分離工程習(xí)題解答

［例2-3］求含正丁烷（1）0.15、正戊烷（2）0.4、和正已烷（3）0.45（摩爾分?jǐn)?shù)）之烴類混合物在0.2MPa壓力下的泡點(diǎn)溫度。B.露點(diǎn)溫度a.

解：因各組分都是烷烴，所以汽、液相均可看成理想溶液，Ki只取決于溫度和壓力。如計(jì)算要求不高，可使用烴類的p－T－K圖（見圖2-1）。

假設(shè)T＝50℃，p＝0.2MPa，查圖求Ki，組分xiKi

yi=Kixi

正丁烷

0.15

2.5

0.375

正戊烷

0.40

0.76

0.304

正已烷

0.45

0.28

0.126

說明所設(shè)溫度偏低,選正丁烷為KG,。查p-t-k圖t為58.7,再設(shè)T＝58.7℃，重復(fù)上述計(jì)算得故泡點(diǎn)溫度為58.7℃。解：B.露點(diǎn)溫度,假設(shè)T＝80℃，p＝0.2MPa，查圖求Ki，組分xiKi

yi/Ki=xi

正丁烷

0.15

4.2

0.036

正戊烷

0.40

1.6

0.25

正已烷

0.45

0.65

0.692

選正戊烷為參考組分，則由,查圖2-1a得t=78℃K1=4，K2=1.56，K3=0.6，故混合物在78℃。［例2-7］進(jìn)料流率為1000kmol/h的輕烴混合物，其組成為：丙烷(1)30%；正丁烷(2)10%；正戊烷(3)15%；正已烷(4)45%(摩爾)。求在50℃和200kPa條件下閃蒸的汽、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T和p，從p-T-K圖查Ki，再采用上述順序解法求解。(1)核實(shí)閃蒸溫度

假設(shè)50℃為進(jìn)料泡點(diǎn)溫度，則

假設(shè)50℃為進(jìn)料的露點(diǎn)溫度，則

說明進(jìn)料的實(shí)際泡點(diǎn)和露點(diǎn)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Ψ，令Ψ1=0.1(最不利的初值)

=0.8785

因f(0.1)>0，應(yīng)增大Ψ值。因?yàn)槊恳豁?xiàng)的分母中僅有一項(xiàng)變化，所以可以寫出僅含未知數(shù)Ψ的一個(gè)方程:計(jì)算R-R方程導(dǎo)數(shù)公式為：當(dāng)Ψ1=0.1時(shí),由(2-62):以下計(jì)算依此類推，迭代的中間結(jié)果列表如下：迭代次數(shù)Ψf(Ψ)df(Ψ)/d(Ψ)12340.10.290.460.510.87850.3290.0660.001734.6311.8911.32—f(Ψ4)數(shù)值已達(dá)到p-T-K圖的精確度。(3)用式(2-57)計(jì)算xi，用式(2-58)計(jì)算yi由類似計(jì)算得:x2=0.0583,y2=0.1400x3=0.1670,y3=0.1336x4=0.6998,y4=0.2099(4)求V，Lkmol/hkmol/h(5)核實(shí)和，因Ψ值不能再精確，故結(jié)果已滿意。(1)(2)(3)一烴類混合物含甲烷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類的P-T-K圖。⑴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=0.919＜1，說明所設(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=1.005≈1，故泡點(diǎn)壓力為1.8MPa。⑵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=1.0688＞1.00，說明壓力偏高，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=1.006≈1，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0.550.430.240.2560.1410.2850.1570.2790.1531.001.680.9071.021.001(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0.550.431.280.6940.7931.6140.990P866).以烴類蒸汽混合物含有甲烷a.5%，乙烷b.10%，丙烷c.30%及異丁烷d.55%。⑴試求混合物在25℃時(shí)的露點(diǎn)壓力與泡點(diǎn)壓力，⑵并確定在t=25℃，p=1MPa大氣壓時(shí)的氣相分率。解：a.求混合物在25℃時(shí)的露點(diǎn)壓力設(shè)p=1MPa=101.3kPa，由t=25℃查圖2-1a得：K1=165，K2=27，K3=8.1，K4=3.2選異丁烷為參考組分，則由和t=25℃查圖2-1a得p=650kPa：K1=28，K2=5.35，K3=1.7，K4=0.681故混合物在25℃時(shí)的露點(diǎn)壓力為650kPa。b.求混合物在25℃時(shí)的泡點(diǎn)壓力設(shè)p=1MPa=101.3kPa，由t=25℃查圖2-1a得：K1=165，K2=27，K3=8.1，K4=3.2選異丁烷為參考組分，則由和t=25℃查圖2-1a得p=2800kPa：K1=6.1，K2=1.37，K3=0.44，K4=0.2114由和t=25℃查圖2-1a得p=1550kPa：K1=11.0，K2=2.2，K3=0.70，K4=0.306由和t=25℃查圖2-1a得p=1800kPa：K1=9.6，K2=1.9，K3=0.62，K4=0.27則混合物在25℃時(shí)的泡點(diǎn)壓力為1800kPa。c.t=25℃，p=1MPa=101.3kPaK1=165，K2=27，K3=8.1，K4=3.2故在t=25℃，p=1MPa大氣壓時(shí)的氣相分率等于1。1.某精餾塔的操作壓力為0.1Mpa，其進(jìn)料組成為組分正丁烷正戊烷正己烷正庚烷正辛烷總合組成（摩爾分?jǐn)?shù)）0.05

0.17

0.65

0.10

0.03

1.00試求：①露點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度。②泡點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度。解：①露點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度設(shè)t=20℃，p=0.1MPa=100kPa，由查圖2-1a得：K1=2.1，K2=0.56，K3=0.17，K4=0.055，K5=0.017選正己烷為參考組分，則由和p=100kPa，查圖2-1a得t=78℃：K1=9.5，K2=3.2，K3=1.315，K4=0.56，K5=0.25由和p=100kPa，查圖2-1a得t=74℃：K1=8.5，K2=2.9，K3=1.119，K4=0.48，K5=0.20故露點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度為74℃。②泡點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度設(shè)t=20℃，p=0.1MPa=100kPa，由查圖2-1a得：K1=2.1，K2=0.56，K3=0.17，K4=0.055，K5=0.017由和p=100kPa，查圖2-1a得t=50℃：K1=5.2，K2=1.6，K3=0.54，K4=0.21，K5=0.085由和p=100kPa，查圖2-1a得t=54℃：K1=5.5，K2=1.76，K3=0.60，K4=0.25，K5=0.095故泡點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度為54℃。2.某混合物含丙烷a.0.451（摩爾分?jǐn)?shù)），異丁烷b.0.183，正丁烷c.0.366，在t=94℃和p=2.41Mpa下進(jìn)行閃蒸，試估算平衡時(shí)混合物的氣化分率及氣相和液相組成。已知K1=1.42，K2=0.86，K3=0.72。解：設(shè)=0.5，由t=94℃，p=2.41MPa=2410kPa，K1=1.42，K2=0.86，K3=0.72得：故混合物處于兩相區(qū)，可進(jìn)行閃蒸計(jì)算。故=0.594。由，得；；；或；；或P185例4一4(1)某原料氣組成如下：組分

CH4

C2H6

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

i-C5H12

n-C5H12

n-C6H14y0(摩爾分率)0.765

0.045

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(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=0.560.85=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=0.560.9=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-)VN1=(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/h3.擬進(jìn)行吸收的某廠裂解氣的組成如下。組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H10n-C5H10n-C6H14∑0.7650.0450.0650.0250.0450.0150.0250.015