化工分離工程例題

1、例2-2 已知在0.1013mpa壓力下甲醇（1）水（2）二元系的汽液平衡數(shù)據(jù)，其中一組數(shù)據(jù)為：平衡溫度t71.29，液相組成x10.6，氣相組成y10.8287（摩爾分率）。試計算汽液平衡常熟，并與實測值比較。解：該平衡溫度和組成下第二維里系數(shù)純甲醇純水交互系數(shù)混合物b11b22b12b10985958611014在71.29純甲醇和水的飽和蒸汽壓分別為： ；液體摩爾體積的計算公式為：甲醇：水： 計算液相活度系數(shù)的nrtl方程參數(shù)； 汽、液相均為非理想溶液a 計算汽相逸度系數(shù)由于本題已知平衡條件下的第二維里系數(shù)，故采用維里方程計算逸度系數(shù)。將式（231）用于二元物系， （a） （b）將式（2

2、33）變換成用該式求露點溫度下混合蒸汽的摩爾體積解得 壓縮因子 將、值代入（a）和（b）b 計算飽和蒸汽的逸度系數(shù)使用維里方程計算純氣體i的逸度系數(shù)的公式如下： （c）式中 純氣體i在溫度t的第二維里系數(shù)； 純氣體i在溫度t、壓力p下的摩爾體積。對本計算特定情況，p即為 相應(yīng)的壓縮因子對甲醇，將、等數(shù)據(jù)代入下式得 由式（c） 0.949同理 0.993c 計算普瓦廷因子和基準(zhǔn)態(tài)下得逸度由已知條件求甲醇的液相摩爾體積：同理可求出d 計算液相活度系數(shù)應(yīng)用nrtl方程計算、同理 ；已知液相組成x10.6，x20.4同理e計算按式（235）計算各組分的汽液平衡常數(shù) 汽相為理想氣體，液相為非理想溶液按式

3、（238） 汽、液均為理想溶液應(yīng)用公式計算純甲醇和水在0.1013mpa和344.44k時汽相逸度系數(shù)同理按式（241） 將各種方法計算的k值列表如下：組分實驗值按式（235）按式（236）按式（238）按式（241）甲醇1.3811.3651.29751.3831.279水0.4280.4360.32500.42900.3297比較實驗值和不同方法的計算值可以看出，對于常壓下非理想性較強(qiáng)的物系，汽相按理想氣體處理，液相按非理想溶液處理是合理的。由于在關(guān)聯(lián)活度系數(shù)方程參數(shù)也做了同樣簡化處理，故按式（238）的計算值更接近于實驗值。例23 某廠氯化法合成甘油車間，氯丙稀精餾二塔的釜液組成為：3氯

4、丙稀0.0145，1，2二氯丙烷0.3090，1，3二氯丙稀0.6765（摩爾分率）。塔釜壓力為常壓，試求塔釜溫度。各組分的飽和蒸汽壓數(shù)據(jù)為：（；：）：3氯丙稀1，2二氯丙烷1，3二氯丙稀解：釜液中三個組分結(jié)構(gòu)非常近似，可看成理想溶液。系統(tǒng)壓力為常壓，可將汽相看成是理想氣體。因此，試差過程見下表：組分7011098983氯丙稀0.0145223.580.032608.370.087462.230.0661484.490.06801，2二氯丙烷0.309043.1900.132149.190.455106.260.3242112.660.34101，3二氯丙稀0.676532.2130.2151

5、20.120.80283.9930.561088.7920.59101.000.3791.3440.95131.00結(jié)果：在100時，因此，塔釜溫度應(yīng)為100。本題也可利用相對揮發(fā)度來計算。根據(jù)相對揮發(fā)度的定義： （252）因為 故在式（252）兩邊分別除以后可得出又因，故由于隨溫度變化比小得多，所以在一定溫度范圍內(nèi)可將看成常數(shù)。這樣，由之值便可定出平衡汽液組成，并可定出，由便可定出沸騰溫度（泡點溫度）。以1，2二氯丙烷為相對揮發(fā)度之基準(zhǔn)組分，則根據(jù)98時各組分之蒸汽壓可得出：組分（98）3氯丙稀0.0145462.234.350.06310.06901，2二氯丙烷0.3090106.261.

6、000.30900.34051，3二氯丙稀0.676583.9930.7910.53600.59051.000.90811.00故所以 由1，2二氯丙烷的蒸汽壓方程即可求得。雖然采用了98的相對揮發(fā)度數(shù)據(jù)，但計算結(jié)果與前法十分接近，完全滿足工程計算的要求，而不需要試差。例25丙酮（1）丁酮（2）乙酸乙酯（3）三元混合物所處壓力為2026。5kpa，液相組成為，（摩爾分率）。試用活度系數(shù)法計算泡點溫度（逸度系數(shù)用維里方程計算；活度系數(shù)用wilson方程計算）。各組分的液相摩爾體積；wilson參數(shù)為（j/mol） 安托尼方程常數(shù)abc丙酮（1）14.63632940.4635.93丁酮（2）14

7、.58363150.4236.55乙酸乙酯（3）14.13662790.557.15組分的臨界參數(shù)和偏心因子為丙酮（1）508.14701.500.309丁酮（2）535.64154.330.329乙酸乙酯（3）523.253830.090.363解：用abbott公式計算第二維里系數(shù)，交叉臨界性質(zhì)用lorentzberthelot規(guī)則求出。逸度系數(shù)計算用由于系統(tǒng)壓力接近于各組分的飽和蒸汽壓，普瓦廷因子近似等于1，故平衡常數(shù)公式簡化為 計算步驟見下圖開 始輸入，及有關(guān)參數(shù)設(shè)并令，作第一次迭代計算、計算和計算是否第一次迭代nnnyyy有無變化調(diào)整圓整計算輸出，結(jié) 束設(shè)泡點溫度初值為500k，計算

8、機(jī)計算最終迭代泡點溫度468.7k下各變量數(shù)值如下表所示：變量丙酮丁酮乙酸乙酯2544.7561468.2181565.7740.843530.797010.785360.843630.792190.791521.003191.355671.049951.259920.984040.81762例26已知氯仿（1）乙醇（2）溶液的濃度為（摩爾分率），溫度為55。試求泡點壓力及氣相組成。該系統(tǒng)的margules方程常數(shù)為：，。55時，純組分的飽和蒸汽壓，第二維里系數(shù)：，。指數(shù)校正項可以忽略。解：將式（235）代入（250）中，并忽略指數(shù)項，得： （a）令對于二元系統(tǒng)，將其代入式（a） （b）因故

9、（c）同理 （d）在時，由margules方程求得：同理因為及是及的函數(shù)，而及又未知，故需用數(shù)值方法求解。為了確定及之初值，可先假設(shè)，由式（b）求出及和。因，故得及。以這個及，為初值，就可由式（c）和（d）算出及。再由此及算出新的及，。這樣反復(fù)進(jìn)行，直至算得的與和假設(shè)值相等（或差數(shù)小于規(guī)定值）時為止。以和、代入式（b），得：；將及，值代入式（c）和（d）中求出：；以上述及值代入式（b），得：故 由于此計算結(jié)果與第一次試算結(jié)果已相差甚小，故不再繼續(xù)試算下去。因此，例27乙酸乙酯（1）丙酮（2）甲醇（3）三組分蒸汽混合物的組成為，（摩爾分率）。試求50時該蒸汽混合物之露點壓力。解：氣相假定為理想氣

10、體，液相活度系數(shù)用wilson方程表示。由有關(guān)文獻(xiàn)查得或回歸的所需數(shù)據(jù)為：50時各純組分的飽和蒸汽壓，50時各純組分的液體摩爾體積，由50時各組分溶液的無限稀釋活度系數(shù)回歸得到的wilson常數(shù)： 根據(jù)具體情況，計算框圖如下：開 始輸入，及有關(guān)參數(shù)估計，值計算計算是否變化輸出，值結(jié) 束yn調(diào)整調(diào)整 假定值，取，。按理想溶液確定初值 由和求從多組分wilson方程得所以同理 求同理 求圓整得 ，在內(nèi)層迭代匯總?cè)缦拢旱螖?shù)液相組成平衡常數(shù)10.330.340.331.30351.17131.09630.844520.29980.34370.35651.33281.18080.06550.8452

11、30.29290.34060.36641.34301.18481.05570.8452840.29070.33950.36981.34631.18611.05240.845350.289970.339090.379041.34751.186561.05130.8453460.289710.338960.371331.347791.186751.050920.8453570.289640.338910.371451.34791.186751.050820.84536 調(diào)整在新的下重復(fù)上述計算，迭代至達(dá)到所需精度。最終結(jié)果：露點壓力平衡液相組成：，,2-8 進(jìn)料速率為1000的輕烴混合物，其組成為

12、：丙烷=1000=0.30=0.1=0.15=0.45(1)30%;正丁烷（2）10%；正戊烷=50 =200(3)15%；正己烷45%（摩爾）。求50和200條件下閃蒸的氣、液相組成及流率。，解：該物系為輕烴混合物，可按理想溶液處理。由給定的和，從查處，再采用上述順序解法求解。核實閃蒸溫度假設(shè)50為進(jìn)料的泡點溫度，則假設(shè)50為進(jìn)料的露點溫度。則說明進(jìn)料溫度的實際的泡點溫度和露點溫度分別低于和高于規(guī)定的閃蒸溫度，閃蒸問題成立。2.求，令（最不利的初值）因,應(yīng)增大值。因為每一項的分母中僅有一項變化，所以可以寫出僅含未知數(shù)的一個方程計算方程導(dǎo)數(shù)的公式為 當(dāng)時 由， 以下計算依次類推，迭代的中間結(jié)果

13、列表如下：迭代次數(shù)12340. 10.290. 460.510. 87850. 3290. 0660.001734.6311.8911.32 數(shù)值已達(dá)到的圖的精確度 用式計算，用計算 由類似計算得 ，4.求，5.核實和，因值不能再精確，故結(jié)果已滿意。2-9閃蒸罐壓力為85.46。溫度為50，進(jìn)入閃蒸罐物料組成為乙酸甲酯（1）0.33，丙酮（2）0.34，甲醇（3）0.33（摩爾分率）。試求氣相分率及汽液相平衡組成。參數(shù)同例27。解：假定汽相為理想氣體：按圖框編制計算機(jī)程序計算開 始給定，估計初值， 計算計算 計算， 歸一化，比較不收斂收斂輸出1. 設(shè)，.由wilson參數(shù)計算活度系數(shù)為：，2.

14、計算3.假設(shè)，帶入4. 用牛頓法確定 用求由式可得，由式可得：，迭代結(jié)果和最終結(jié)果見下表迭代次數(shù)平衡常數(shù)11.0971200.9859110.922297-0.000936921.1046920.9882670.9139210.0002458231.1065560.9888910.9118920.0000720941.1070880.9890700.9113180.0000214751.1072450.9891230.9111480.0000064261.1072920.9891390.9110980.0000019371.1073060.9891440.9110830.00000059最終結(jié)

15、果，前后兩次迭代各組分液相組成得最大偏差例2-10閃蒸進(jìn)料組成為：甲烷（1）20，正戊烷（2）45，正己烷（3）35（摩爾）；進(jìn)料流率1500kmol/h，進(jìn)料溫度42。已知閃蒸罐操作壓力是206.84kpa，求閃蒸溫度、汽相分率、汽液相組成和流率。 解：已知條件表示成示意圖該物系為理想溶液，k值由查ptk圖或用公式計算得到。作熱量衡算需要的熱容數(shù)據(jù)和潛熱數(shù)據(jù)如下：組分潛熱，j/mol正常沸點，液體熱容，1 甲烷8185.2-161.4846.052 正戊烷2579036.08166.053 正己烷2887268.75190.83氣體熱容，（式中 t：）由上表正常沸點數(shù)據(jù)可看出，沸點差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于

16、80100，屬寬沸程閃蒸。采用牛頓法迭代，規(guī)定收斂精度：； 假設(shè)迭代變量的初值t15和，用式（2-71）、（2-72）和（2-73）迭代 。第一個完整的內(nèi)層循環(huán)中間結(jié)果為： ， 0.2485， 0.2470， 0.2457， 0.2445， 0.2434， 0.2424， 0.2414， 0.2405， 0.2397，0.2390， 0.2383， 0.2377， 0.2371， 0.2366， 0.2361可見，的收斂是單調(diào)的。由收斂的值和式（2-67）、（2-68）分別計算xi和yi。第一次計算結(jié)果為： 當(dāng)確定各股物料的焓值后，通過式（2-78）和（2-79）計算閃蒸溫度t227.9。并重

17、新開始內(nèi)層迭代。整個迭代過程匯總于附表1。值得注意的是：由于內(nèi)層的收斂值振蕩，造成外層溫度值的振蕩。隨外層迭代次數(shù)的增加，內(nèi)層收斂的迭代次數(shù)減少。附表1迭代次數(shù)估計溫度的迭代次數(shù)計算溫度115.00160.236127.903227.903130.267721.385321.385140.249625.149425.14970.256723.277523.27730.255124.128624.12820.255123.786723.78620.255023.930823.93020.255023.875923.87520.254023.9001023.90020.254923.892最終組成

18、和流率 kmol/h；kmol/h例3-2設(shè)計一個脫乙烷塔，從含有6個輕烴的混合物中回收乙烷，進(jìn)料組成、各組分的相對揮發(fā)度和對產(chǎn)物的分離要求見設(shè)計條件表。試求所需最少理論板數(shù)及全回流條件下餾出液和釜液的組成。脫乙烷塔設(shè)計條件編號進(jìn)料組分mol %1ch45.07.3562c2h635.02.0913c3h615.01.0004c3h820.00.9015i-c4h1010.00.5076n-c4h1015.00.408設(shè)計分離要求餾出液中c3h6濃度 2.5mol %釜液中c2h6濃度 5.0mol %解：根據(jù)題意，組分2（乙烷）是輕關(guān)鍵組分，組分3（丙烯）是重關(guān)鍵組分，而組分1（甲烷）是輕組

19、分，組分4（丙烷）、組分5（異丁烷）和組分6（正丁烷）是重組分。要用芬斯克公式求解最少理論板數(shù)需要知道餾出液和釜液中輕、重關(guān)鍵組分的濃度，即必須先由物料衡算求出及。取100摩爾進(jìn)料為基準(zhǔn)。假定為清晰分割，即，則根據(jù)物料衡算關(guān)系列出下表：編號組分進(jìn)料，fi餾出液，di釜液，wi1ch45.05.002c2h6（lk）35.031.893.113c3h6（hk）15.00.9514.054c3h820.020.005i-c4h1010.010.006n-c4h1015.015.00100.037.8462.16用式（3-11）計算最少理論板數(shù)： 為核實清晰分割的假設(shè)是否合理，計算塔釜液重ch4的摩

20、爾數(shù)和濃度： （摩爾分率）同理可計算出組分4，5，6在餾出液中的摩爾數(shù)和濃度： ， ，可見，ch4、i-c4h10和nc4h10按清晰分割是合理的。c3h8按清晰分割略有誤差應(yīng)再行試差。其方法為將d4的第一次計算值作為初值重新做物料衡算列表求解如下：編號組分進(jìn)料，fi餾出液，di釜液，wi1ch45.05.002c2h6（lk）35.035.00.05w0.05w3c3h6（hk）15.00.025d150.025d4c3h820.00.644819.35525i-c4h1010.010.00006n-c4h1015.015.0000100.0dw 解d和w完成物料衡算如下：編號組分進(jìn)料，fi

21、餾出液，di釜液，wi1ch45.05.002c2h6（lk）35.031.92673.07333c3h6（hk）15.00.963414.03664c3h820.00.6448*19.3552*5i-c4h1010.010.00006n-c4h1015.015.0000100.038.534961.4651*需核實的數(shù)據(jù)再用式（3-11）求nm： 校核d4： 由于d4的初值和校核值基本相同，故物料分配合理。例3-3苯（b）甲苯（t）二甲苯（x）異丙苯（c）的混合物送入精餾塔分離，進(jìn)料組成為：zb0.2，zt0.3，zx0.1，zc0.4（摩爾分?jǐn)?shù)）。相對揮發(fā)度數(shù)據(jù)：b2.25，t1.00，x

22、0.33，c0.21。分離要求：餾出液中異丙苯不大于0.15%；釜液中甲苯不大于0.3%(摩爾)。計算最少理論板和全回流下的物料分配。解：以100摩爾進(jìn)料為計算基準(zhǔn)。根據(jù)題意定甲苯為輕關(guān)鍵組分，異丙苯為重關(guān)鍵組分。從相對揮發(fā)度的大小可以看出，二甲苯為中間組分。在作物流衡算時，要根據(jù)它的相對揮發(fā)度與輕、重關(guān)鍵組分相對揮發(fā)度的比例，初定在餾出液和釜液中的分配比，并通過計算再行修正。物料衡算表如下：組分進(jìn)料，fi餾出液，di釜液，b2020t30300.003w0.003wx101*9*c*為二甲苯的初定值解得 d50.929，w49.071則 dt29.853，0.147 dc0.0764，39.

23、924帶入式（3-11）nm7.42 由nm值求出中間組分的餾出量和釜液量： dx 由于初定值偏差較大，故直接迭代重做物料衡算：組分進(jìn)料，fi餾出液，di釜液，b2020t30300.003w0.003wx100.5199.481c 二次解得 d50.446，w49.554則 dt29.852，0.148 dc0.0757，39.924 再求nm：nm7.42 校核dx：dx 再迭代一次，得最終物料衡算表：組分進(jìn)料餾出液釜液數(shù)量mol %數(shù)量mol %數(shù)量mol %苯20202039.65甲苯303029.851359.180.14870.3二甲苯10100.51501.029.485019.

24、14異丙苯例3-4試計算分餾塔（例3-2）的塔板數(shù)和進(jìn)料位置。已知條件見下表：編號組分ixi,fxi,dmol %1ch47.3560.050.12985.02c2h62.0910.350.828535.03c3h61.0000.150.02515.04c3h80.9010.200.016720.05i-c4h100.5070.1010.06n-c4h100.4080.1515.0 設(shè)計分離要求 餾出液中c3h6濃度 2.5mol % 釜液中c2h6濃度 5.0mol %操作條件：冷凝器壓力 2.736mpa（絕壓） 進(jìn)料狀態(tài) 泡點液體塔頂板壓力 2.756mpa（絕壓） 回流狀態(tài) 泡點液體每

25、板壓力降 0.693kpa 平均板效率 75解：先由已知條件求出最小回流比。由式（3-3b）得 用試差法求出：1.325，代入式（3-3a）故最小回流比rm1.306取操作回流比為最小回流比的1.25倍：r1.251.3061.634 由圖3-13求所需的理論板數(shù)： 查圖得 nm/n=0.47故 n6.80/0.4714.5該塔需要13.5塊理論板，或13.5/0.7518塊實際板。再沸器的效率按100計，相當(dāng)于一塊實際板。為確定進(jìn)料板位置，以餾出液核進(jìn)料中關(guān)鍵組分的摩爾比代入芬斯克方程而求出精餾段的最少理論板數(shù)，即： （nr）m= 故精餾段（包括進(jìn)料板）的理論板數(shù)為，3.6/0.477.7塊

26、，而實際板數(shù)為7.7/0.7510塊，即進(jìn)料板在從下往上數(shù)8塊板（不包括再沸器）。例3-5用萃取精餾法分離正庚烷（1）-甲苯（2）二元混合物。物料組成z1=0.5；z2=0.5(mol分?jǐn)?shù))。采用苯酚為溶劑，要求塔板上溶劑濃度xs=0.55(mol分?jǐn)?shù))；操作回流比為5；飽和蒸汽進(jìn)料；平均操作壓力為124.123kpa。要求餾出液中含甲苯不超過0.8（mol），塔釜液含正庚烷不超過1（mol）（以脫溶劑計），試求溶劑與進(jìn)料比和理論板數(shù)。 解：計算基準(zhǔn)100kmol進(jìn)料，設(shè)萃取精餾塔有足夠高的溶劑回收段，餾出液中苯酚濃度（xs）d0。 脫溶劑的物料衡算： ； 代入已知條件 解得 ；計算平均相對揮

27、發(fā)度： 由文獻(xiàn)中查得本物系有關(guān)二元wilson方程參數(shù)（j/mol）： 各組分的安托尼方程常數(shù)：組分abc正庚烷6.018761264.37216.640甲 苯6.075771342.31219.187苯 酚6.055411382.65159.493 ， t：； ps：kpa各組分的摩爾體積（cm3/mol）： v1147.47 ， v2106.85 ， vs83.14假設(shè)在溶劑進(jìn)料板上正庚烷與甲苯的液相相對濃度等于餾出液濃度，則x10.4464，x20.0036，xs0.55。經(jīng)泡點溫度的試差得： 泡點溫度為109.4。同理，假設(shè)塔釜上一板液相中正庚烷與甲苯的相對濃度為釜液脫溶劑濃度，且溶劑

28、濃度不變，則x10.0045，x20.4455，xs0.55。作泡點溫度計算得：泡點溫度為132.7。故平均相對揮發(fā)度為： 根據(jù)該數(shù)據(jù)，按公式作圖。核實回流比和確定理論塔板數(shù)： 由露點進(jìn)料，圖上圖解最小回流比： 故rrm 按操作回流比在圖上作操作線，然后圖解理論塔板數(shù)，得n14（包括再沸器），進(jìn)料板為第7塊（從上往下數(shù)）。確定溶劑/進(jìn)料： 粗略按溶劑進(jìn)料板估計溶劑對非溶劑的相對揮發(fā)度： 若按塔釜上一板估計,則由=28.32和=9.76得=0.1。從式（345）可看出，用較小的值計算溶劑進(jìn)料量較穩(wěn)妥。 由式（345）經(jīng)試差可解得s： s270 所以，s/f=2.7例3-7原料含苯酚1.0%(摩爾

29、)，水99，釜液要求含苯酚量小于0.0 01%。流程如圖330所示。苯酚與水是部分互溶系，但在101.3kpa壓力下并不形成非均相共沸物，而有均相共沸。因此，塔和塔出來的蒸汽在冷凝冷卻器中冷凝并過冷到20，然后在分層器中分層。水層返回塔作為回流。酚層送入塔。要求苯酚產(chǎn)品純度為99.99%。假定塔內(nèi)為恒摩爾流率，飽和液體進(jìn)料，并設(shè)回流液過冷對塔內(nèi)回流量的影響可以忽略。試計算：（1）以100摩爾進(jìn)料為基準(zhǔn)，塔和塔的最小上升汽量是多少？（2）當(dāng)各塔的上升汽量為最小汽量的4/3倍時，所需理論塔板數(shù)是多少？（3）求塔及塔的最少理論塔板數(shù)。 料液，1w2，苯酚w1，水2033.1%1.68n+1nm+1m

30、題13附圖解：由文獻(xiàn)上查得苯酚水系統(tǒng)在101.3kpa下的汽液平衡數(shù)據(jù)為：x酚y酚x酚y酚x酚y酚x酚y酚000.0100.01380.100.0290.700.1500.0010.0020.0150.01720.200.0320.800.2700.0020.0040.0170.01820.300.0380.850.3700.0040.00720.0180.01860.400.0480.900.550.0060.00980.0190.01910.500.0650.950.770.0080.0120.0200.01950.600.0901.001.00并查得20時苯酚-水的互溶度數(shù)據(jù)為： 水層含

31、苯酚 1.68（摩爾） 酚層含水 66.9（摩爾）（1） 以100摩爾進(jìn)料為基準(zhǔn)，對整個系統(tǒng)作酚的衡算，得： 0.00001w10.9999w21.00 w1w2100故得 w199.0；w21.0 確定塔的操作線：精餾段的操作線可由第n塊與第n1塊之間至塔釜一起作物料衡算，得出： （a）而提餾段的操作線為： （b）最小上升汽量相當(dāng)于最小回流比時的汽量。若夾點在進(jìn)料板，則由（a）得出： 故 （0.0138是與進(jìn)料組成xf0.01成平衡的汽相組成） 若夾點在塔頂，因回流液組成為x回0.0168，故夾點之汽相組成應(yīng)為與回流液成平衡的y值，故y0.0181（由平衡數(shù)據(jù)內(nèi)插得來）。由式（a）得出： 故

32、 因此值大于按夾點在進(jìn)料板處所求得的值，故對塔來說，塔的夾點必在塔頂，即夾點之坐標(biāo)為（x0.331，y0.0403）。以此值代入塔之操作線方程式： （c） 故 （2）求塔的理論板數(shù)： 精餾段： 提餾段： 代入（a）及（b）得出： 精餾段操作線為： 提餾段操作線為： 由操作線方程式及已知平衡線，在yx圖上由到之間繪階梯，可得出所需理論板數(shù)為16。（3）求塔的理論板數(shù)： 代入（c）得： 按一般方法，在yx圖上由 到 在平衡線與操作線之間畫階梯，可得出所需理論板數(shù)為8。（4）塔的最少理論板數(shù)可在yx圖上，從到 ，在平衡線與對角線之間繪階梯得出： 塔的最少理論板數(shù)則在yx圖上，從到 ，在平衡線與對角線

33、之間繪階梯得出：例3-8已知原料氣組成為：組分ch4c2h6c3h8i-c4h10n-c4h10i-c5h12n-c5h12n-c6h14摩爾分?jǐn)?shù)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045擬用不揮發(fā)的烴類液體為吸收劑在板式吸收塔中進(jìn)行吸收，平均吸收溫度為38，操作壓力為1.013mpa，要求ic4h10的回收率為90。計算：最小液氣比；操作液氣比為最小液氣比的1.1倍時所需的理論板數(shù)；各組分的吸收率和塔頂尾氣的數(shù)量和組成；塔頂應(yīng)加入的吸收劑量。解：查得在1.013mpa和38下各組分的相平衡常數(shù)列于下表。最小液氣比的計算： 在最小液氣比下； 理論板數(shù)的計算

34、： 操作液氣比 關(guān)鍵組分ic4h10的吸收因子為： 按式（3-82），理論板數(shù)為： 尾氣數(shù)量和組成的計算：組分進(jìn)料中各組分的量kmol/h相平衡常數(shù)k吸收因子a吸收率被吸收量kmol/h塔頂尾氣數(shù)量kmol/h組成y(mol分?jǐn)?shù))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-c

35、5h121.50.183.081.001.5000.00.0n-c5h122.50.1443.851.002.5000.00.0n-c6h144.50.0569.91.004.5000.00.0合計100.019.81080.1901.00 塔頂加入的吸收劑量：塔內(nèi)氣體的平均流率為： kmol/h塔內(nèi)液體的平均流率為： 由，得：kmol/h例41有一精餾塔分離nc4，nc5和nc8混合物。已知：進(jìn)料量10000kmol/小時，飽和液體進(jìn)料；進(jìn)料組成 ，（摩爾分率）；分離要求nc5在餾出液的回收率99，nc8在釜液的回收率98；塔頂采用全凝器，飽和液體回流，回流比；塔平均操作壓力200kpa。求

36、總平衡級數(shù)和適宜進(jìn)料位置。解：按恒摩爾流計算。k值有ptk圖查得。全塔物料衡算和計算起點的確定按清晰分割 由回收率得 kmol/h 物料衡算表組分餾出液釜液n-c415000.36600n-c524750. 605250.004n-c81200.02958800.99640951.00059051.000由于進(jìn)料中只有輕非關(guān)鍵組分，故餾出液濃度較易準(zhǔn)確估計，逐級計算宜從塔頂開始。相平衡計算 從上往下作各級露點計算。a 假設(shè)露點溫度，由ptk圖查ki,jb 以n-c5為參考組分計算： c.由查p-t-k圖求tjd.重復(fù)ac各步至t收斂，并求 操作線方程 精餾段 式中 （因回流為飽和液體） 提餾段

37、 式中 故 逐級計算 塔頂設(shè)全凝器，餾出液濃度即為塔頂?shù)谝患壣仙羝臐舛?。組分第1級第2級yi,1=xi,dki,1(64.3)xi,1yi,2ki,2(99)xi,2n-c40.3663.220.1140.246.1540.039n-c50.6051.1550.5240.56452.5090.225n-c80.029/1.00.0810.358/0.9960.1935/0.9980.260.744/1.008核實第二級是否為進(jìn)料級：按精餾段操作線計算yi,3，得；按提餾段操作線計算yi,3，得；則 故第二級為進(jìn)料級。以下按提餾段操作線逐板計算。組分第3級第4級yi,3ki,3(132)xi

38、,3yi,4ki,4(146)xi,4n-c40.06710.150.00660.011412.950.00088n-c50.3844.50.08530.14395.60.0257n-c80.562/1.0130.620.906/0.9980.8410/0.99630.870.967/0.9936組分第5級第6級yi,5ki,5(149)xi,5yi,6ki,6(153)xi,6n-c40.001513.040.0001150.00019813.470.0000147n-c50.04135.90.0070.009166.110.0015n-c80.9461/0.98980.950.9959/1

39、.030.9958/1.0050.9960.9997/1.001因為 和所以第6級（包括再沸器）為最后一級。估計值的校核根據(jù)輕、重關(guān)鍵組分的回收率已得到。因計算值為0.0000147，并且應(yīng)等于1，故w值應(yīng)調(diào)整為： w5905.868由全塔總物料衡算 d100005905.8684094.132組成重新求餾出液的： 滿足準(zhǔn)確度，不再重復(fù)逐級計算。例42使用精餾塔分離輕烴混合物。全塔共5個平衡級（包括全凝器和再沸器）。在從上往下數(shù)第3級進(jìn)料，進(jìn)料量為100mol/h，原料中丙烷（1）、正丁烷（2）和正戊烷（3）的含量分別為z10.3 ，z20.3，z30.4（摩爾分率）。塔壓為689.4kpa。

40、進(jìn)料溫度為323.3k（即飽和液體）。塔頂餾出液流率為50mol/h。飽和液體回流，回流比r2。規(guī)定各級（全凝器和再沸器除外）及分配器在絕熱情況下操作。試用泡點法完成一個迭代循環(huán)。假設(shè)平衡常數(shù)與組分無關(guān)，由ptk圖查得。液相和汽相純組分的摩爾焓hj和hj可分別由例44中式（b）和（c）計算，其常數(shù)列于例44附表3和附表4中。解：餾出液量du150mol/h則l1ru1250100mol/h，由圍繞全凝器的總物料衡算得v2l1u110050150mol/h迭代變量的初值列于下表級序號，jvj，mol/htj，k級序號，jvj，mol/htj，k10（無汽相出料）291.54150333.2215

41、0305.45150347.03150319.3 在假定的級溫度及689.4kpa壓力下，從圖2-1得到的k值為：組分ki,ji12345c31.231.632.172.703.33nc40.330.500.710.951.25nc50.1030.1660.2550.360.49 第1個組分c3的矩陣方程推導(dǎo)如下 當(dāng)v10，gj0（j1，5）時，從式（4-19）可得 所以， mol/h 類似得， a4200，a3100和a2100 當(dāng)v10和gj0時，由式（4-20）可得 因此， mol/h 同理， b4-605，b3525.5，b2344.5，b1150 由式（4-21）得：d31000.3030mol/h 相類似， d1d2=d4=d5=0 將以上數(shù)值代入式（4-23），得到： 用式（4-26）和（4-27）計算pj和qj 按同樣方法計算，得消元后的方程（式（4-29）的形式） 顯