分離過程典型例題

1、典型例題-計(jì)算題1. 已知第一脫甲烷塔的進(jìn)料組成及操作條件下各組分的相平衡常數(shù)如下表所示，要求甲烷的蒸出率為98%，乙烯的回收率為96%，試分別按清晰分割和不清晰分割方法計(jì)算餾出液和釜液的組成，并比較兩種計(jì)算結(jié)果。序 號(hào)1234567組 分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C4xiF/摩爾%33.85.833.225.70.500.200.70Ki/1.70.280.180.0330.0220.004解： 取100Kmol進(jìn)料為基準(zhǔn)，選取甲烷為輕關(guān)鍵組分，乙烯為重關(guān)鍵組分。按清晰分割的概念，組分1為輕組分，全部從塔頂餾出液在采出，組分4、5、6、7為重組分，全部從塔釜液中采出。由于甲烷

2、的蒸出率為98%； 乙烯的回收率為96%；或；將計(jì)算結(jié)果列表如下：組 分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C40.3380.580.3320.2570.0050.0030.0071.0000.8280.1390.033/1.000/0.0020.5380.4340.0080.0050.0121.00033.85.6841.328/40.8120.11631.87225.700.500.300.7059.188不清晰分割物料衡算由計(jì)算各組分的相對(duì)揮發(fā)度，結(jié)果列表。序 號(hào)1234567組 分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C4xiF/摩爾%33.85.833.225.70.500

3、.200.70Ki/1.70.280.180.0330.0220.004i3/6.0711.00.6430.1180.0790.014 由于氫氣的相對(duì)揮發(fā)度很大，該組分全部從塔頂餾出液中采出。由和分別計(jì)算組分4、5、6、7的分布。對(duì)組分4：；而由此計(jì)算得；對(duì)組分5：；而由此計(jì)算得；將計(jì)算結(jié)果列表如下：組 分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C40.3380.580.3320.2570.0050.0030.0071.0000.8240.1390.0320.005/1.000/0.0020.5400.4320.0080.0050.0121.00033.85.6841.3280.189/41

4、.0010.11631.87225.5110.500.300.7058.9992. 要求在常壓下分離環(huán)己烷a.（沸點(diǎn)80.8）和苯b.（沸點(diǎn)80.2），它們的恒沸組成為苯0.502（摩爾分?jǐn)?shù)），共沸點(diǎn)77.4，現(xiàn)以丙酮為恒沸劑進(jìn)行恒沸精餾，丙酮與環(huán)己烷形成恒沸物，共沸組成為0.60（環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)），若希望得到幾乎純凈的苯，試計(jì)算：所需恒沸劑量。塔頂、塔釜餾出物量各為多少。（以100kmol/h進(jìn)料計(jì)）解：以100kmol/h進(jìn)料為基準(zhǔn)，設(shè)丙酮恒沸劑的用量為Skg，恰好與料液中的環(huán)己烷組成恒沸物，進(jìn)料量和塔頂恒沸物的量和組成分別為。對(duì)環(huán)己烷作物料平衡 ；恒沸劑S的用量為由于塔釜希望得到幾乎純凈

5、的苯，3. 甲醇a.-丙酮b.在55.7時(shí)形成恒沸物，其恒沸組成為，水和苯均可作為萃取劑進(jìn)行萃取精餾以分離甲醇和丙酮，試通過計(jì)算確定水c.與苯d.的選擇度，并據(jù)理說明哪種萃取劑更佳及塔頂餾出液各為何種物質(zhì)？已知：；解：以水作萃取劑 以苯作萃取劑， 以苯作為萃取劑進(jìn)行萃取精餾分離甲醇和丙酮更佳，而水作為萃取劑比不加入萃取劑時(shí)的效果更差。由于甲醇的沸點(diǎn)（64.7）高于丙酮（55.7），則塔頂餾出物為丙酮，塔釜餾出物為甲醇和苯。4. 乙酸甲酯a.和甲醇b.混合物在45時(shí)為恒沸物，今以水為溶劑進(jìn)行萃取精餾，已知其組成為，；。試求其選擇度，并說明塔頂餾出何物？解： 由于甲醇的沸點(diǎn)（64.7）低于乙酸甲酯

6、（），則塔頂餾出物為甲醇酮，塔釜餾出物為乙酸甲酯和水。5. 某裂解氣組成如下表所示。 組 分H2CH4C2H4C2H6C3H6i-C4H100.1320.37180.30200.0970.0840.01321.000現(xiàn)擬以i-C4H10餾分作吸收劑，從裂解氣中回收99%的乙烯，原料氣的處理量為100kmol/h，塔的操作壓力為4.052Mpa，塔的平均溫度按-14計(jì)，求：為完成此吸收任務(wù)所需最小液氣比。操作液氣比若取為最小液氣比的1.5倍，試確定為完成吸收任務(wù)所需理論板數(shù)。各個(gè)組分的吸收分率和出塔尾氣的量和組成。塔頂應(yīng)加入的吸收劑量。解：選乙烯為關(guān)鍵組分，查得在4.052Mpa和-14下各組分

7、的相平衡常數(shù)列于下表。a.最小液氣比的計(jì)算在最小液氣比下，9，b.理論板數(shù)的計(jì)算操作液氣比關(guān)鍵組分的吸收因子為理論板數(shù)c.各個(gè)組分的吸收分率和出塔尾氣的量和組成由和以及；進(jìn)行計(jì)算結(jié)果見表。組 分H2CH4C2H4C2H6C3H6i-C4H100.1320.37180.30200.0970.0840.01321.000Ki/3.150.720.500.1450.056，kmol/h13.237.1830.29.78.41.32100.0A/0.33941.4852.13847.37419.09300.33940.990.9951.0001.00013.224.5610.3020.04850038

8、.11150.34640.64450.00790.0013d.吸收劑量塔內(nèi)氣體的平均流率為：塔內(nèi)液體的平均流率為：由，得6. 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)題意頂甲苯為輕關(guān)鍵組分，異丙苯為重關(guān)鍵組分，從相對(duì)揮發(fā)度的大小可以看出，二甲苯為中間組分，在作物料

9、衡算時(shí)，初定它在餾出液和釜液中的分配比，并通過計(jì)算修正物料衡算如下組分 進(jìn)料 餾出液釜液B4040-T 60600.995600.005X 20218C 解得 D=101.86 W=98.14=0.5861 =0.0031=0.00157 =0.8135=7.35解得 =1.05mol； =18.95mol組分進(jìn)料B4040T60600.995600.005X201.0518.95C80組分B0.39640T0.59160.0030X0.01040.1912C0.001580.8057=7.37組分進(jìn)料餾出液釜液數(shù)量Mol%數(shù)量mol%數(shù)量mol%苯40204039.643甲苯603059.7

10、59.1670.33.02二甲苯20101.041.0318.9619.13異丙苯7. 某原料氣組成如下：組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12n-C6H14y0(摩爾分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045先擬用不揮發(fā)的烴類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：為完成此吸收任務(wù)所需的最小液氣比。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)。各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成。求塔底的吸收液量解：由題意

11、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）在最小液氣比下 N=，A關(guān)=中關(guān)=0.9=0.56 0.9=0.504.=1.10.504=0.5544所以 理論板數(shù)為它組分吸收率公式 ，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-C4H1

12、04.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-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)100.019.81080.190 以CH4為例： = =V1（CH4）=（1-）VN+1=（1-0.032）76.5=74.05 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/h8. 乙醇-苯-水系統(tǒng)在101.3kPa，64.86形成恒沸物，其組成為22.8mol%乙醇a.，53.9

13、mol%苯b.和23.3mol%水c.，利用恒沸點(diǎn)氣相平衡組成與液相組成相等這樣有利條件，計(jì)算在64.86等溫分離該恒沸混合液成為三個(gè)純液體產(chǎn)物所需的最小功。解：在等溫等壓條件下，將其分離成純組分時(shí)所需最小功為 設(shè)為理想溶液，若9. 含乙烯32.4%的乙烯-乙烷混合物于2Mpa壓力下進(jìn)行蒸餾，塔頂為純乙烯，溫度為239K，塔釜為純乙烷、溫度為260K，正常操作下，塔釜加入熱量為8800kJ/kg乙烯，試計(jì)算分離凈耗功為多少？解：設(shè)環(huán)境溫度，乙烯的量為 10. 計(jì)算題9的熱力學(xué)效率。解：11. 試求環(huán)境溫度下，下表所示的氣體分離過程的最小功。組分C2C3n-C4n-C5n-C6進(jìn)料 kmol/h

14、30200370350501000產(chǎn)品1 kmol/h301924226產(chǎn)品1 kmol/h836635050774解：求出各物流的組成組分C2C3n-C4n-C5n-C6進(jìn)料 kmol/h30200370350501000xiF0.030.200.370.350.051.00產(chǎn)品1 kmol/h301924226xi10.1330.8500.0171.00產(chǎn)品1 kmol/h836635050774xi20.0100.4730.4520.0651.00 12. 將含丙稀80%（摩爾）和丙烷20%的料液在常壓下分離為含丙稀99.6%和5%的兩股產(chǎn)品，試求分離最小功。設(shè)料液和產(chǎn)品均處于環(huán)境溫度2

15、98K，料液可以當(dāng)作理想溶液。解：設(shè)料液量為1kmol，計(jì)算兩股產(chǎn)品的量： 聯(lián)列解得：0.7928kmol, 0.2072kmol分離最小功由式（6-15）計(jì)算：=0.7928(0.996ln0.996+0.004ln0.004)+0.2072(0.05ln0.05+0.95ln0.95) -(0.8ln0.8+0.2ln0.2)RT0 =0.4386R T0=1087.4KJ/Kmol料液13. 一輕烴混合物進(jìn)行精餾塔的計(jì)算，求得最小回流比Rm=1.45,最小理論板數(shù)Nm=8.6。求回流化為R=1.25Rm,全塔平均板效率為n0.60，所需最小塔板板數(shù)。R1.25×1.45=1.8

16、125              由此圖查，得：         由于，Nm8.6所以，N19.43        實(shí)際板數(shù)為：19.43/0.6=32.4=33塊 14. 某廠裂解氣組成（摩爾%）如下：13.2%氫、37.18%甲烷、30.2乙烯、9.7%乙烷、8.4% 丙烯、1.32異丁烷、所用的吸收劑中

17、不含所吸收組分。要求乙烯的回收率達(dá)到99%。該吸收塔處理的氣體量為100kmo1/h，操作條件下各組分的相平衡常數(shù)如下：        氫        甲烷      乙烯      乙烷     丙烷     異丁烷     

18、             3.1       0.72      0.52     0.15      0.058       操作液氣化為最小液氣比的1.5倍      

19、; 試求:   (1)  最小液氣化;               (2)  所需理論板數(shù);               (3)  各組份的吸收因子、吸收率        

20、0;      (4)  塔頂尾氣的組成及數(shù)量；               (5)  塔頂應(yīng)加入的吸收劑量解：(1) 最小液氣化     (2)所需理論板數(shù)N     (3)各組份的吸收因子、吸收率       吸收因子，以甲烷為例：&#

21、160;       吸收率，以甲烷為例：   (4)塔頂尾氣的組成及數(shù)量（見表）N+1 A N+1 1 y1    H 13.2 0 0 0 13.2 34.68 C10 37.2 3.449 0.34 12.64 24.56 64.48 C2= 30.2 1.485 0.99 29.90 0.030 0.79 C20 9.7 2.058 0.9982 9.68 0.020 0.05 C3= 8.4 7.128 1.000 8.40 0.00 0.00 iC40 1.32 18.48 1.000 1.32 0.00 0.00 61.94 38.06 100.00    (5)塔頂加入的吸附劑的量15.  在內(nèi)徑為D=0.4的立式吸附器中,裝填堆積比重為220千克/米的活性炭,其床層高度為1.1米。今有含苯蒸汽的空氣以14米/分的速度通過床層。苯的初始濃度為39克/米。假設(shè)苯蒸汽通過床層后完全被活性炭吸附其出口濃度為零。活性炭對(duì)苯的動(dòng)活性為7%（重），床層中苯的殘余為0.5%（重）。       試求：a.  每一使用周期可吸附的苯