數(shù)用Van Laar方程計(jì)算，=0.144，=0.170。試計(jì)算在101.3kPa壓力下的泡點(diǎn)溫度和露點(diǎn)溫度。安托尼方程為： 醋酸乙酯： 乙醇： (PS：Pa ；T：K)解1：泡點(diǎn)溫度 此時(shí)， 設(shè)T=350K 所以泡點(diǎn)溫度為350K。露點(diǎn)溫度此時(shí)，設(shè)T=350K， 設(shè)， 所以露點(diǎn)溫度為350K。解2：(1)計(jì)算活度系數(shù)：=1.0075=1.107(2)計(jì)算泡點(diǎn)溫度設(shè)T=353.15K(80)調(diào)整解得T2=349.65，即T2=76.50=11.504=11.453=0.9857=1.0288故泡點(diǎn)溫度為76.5(3)計(jì)算露點(diǎn)溫度設(shè)T=353.15K(80)解得T2=349.67K(76.52)=11.505=11.454故露點(diǎn)溫度為76.525. 設(shè)有7個(gè)組分的混合物在規(guī)定溫度和壓力下進(jìn)行閃蒸。用下面給定的K值和進(jìn)料組成畫(huà)出Rachford-Rice閃蒸函數(shù)曲線圖。的間隔取0.1，并由圖中估計(jì)出的正確根值。組分1234567zi0.00790.13210.08490.26900.05890.13210.3151Ki16.25.22.01.980.910.720.28解：計(jì)算過(guò)程如下表所示：1234567=0-0.12008-0.55482-0.08490-0.263620.005300.038990.22687-0.7543=0.1-0.04765-0.39072-0.07718-0.240090.005350.038050.24447-0.4678=0.2-0.02972-0.30153-0.07075-0.220420.005400.039180.26504-0.3128=0.3-0.02160-0.24550-0.06530-0.203730.005450.040380.28378-0.2009=0.4-0.01696-0.20702-0.06064-0.189380.005500.041650.31864-0.1082=0.5-0.01396-0.17897-0.05660-0.176930.005550.043010.35449-0.0234=0.6-0.01187-0.15762-0.05306-0.166010.005600.044460.399420.0609=0.7-0.01031-0.14082-0.04994-0.156360.005660.046010.457400.1516=0.8-0.00913-0.12725-0.04717-0.147770.005710.047670.535080.2571=0.9-0.00818-0.11607-0.04468-0.140070.005770.049450.644520.3907=1-0.00741-0.10670-0.04245-0.133140.005830.051370.810260.5778根據(jù)上表所得數(shù)據(jù)畫(huà)圖：由曲線圖得：=0.5276. 組成為60%(mol)苯，25%甲苯和15%對(duì)二甲苯的100kmol液體混合物，在101.3kPa和100下閃蒸。試計(jì)算液體和氣體產(chǎn)物的量和組成。假設(shè)該物系為理想溶液。用安托尼方程計(jì)算蒸氣壓。解：在373K下 苯： 甲苯： 對(duì)二甲苯： 計(jì)算混合組分的泡點(diǎn)TB TB=364.076K 計(jì)算混合組分的露點(diǎn)TD TD=377.83K此時(shí)：x1=0.38，x2=0.3135，x3=0.3074，L=74.77kmol； y1=0.6726，y2=0.2285，y3=0.0968，V=25.23kmol。7. 用圖中所示系統(tǒng)冷卻反應(yīng)器出來(lái)的物料，并從較重?zé)N中分離輕質(zhì)氣體。計(jì)算離開(kāi)閃蒸罐的蒸汽組成和流率。從反應(yīng)器出來(lái)的物料溫度811K，組成如下表。閃蒸罐操作條件下各組分的K值：氫-80；甲烷-10；苯-0.01；甲苯-0.004組分流率，mol/h氫200甲烷200苯50甲苯10解：以氫為1，甲烷為2，苯為3，甲苯為4?？傔M(jìn)料量為F=460kmol/h，又K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004由式(2-72)試差可得：=0.87，由式(2-68)計(jì)算得：y1=0.4988，y2=0.4924，y3=0.008，y4=0.0008；V=400.2mol/h。8. 下圖所示是一個(gè)精餾塔的塔頂部分。圖中以表示出總精餾物的組成，其中10%(mol)作為汽相采出。若溫度是311K，求回流罐所用壓力。給出該溫度和1379kPa壓力下的K值為：C2-2.7；C3-0.95；C4-0.34，并假設(shè)K與壓力成正比。解：由圖中可知zC2=0.10，zC3=0.20，zC4=0.70；由題意知：，=0.1，由式(2-72)試差得：P=2179kPa。9. 在101.3kPa下，對(duì)組成為45%(摩爾)正己烷，25%正庚烷及30%正辛烷的混合物。 求泡點(diǎn)和露點(diǎn)溫度 將此混合物在101.3kPa下進(jìn)行閃蒸，使進(jìn)料的50%汽化。求閃蒸溫度，兩相的組成。解：因?yàn)楦鹘M分都是烷烴，所以汽、液相均可看成理想溶液，KI只取決于溫度和壓力，可使用烴類(lèi)的P-T-K圖。 泡點(diǎn)溫度計(jì)算得：TB=86。 露點(diǎn)溫度計(jì)算得：TD=100。由式(2-76)求T的初值為93，查圖求KI組分正己烷正庚烷正辛烷zi0.450.250.30Ki1.920.880.410.2836-0.0319-0.2511所以閃蒸溫度為93。由式(2-77)、(2-68)計(jì)算得：xC6=0.308，xC7=0.266，xC8=0.426yC6=0.591，yC7=0.234，yC8=0.175所以液相中含正己烷30.8%，正庚烷26.6%，正辛烷42.6%； 汽相中含正己烷59.1%，正庚烷23.4%，正辛烷17.5%。第三章 多組分精餾和特殊精餾1. 在一精餾塔中分離苯(B)，甲苯(T)，二甲苯(X)和異丙苯(C)四元混合物。進(jìn)料量200mol/h，進(jìn)料組成zB=0.2,zT=0.1,zX=0.4(mol)。塔頂采用全凝器，飽和液體回流。相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)為：=2.25，=1.0，=0.33，=0.21。規(guī)定異丙苯在釜液中的回收率為99.8%，甲苯在餾出液中的回收率為99.5%。求最少理論板數(shù)和全回流操作下的組分分配。解：根據(jù)題意頂甲苯(T)為輕關(guān)鍵組分，異丙苯(C)為重關(guān)鍵組分，則苯(B)為輕組分，二甲苯(X)為中間組分。以重關(guān)鍵組分計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度。由分離要求計(jì)算關(guān)鍵組分在塔頂釜的分配。所以由與求出非關(guān)鍵組分的分布苯： =0，=2000.2=40Kmol/h二甲苯：，+=2000.1=20求得=1.06，=18.94，物料平衡結(jié)果見(jiàn)下表：組分苯(B)0.2400.39600甲苯(T)0.359.90.5920.30.003異丙苯(C)0.40.160.00279.840.806100.921.0099.081.002. 在101.3Kpa壓力下氯仿(1)-甲醇(2)系統(tǒng)的NRTL參數(shù)為： =8.9665J/mol，=-0.83665J/mol，=0.3。試確定共沸溫度和共沸組成。安托尼方程(：Pa；T：K)氯仿：甲醇：解：設(shè)T為53.5則 =76990.1=64595.6由，=0.06788=1.2852=-=0.1755求得=0.32=1.2092=0.8971=69195.98Pa101.3kPa設(shè)T為60則=95721.9=84599.9-=0.1235設(shè)T為56則=83815.2=71759.3-=0.1553當(dāng)-=0.1553時(shí)求得=0.30=1.1099=0.9500=75627.8Pa101.3kPa3. 某1、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為，端值常數(shù)與溫度的關(guān)系：A=1.7884-4.2510-3T (T，K)蒸汽壓方程為 (P：kPa：T：K)假設(shè)汽相是理想氣體，試問(wèn)99.75Kpa時(shí)系統(tǒng)是否形成共沸物？共沸溫度是多少？解：設(shè)T為350K則A=1.7884-4.2510-3350=1.7884-1.4875=0.3009 ；=91.0284 kPa ；=119.2439 kPa 因?yàn)樵诤惴悬c(diǎn) 由得 解得：=0.9487=0.0513；=1.0008；=1.3110P=1.00080.948791.0284+1.31100.0513119.2439=95.0692 kPa設(shè)T為340K則A=1.7884-4.2510-3340=0.3434；=64.7695 kPa；=84.8458 kPa由；解得：=0.8931=1-0.8931=0.1069；=1.0039；=1.3151P=1.00390.893164.7695+1.31510.106984.8458=69.9992 kPa設(shè)T為352K則A=1.7884-4.2510-3352=0.2924；=97.2143 kPa；=127.3473 kPa由；=0.9617=1-0.9617=0.0383；=1.0004；=1.3105P=1.00040.961797.2143+1.31050.0383127.3473=99.9202 kPa說(shuō)明系統(tǒng)形成共沸物，其共沸溫度為352K。判斷，而=1.313，=1.002 ，且， 故形成最低沸點(diǎn)恒沸物，恒沸物溫度為344.5K。第四章 氣體吸收1.某原料氣組成如下：組分 CH4 C2H6 C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12 n-C6H14y0(摩爾分率) 0.7650.045 0.0350.025 0.0450.0150.0250.045先擬用不揮發(fā)的烴類(lèi)液體為吸收劑在板式塔吸收塔中進(jìn)行吸收，平均吸收溫度為38，壓力為1.013Mpa，如果要求將i-C4H10回收90%。試求：(1) 為完成此吸收任務(wù)所需的最小液氣比。(2) 操作液氣比為組小液氣比的1.1倍時(shí)，為完成此吸收任務(wù)所需理論板數(shù)。(3) 各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成。(4) 求塔底的吸收液量解：(1)最小液氣比的計(jì)算：在最小液氣比下 N=，A關(guān)=關(guān)=0.0.85=0.56 0.85=0.476(2)理論板數(shù)的計(jì)算：操作液氣比=1.20.476=0.5712(3)尾氣的數(shù)量和組成計(jì)算：非關(guān)鍵組分的吸收率被吸收的量為，塔頂尾氣數(shù)量塔頂組成按上述各式計(jì)算，將結(jié)果列于下表組分Kmol/hKiCH476.517.40.0330.0322.52473.980.920C2H64.53.750.1520.1520.6843.8160.047C3H83.51.30.4390.4361.5261.9740.025i-C4H102.50.561.020.852.1250.3750.0047n-C4H104.50.41.4280.954.2750.2250.0028i-C5H121.50.183.171.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.971.002.5000.00.0n-C6H144.50.05610.21.004.5000.00.0合計(jì)100.0-19.81080.190(4)塔底的吸收量塔內(nèi)氣體平均流率：Kmol/h塔內(nèi)液體平均流率： 而，即100+=80.37+聯(lián)立求解得=61.33Kmol/h. =41.70Kmol/h解2：由題意知，i-C4H10為關(guān)鍵組分由P=1.013Mpa，t平=38查得K關(guān)=0.56 (P-T-K圖)(1)在最小液氣比下 N=，A關(guān)=中關(guān)=0.9=0.56 0.9=0.504(2)=1.10.504=0.5544所以 理論板數(shù)為(3)它組分吸收率公式 ，計(jì)算結(jié)果如下：組分進(jìn)料量相平衡常數(shù)Ki被吸收量塔頂尾氣數(shù)量組成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4H104.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-C5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6H144.50.0569.91.004.5000.00.0合計(jì)100.0-19.81080.190 以CH4為例：=V1(CH4)=(1-)VN+1=(1-0.032)76.5=74.05（3） 塔內(nèi)氣體平均流率：Kmol/h塔內(nèi)液體平均流率：L=由=0.5544=40.05Kmol/h第五章 液液萃取第六章 多組分多級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算1. 某精餾塔共有三個(gè)平衡級(jí)，一個(gè)全凝器和一個(gè)再沸器。用于分離由60%(mol)的甲醇，20%乙醇和20%正丙醇所組成的飽和液體混合物。在中間一級(jí)上進(jìn)料，進(jìn)料量為1000kmol/h。此塔的操作壓力為101.3kPa。餾出液量為600kmol/h?；亓髁繛?000kmol/h。飽和液體回流。假設(shè)恒摩爾流。用泡點(diǎn)法計(jì)算一個(gè)迭代循環(huán)，直到得出一組新的Ti 值。安托尼方程：甲醇：乙醇：正丙醇： (T：K ；PS：Pa)提示：為開(kāi)始迭代，假定餾出液溫度等于甲醇的正常沸點(diǎn)，而塔釜溫度等于其它兩個(gè)醇的正常沸點(diǎn)的算術(shù)平均值，其它級(jí)溫按線性內(nèi)插。解：餾出液量D = U1= 600kmol/h，L1= 2000kmol/h，由圍繞全凝器的總物料衡算得V2=L1+U1=2600kmol/h。由安托尼方程算出物料的沸點(diǎn)得：T甲醇 =337.65K，T乙醇 =351.48K，T正丙醇 =370.35K。假定餾出液溫度等于甲醇的正常沸點(diǎn)，而塔釜溫度等于其它兩個(gè)醇的正常沸點(diǎn)的算術(shù)平均值，其它級(jí)溫按線性內(nèi)插。迭代變量的初值列于下表級(jí)序號(hào)，jVj，mol/hTj，K級(jí)序號(hào)，jVj，mol/hTj，K10337.6542600355.0122600343.4452600360.7932600349.22在假定的級(jí)溫度及101.3kPa壓力下，由安托尼方程得到的K值為：組分Ki,j12345甲醇11.251.551.912.33乙醇0.560.720.911.151.43正丙醇0.250.330.420.540.69第1個(gè)組分甲醇的矩陣方程推導(dǎo)如下當(dāng)V1 = 0，Gj = 0(j =1，5)時(shí)，從式(4-19)可得所以，A5 =V5+F3 U1 =2600+1000 600=3000類(lèi)似得，A4 =3000，A3 =2000和A2 =2000當(dāng)V1=0和Gj =0時(shí)，由式(4-20)可得因此，B5 = F3U1+V5K1,5=1000 600+26002.33= 6458同理，B4 = 7966，B3 = 7030，B2= 5250和B1= 2600由式(4-21)得：D3 = 10000.60= 600kmol/h相類(lèi)似 D1 = D2 = D4 = D5 = 0將以上數(shù)值代入式(4-23)，得到：用式(4-26)和(4-27)計(jì)算pj和qj按同樣方法計(jì)算，得消元后的方程顯然，由式(4-28b)得 x1,5 = 0.134依次用式(4-28a)計(jì)算，得x1,4 =0.288，x1,3 =0.494，x1,3 =0.723，x1,1 =0.904以類(lèi)似方式解乙醇和正丙醇的矩陣方程得到xi,j組分xi,j12345甲醇0.9040.7230.4940.2880.134乙醇0.1550.2160.2230.1890.138正丙醇0.0350.1060.2140.3290.4501.0941.0450.9310.8060.722在這些組成歸一化以后，用式(4-3)迭代計(jì)算101.3kPa壓力下的泡點(diǎn)溫度并和初值比較。12345T(1)337.65343.44349.22355.01360.79T(2)339.94342.23345.82350.81357.40第1次迭代結(jié)束。2. 分離苯(B)、甲苯(T)和異丙苯(C)的精餾塔，塔頂采用全凝器。分析釜液組成為：xB = 0.1(mol)，xT = 0.3，xC = 0.6。蒸發(fā)比V/W =1.0。假設(shè)為恒摩爾流。相對(duì)揮發(fā)度BT =2.5，TT =1.0，CT =0.21，求再沸器以上一板的上升蒸汽組成。解：根據(jù)提餾段物料衡算得：L=W+V由V/W =1.0L/V =2.0； L/W =2.0。由式(4-12)得：yB =0.3698；yT =0.4438；yC =0.1864。由提餾段操作線方程：xB =0.2349；xT =0.3719；xC =0.3932。再沸器以上一板的上升蒸汽組成：yB =0.5637；yT =0.3570；yC =0.0793。3. 精流塔及相對(duì)揮發(fā)度與習(xí)題2相同。進(jìn)料板上升蒸汽組成yB =0.35(mol)，yT =0.20，yC =0.45?；亓鞅萀/D =1.7，飽和液體回流。進(jìn)料板上一級(jí)下流液體組成為xB =0.24(mol)，xT =0.18，xC =0.58。求進(jìn)料板以上第2板的上升蒸汽組成。解：根據(jù)精餾段物料衡算得：V = L+D；由L/D =1.7V/L =2.7/1.7 =1.588；D/L =1/1.7 =0.588。根據(jù)精餾段操作線方程得：xD,B =0.537；xD,T =0.234；xD,C =0.229。進(jìn)料板上1板上升蒸汽組成為：yB =0.6653；yT =0.1996；yC =0.1351。根據(jù)精餾段操作線方程得進(jìn)料板上2板下流液體組成為：xB =0.74；xT =0.18；xC =0.08。進(jìn)料板上2板上升蒸汽組成為：yB =0.904；yT =0.088；yC =0.008。4. 分離苯(B)、甲苯(T)和異丙苯(C)的精餾塔，操作壓力為101.3kPa。飽和液體進(jìn)料，其組成為25%(mol)苯，35%甲苯和40%異丙苯。進(jìn)料量100kmol/h。塔頂采用全凝器，飽和液體回流，回流比L/D =2.0。假設(shè)恒摩爾流。相對(duì)揮發(fā)度為常數(shù)BT =2.5，TT =1.0，CT =0.21。規(guī)定餾出液中甲苯的回收率為95%，釜液中異丙烷的回收率為96%。試求：（1） 按適宜進(jìn)料位置進(jìn)料，確定總平衡級(jí)數(shù)；（2） 若在第5級(jí)進(jìn)料(自上而下)，確定總平衡級(jí)數(shù)。解：全塔物料衡算和計(jì)算起點(diǎn)的確定：按清晰分割：FzB =DxB,D =2.5； DxT,D =0.95(FzT) =33.25； DxC,D =(1-0.96)(FzC) =1.6；物料衡算表：組分餾出液釜液Dxi,Dxi,DWxi,Wxi,wB250.41800C33.250.5551.750.044T1.60.02738.40.95659.851.040.151.0操作線方程精餾段式中；提餾段式中L=2D+F=219.7；V=V=L+D =3D =179.55L/V=1.224；W/V =0.224。逐級(jí)計(jì)算組分第1級(jí)第2級(jí)yi,1=xi,Dxi,1yi,2xi,2B0.4180.1930.2680.084T0.5550.6550.6220.497C0.0270.1510.1100.4191.00.9991.01.0核實(shí)第2級(jí)是否為進(jìn)料級(jí)：按精餾段操作線計(jì)算yi,3得： yB,3= 0.1953；yT,3 =0.5163；yC,3 =0.2883按提餾段操作線計(jì)算yi,3得： yB,3= 0.1028；yT,3 =