分離過程典型例題

典型例題-計算題1.已知第一脫甲烷塔的進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算餾出液和釜液的組成并比較兩種計算結(jié)果。序號1234567組分H2CH4CH24CH26CH36CH38C4x/摩爾％;匚K/解：取100Kmol進料為基準(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。由于甲烷的蒸出率為98%D=5.8x0.98=5.684Kmol；B=5.8一5.684=0.116Kmol22乙烯的回收率為96%B=33.2x0.96=31.872Kmol；D=33.2—31.872=1.328Kmol3 ； 3或b=iB=0.116+31.872+25.7+0.50+0.30+0.70=59.188Kmoli=2x=D=33.8=0.828x=D2=5.684=0.1391DD40.81292DD40.812x=生=0.116=0.002x=俗=31.872=0.5382BB59.18893BB59.188x=住=25.70=0.434x=經(jīng)=0.50=0.0084BB59.18895BB59.188x=驗=0.30=0.005x=B7=0.70=0.0126BB59.18897BB59.188將計算結(jié)果列表如下：組 分H2/CH4CH24CH26//CH36//CH38//C4//不清晰分割K物料衡算序號1234567由"iH—K計算各組分的相對揮發(fā)度，結(jié)果列表。

組分H2CH4CH24CH26CH36CH38C4X/摩爾％:FK/aL3/由于氫氣的相對揮發(fā)度很大，該組分全部從塔頂餾出液中采出。由D=aND3和F=D+B分別計算組分4、5、6、7的分布。B i3mB iiii3■^于"組^分4： 4=U3=0.6433.921.328=0.0074；而25.7=D+BB4B 31.872 4 443由此計算得D=0.189；B=25.51144對組分5:D5=aNmD3=0.1183.921.328=0.00001；而0.5=D+BBi5B 31.872 5 553由此計算得 =0.5055將計算結(jié)果列表如下:組 分H2CH4CH4CH26CH6CH8C4///////2.要求在常壓下分離環(huán)己烷a.（沸點80.8°C）和苯b.（沸點80.2°C）,它們的恒沸組成為苯（摩爾分?jǐn)?shù)），共沸點77.4°C，現(xiàn)以丙酮為恒沸劑進行恒沸精徭，丙酮與環(huán)己烷形成恒沸物，共沸組成為（環(huán)己烷摩爾分?jǐn)?shù)），若希望得到幾乎純凈的苯，試計算:所需恒沸劑量。塔頂、塔釜徭出物量各為多少。（以100kmol/h進料計）解：以100kmol/h進料為基準(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，進料量和塔頂恒沸物的量和組成分別為F,D,xFi,xDi。對環(huán)己烷作物料平衡DXd1對環(huán)己烷作物料平衡DXd1=Fxf1;小 FxD=沖x

D1100x0.4980.60=83kmol恒沸劑S的用量為S=DxD3=83x0.40=332kmol由于塔釜希望得到幾乎純凈的苯，W=W2=FxF2=100x0.502=50.2kmol3.甲醇丙酮b.在55.7°C時形成恒沸物，其恒沸組成為x=0198,水和苯均可作為萃取劑進行萃取1精徭以分離甲醇和丙酮，試通過計算確定水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：x-08（mol）；A=0.2798；A=0.2634；A=0.3794；A=0.2211；xS-0.8（mo丿 12 21 13 31A-0.9709；A-0.5576；A-0.8923；A-0.7494；A-0.2012；A-0.153323 32 14 41 24 42解：以水作萃取劑以苯作萃取劑，以苯作為萃取劑進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的效果更差。由于甲醇的沸點（64.7°C）高于丙酮（55.7°C）,則塔頂餾出物為丙酮，塔釜餾出物為甲醇和苯。乙酸甲酯a.和甲醇b.混合物在45°C時為恒沸物，今以水為溶劑進行萃取精餾，已知其組成為x-0.7，x-0.8；A-0.447；A-0.411；A-1.3；A-0.82；A-0.36；A-0.22。試求其1 S 12 21 13 31 23 32選擇度，并說明塔頂餾出何物解：由于甲醇的沸點（64.7°C）低于乙酸甲酯（°C）,則塔頂餾出物為甲醇酮，塔釜餾出物為乙酸甲酯和水。某裂解氣組成如下表所示。組分H2CH4CH24CH26CH36i-CH410現(xiàn)擬以i-CH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410的操作壓力為，塔的平均溫度按T4C計，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倍，試確定為完成吸收任務(wù)所需理論板數(shù)。各個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，查得在和-14C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N關(guān)關(guān)理論板數(shù)的計算操作液氣比LV-"Iv^n-"X07128-1^692A關(guān)-—^-10692-1.485關(guān)鍵組分的吸收因子為關(guān) ％關(guān) °72①一1“N①一1“N-—-———1-理論板數(shù)lgA’0.99—1.485lg099亠-1-8.868lg1.485各個組分的吸收分率和出塔尾氣的量和組成AN+1—A―i i-VKi和AN+1VKi和i

組分CH“CH24CH26CH36i-CH410K/v ，kmol/hA?11；N11,i/000100+38.11152=69.056kmol/hd.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：Ld.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：L=Lo+(Lo+61.8885)2=L0+30.944由Vy=匸0692，得L0=42.89kmol/h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Z二,z二,z=（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：a=,a二，BTX BT TTa=，a=。規(guī)定異丙苯在釜液中的回收率為%，甲苯在餾出液中的回收率為%。求最少理論板XTCT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，從相對揮發(fā)度的大小可以看出，二甲苯為中間組分，在作物料衡算時，初定它在餾出液和釜液中的分配比，并通過計算修正組分進料餾出液dB4040T60xxX202組分進料餾出液dB4040T60xxX202C800.002x40200D解得D=W=x=x=TD=TW=xx物料衡算如下CDCW釜液Wi1880x0.998Wlglg(CTlg0.5861 0.8135x0.00160.0031解得d=；W=lg0.8051xlgXcDlg0.8051xlgXcDXtWlg(丄)a組分進料dWiiB4040—T60xxX20C8080x0.00280x0.998100.9199.09組分xxdiwiB0組分進料餾出液釜液數(shù)量Mol%數(shù)量mol%數(shù)量mol%苯402040—甲苯6030二甲苯2010異丙苯0.59160.00160.0030lg(10.21)某原料氣組成如下：組分CHCHCHi-CHn-CHi-CHn-CHn-CH42638410410512512614y（摩爾分率）0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°C,壓力為,如果要求將i-CH回收90%。試求：410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倍時，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：由題意知，i-CH為關(guān)鍵組分410由P二，t平=38°C查得K關(guān)二（P-T-K圖）①在最小液氣比下N二g,A二中二關(guān)關(guān)（V）min=K關(guān)?A關(guān)=x=

組分進料量相平衡常數(shù)Ki被吸收量塔頂尾氣數(shù)量組成CH4CH26CH38i—CH410n—CH410i—CH512n—CH512n—CH614合計———iVKiAN+1—A申=-ii AN+1—1i纟V)mii=X所以理論板數(shù)為占_1=纟V)mii=X所以理論板數(shù)為占_1=lo（卅）logA log0.991=9.48③它組分吸收率公式計算結(jié)果如下：Ai=VKiL罟=0-0320 O.°329.48+l—099=0.32i=0.0329.48+1—1V1（CH4）=（1-0i）VN+1=（）X=④塔內(nèi)氣體平均流率：v=100+^9°=90,10Kmol/h塔內(nèi)液體平均流率：L+塔內(nèi)液體平均流率：L+（L°+血L=2=L0+9.9050=h8.乙醇-苯-水系統(tǒng)在，64.86°C形成恒沸物，其組成為％乙醇a.,%苯b?和％水c.,利用恒沸點氣相平衡組成與液相組成相等這樣有利條件，計算在64.86°C等溫分離該恒沸混合液成為三個純液體產(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所需最小功為設(shè)為理想溶液，丫=1，右n=lkmolFi F9.含乙烯％的乙烯-乙烷混合物于2Mpa壓力下進行蒸餾，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，試計算分離凈耗功為多少

組分C2C3n-C4n-C5n-C6工進料kmol/h30200370350501000產(chǎn)品1kmol/h301924226產(chǎn)品1kmol/h836635050774lnyFi11.試求環(huán)境溫度下，下表所示的氣體分離過程的最小功。解：設(shè)環(huán)境溫度t=298解：設(shè)環(huán)境溫度t=298K,n0F10.計算題9的熱力學(xué)效率。=Ikmol,乙烯的量為=1X0.324X26=&424kg解：-n組分C2C3n-C4n-C5n-C6進料kmol/h30200370350501000xiF產(chǎn)品1kmol/h301924226xi1產(chǎn)品1kmol/h836635050774xL2將含丙稀80%（摩爾）和丙烷20%的料液在常壓下分離為含丙稀%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298K，料液可以當(dāng)作理想溶液。解：設(shè)料液量為1kmol，計算兩股產(chǎn)品的量：聯(lián)列解得：n=,n=Q1 Q2wminT0T=KmolwminT0T=Kmol0 料液一輕烴混合物進行精餾塔的計算，求得最小回流比Rm=，最小理論板數(shù)Nm=。求回流化為R二，全塔平均板效率為n=，所需最小塔板板數(shù)。R=X=由此圖查，得：由于，Nm=所以，N=實際板數(shù)為：==33塊某廠裂解氣組成（摩爾%）如下：%氫、%甲烷、乙烯、%乙烷、%丙烯、異丁烷、所用的吸收劑中不含所吸收組分。要求乙烯的回收率達到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OO操作液氣化為最小液氣比的倍試求:（1）最小液氣化;（2）所需理論板數(shù);

各組份的吸收因子、吸收率塔頂尾氣的組成及數(shù)量；塔頂應(yīng)加入的吸收劑量解：(1)最小液氣化所需理論板數(shù)N各組份的吸收因子、吸收率吸收因子，以甲烷為例：吸收率，以甲烷為例：塔頂尾氣的組成及數(shù)量(見表)vN+1HCvN+1HC01C=2C02C=3iC040N+10y1塔頂加入的吸附劑的量在內(nèi)徑為D二的立式吸附器中，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?；钚蕴繉Ρ降膭踊钚詾?%(重)，床層中苯的殘余b.被吸附的體量=G(b.被吸附的體量=G(動活性-殘余活性)=*(7%%)=1.976kg三_被吸附的苯量 -L976 — l_lixO.