分離工程作業(yè)答案

1、二 4.一液體混合物的組成為：苯0.50；甲苯0.25；對二甲苯0.25(摩爾分率)。分別用平衡常數(shù)法和相對揮發(fā)度法計算該物系在100kPa時的平衡溫度和汽相組成。假設為完全理想系。 苯：1n =20.7936-2788.51/（T-52.36）；          甲苯：1n =20.9065-3096.52/（T-53.67）；          對 -二甲苯：1n =20.989 1-3346.65/（T-57.84）；解1：(1

2、)平衡常數(shù)法。 假設為完全理想系。設t=95苯： ； 甲苯： ；對二甲苯：；選苯為參考組分：；解得t2=94.61；=0.6281=0.2665故泡點溫度為94.61，且； (2)相對揮發(fā)度法設t=94.61，同上求得=1.552，=0.6281，=0.2665， 故泡點溫度為94.61，且； 溫度為94.61， 滿足完全理想系的相平衡條件解2：(1)平衡常數(shù)法： 設T=368K 用安托尼公式得： ； ； 由式(2-36)得： ； ； ； ； ； 由于>1.001，表明所設溫度偏高。 由題意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得： 可得 重復上述步驟： ； ； ； ； ； 在溫度為3

3、67.78K時，存在與之平衡的汽相，組成為：苯0.7765、甲苯0.1511、對二甲苯0.066675。(2)用相對揮發(fā)度法： 設溫度為367.78K，取對二甲苯為相對組分。計算相對揮發(fā)度的： ； ；組分i苯(1)甲苯(2)對二甲苯(3)0.500.250.251.0005.8232.3561.0002.91150.5890.25003.75050.77600.15720.06671.0000二 11、組成為60%(mol)苯，25%甲苯和15%對二甲苯的100kmol液體混合物，在101.3kPa和100下閃蒸。試計算液體和氣體產(chǎn)物的量和組成。假設該物系為理想溶液。用安托尼方程計算蒸氣壓。解

4、：在373K下 苯： 甲苯： 對二甲苯： 核實閃蒸溫度：假設100為進料的泡點溫度，則假設100為進料的露點溫度，則說明進料的實際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。令1=0.1因f(0.1)0，應增大值；由（2-73）得：由（2-72）得 =0.7415，函數(shù)f接近0。用式（2-67）、（2-68）分別計算xi，yi， x1=0.3819，y1=0.6760同理： x2=0.3129，x3=0.3048， y2=0.2281，y3=0.0960計算V、L V=74.15kmol L=25.85kmol解法2：在373K下 苯： 甲苯： 對二甲苯： 計算混合組分的泡點

5、Tb Tb=364.076K 計算混合組分的露點Td Td=377.83K此時：x1=0.38，x2=0.3135，x3=0.3074，L=74.77kmol； y1=0.6726，y2=0.2285，y3=0.0968，V=25.23kmol。三 7、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。進料量200mol/h，進料組成zB=0.2, zT=0.3, zX=0.1，zC=0.4 (mol)。塔頂采用全凝器，飽和液體回流。相對揮發(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

6、%。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)為輕關鍵組分，異丙苯(C)為重關鍵組分，則苯(B)為輕組分，二甲苯(X)為中間組分。以重關鍵組分計算相對揮發(fā)度。 由分離要求計算關鍵組分在塔頂釜的分配。所以由與求出非關鍵組分的分布苯： =0，=2000.2=40mol/h二甲苯：，+=2000.1=20求得=1.06 mol/h，=18.94 mol/h，物料平衡結果見下表：組分苯(B)0.2400.39600甲苯(T)0.359.90.5920.30.003二甲苯（X）0.11.060.01018.940.191異丙苯(C)0.40.160.00279.840.806100

7、.921.0099.081.00三 14.某1、2兩組分構成二元系，活度系數(shù)方程為，端值常數(shù)與溫度的關系：A=1.7884-4.2510-3T (T，K)蒸汽壓方程為 (P：kPa：T：K)假設汽相是理想氣體，試問99.75kpa時系統(tǒng)是否形成共沸物？共沸溫度是多少？解：假設汽相是理想氣體，液相為非理想溶液，則 ，相對揮發(fā)度：當x1=0，x2=1，p=p2s，代入解得，T=344.68K，且當x1=1，x2=0，p=p1s，代入解得，T=352.79K，且由于是x1的連續(xù)函數(shù)，當x1由0變化到1時，由1.055變化到0.572，中間比然經(jīng)過的點，且，均大于1，所以此溶液在99.75Kpa時汽液

8、平衡形成最低恒沸物。 設T為350K則A=1.7884-4.2510-3350=1.7884-1.4875=0.3009 ；=91.0284 kPa ；=119.2439 kPa 因為在恒沸點S 由得P ）（）（1212221122121lnlnlnlnxAxxAPS-=-=-=gggg ）（1213009.091 0284.119.2439.lnx-=解得：x1=0.0513，x2 =0.9487219487.03009.0ln´=g ；=1.3110220513.03009.0ln´=g ；=1.0008 P=1.31100.051391.0284+1.00080.94

9、87119.2439=119.3393 kPa kPa設T為340K則A=1.7884-4.2510-3340=0.3434；=64.7695 kPa；=84.8458 kPaP由）（11221lnxAPSS-=；）（1213434.07695.648458.84lnx-=解得： x1=0.1069，x2=0.8931 218931.03434.0ln´=g ；=1.3151221069.03434.0ln´=g ；=1.0039 P=1.31510.106964.7695+1.00390.893184.8458=85.1769 kPa kPa設T為344.6K則A=1.7

10、884-4.2510-3344.6=0.3239344.640500826.16ln1-=SP ；=75.9324 kPa344.640503526.16ln2-=SP ；=99.4687 kPa由）（11221lnxAPSS-=P；）（1213239.09324.754687.99lnx-=0.0832=0.9168 219168.03239.0ln´=g ；=1.3129220832.03239.0ln´=g ；=1.0022 P=1.31290.083275.9324+1.00220.916899.4687=99.69 kPa kPa所以，此溶液形成最低共沸物，共沸溫

11、度為344.6K。四 9、某原料氣組成如下：組分CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14y0 0.7650.045 0.035 0.025 0.045 0.015 0.025 0.045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95%。試求：(1) 為完成此吸收任務所需的最小液氣比。(2) 操作液氣比為組小液氣比的1.1倍時，為完成此吸收任務所需理論板數(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

12、算：在最小液氣比下 N=，A關=關=0.95=0.560.95=0.532(2)理論板數(shù)的計算：操作液氣比=1.10.532=0.5852(3)尾氣的數(shù)量和組成計算：以甲烷為例：吸收率 被吸收的量為，塔頂尾氣數(shù)量塔頂組成 按上述各式計算，將結果列于下表（原料氣量假設為100kmol/h）組分kmol/hKiCH476.517.40.0340.0342.60173.8990.927C2H64.53.750.1560.1560.7023.7980.048C3H83.51.30.450.451.5751.9250.024i-C4H102.50.561.0450.952.3750.1250.0016n

13、-C4H104.50.41.4630.9984.4910.0090.0001i-C5H121.50.183.2511.001.5000.00.0n-C5H122.50.1444.0641.002.5000.00.0n-C6H144.50.05610.451.004.5000.00.0合計100.0-20.24479.756(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+=79.756+聯(lián)立求解得=62.719Kmol/h. =42.475Kmol/h五 7、簡述超臨界流體和超臨界流體萃取的特點。答：超臨界流體的特點：超臨界流體具有低粘度、高密度、擴散系數(shù)大的特點，因此，超臨界流體有類似于液體的超強的溶解能力和近似于氣體的較快的擴散能力和滲透特性。超臨界流體萃取的特點：（1）優(yōu)點：用超臨界流體萃取具有與液體相近的溶解能力，比液體溶劑滲透快，滲透深，能更快達到萃取平衡，大大縮短分離時間。操作參數(shù)主要為壓力和溫度，比較容易控制。超臨界流體萃取集精餾和液液萃取特點于一體，可能分離一些常規(guī)方法難以分離的物系。超臨界流體可在常溫下操作，故特別適合于熱敏性、易氧化物質(zhì)的提取和分離。超臨界流體具有極強的溶解能力，能實現(xiàn)從固體中提取有效成分。萃取劑的分離回收容易。 （2）缺點：高壓下萃取，相平衡較復雜，物性數(shù)據(jù)