化工分離工程習題

化工分離工程習題習題崔群20XX年

6,8,10,13

[P163,6]

用芬斯克方程計算附圖精餾塔的最少理論板數(shù)與非關鍵組分的分配。解題思路：①假設清晰分割→D,W②計算塔頂、塔釜溫度③計算各組分平均相對揮發(fā)度④Nm=?⑤驗證清晰分割

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,6]解：①假設清晰分割→D,W用清晰分割方法對各組進行分預分配，如下表：進料組分12345678C3i-C4n-C4(LK)i-C5(HK)n-C5n-C6n-C7n-C8進料fikmol/h2500400600100200405040餾出液di2500400600-6156100液wi

[P163,6]

求和

3930

3509

421

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,6]解：②計算塔頂露點溫度塔頂露點tD近似代表塔頂蒸汽溫度計算各組分的相對揮發(fā)度。最小平衡級(理論板)對應于全回流，R=1,yi=xi

[P163,6]

由diyi/ki1

計算塔頂餾出液的露點溫度tD=31℃

令t=31℃,已知P=700kPa,查P21圖2-1(a)得Ki列于下表。塔頂組分di1234求和C3i-C4n-C5i-C52500400594153509yi0.71250.11400.16930.00431Ki1.580.670.4830.20yi/Ki0.45090.17010.35050.02150.9931

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,6]解：③計算塔釜液泡點溫度tB塔底tb代表塔底液相溫度計算相對揮發(fā)度。

[P163,6]

令t=127℃,已知P=700kPa,查P21圖2-1(a)得Ki列于下表。釜液組成kmol/hxwKiyi=Kixi

3456

n-C4i-C5n-C5n-C6

68520040

0.0*****.20XX年0.47510.0950

2.81.51.270.68

0.03990.30290.60340.0640

78求和

n-C7n-C8

5040421

0.*****.09501

0.350.20

0.04160.0191.0714

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,6]解：④Nm=?

[P163,6]

假設清晰分割，由塔頂露點計算得t頂=31℃,塔底泡點計算得t底=127℃,P=700kPa,查圖得各組分的Ki(列于下表)。31℃di12345C3i-C4n-C4(LK)i-C5(HK)n-C52500399.5594156.49Ki1.580.670.4830.200.16127℃Ki5.93.42.81.51.27Wi00.465685193.531℃αiHK7.93.352.41510.8127℃αiHK3.3932.271.8710.85αiHK平均5.572.762.1310.82

678

n-C6n-C7n-C8

000

0.0580.0220.009

0.680.350.20

405040

0.290.110.045

0.450.230.13

0.360.160.076

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,6]解：計算各組分的相對揮發(fā)度14(14)D(14)W1/25.57

[P163,6]

24(24)D(24)W1/22.76

54(54)D(54)W同理

1/2

(0.16/0.2)(1.27/1.5)

1/2

0.82

640.36,740.16,840.076列于上表

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,6]解：④Nm=?用塔頂、底輕重關鍵組分計算最小理論板：

[P163,6]

0.483(LH)D2.4150.20

2.8(LH)W1.871.5

平均(LH)D(LH)W1/2(2.4151.87)1/22.13dd59415lg

/lg(6)/(85)wLwH8.37Nmlg平均lg2.13

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,6]解：⑤驗證清晰分割W1f1dN1()414mw2500151(5.57)8.37858.1103

[P163,6]dNd14w1w4m

Ndd114w1w4m

f22500W20.465d15N8.371()4241(2.76)w85m

f1d1w1Nd14w1w1w4m

158.3715200()54200()0.828.378585d56.49158.37151()541()0.828.378585f5d5w5d5d5d5(1dNN5454w4m

dNd54w5w4d5w5Nd54w4m

m

m

d5Nd541w4d)5d5dNdw454w41mm

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,6]解：⑤驗證清晰分割158.3715)6440()0.368.378585d61.4103158.151()64371()0.368.3785851540()0.0768.37158.3750()0.1685d83109685d71.921015151()0.0768.378.371()0.16858540(

[P163,6]

w2=0.465,d5=6.49代入調(diào)整因調(diào)整對xi,d,xi,w影響不大，故對塔頂、塔底溫度影響不大，故可認為由此而引起的αi變化不大，故可近似認為Nm=8.37不變，只作組分分配。最少理論板數(shù)Nm=8.37非關鍵組分的分配。(見表)

20XX年-9-17

第三章習題

[P164,8]

8.用精餾塔分離三元泡點混合物，進料量為100kmol/h,進料組成如下：組成ABC摩爾分率0.40.20.4相對揮發(fā)度531

(1)用芬斯克方程計算餾出液流率為60kmol/h以及全回流下，當精餾塔具有5塊理論板時，其塔頂餾出液和塔釜液組成。(2)采用1的分離結果用于B和C間分離，用恩特伍德方程確定最小回流比。(3)確定操作回流比為1.2倍最小回流比時的理論板數(shù)及進料位置。

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,8]

[P164,8]解：(1)用芬斯克方程計算餾出液流率為60kmol/h以及全回流下，當精餾塔具有5塊理論板時，其塔頂餾出液和塔釜液組成。

解法一已知：N=5塊(理論板),F=100kmol/h,D=60kmol/hW=100-60=40kmol/h

已知Nm=5和各組分α,用芬斯克方程計算求塔頂餾出液和塔釜液組成。組分ABzi0.40.2fi4020α53di39.7418.43wi0.261.57xi,d,%66.2330.72xi,w,%0.653.90

CΣ

0.41

*****

1

1.83D=60

38.17W=40

3.05

95.43

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,8]

[P164,8]解：已知Nm=5和各組分α,用芬斯克方程計算求塔頂餾出液和塔釜液組成。

dAdNm

BABWAWBdA+WA=40

40WA20WBNmABWAWB

wA

4020N1AB1wBm

dCdBNmCBWCWBdC+WC=40

40Wc20WBNmcBWcWB4020Nm(1)AB1WBWB

WC(

4020Nm1)CB1WB

wA+wB+wC=40

4020Nm(1)CB1WB

40

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,8]

[P164,8]解：WB40102040(201)Nm1Nm(1)AB1CBWBWB1NmAB(53)512.86NmCB(13)50.0041

上式試算得WB=1.57(上式左邊為-8.86×10-5)

WA

4020Nm(1)AB1WB

4020(1)12.8611.57

0.26

wC=40-wA-wB=38.17dA=40-wA=39.74dB=20-wB=18.43dC=40-wC=1.8320XX年-9-17

xA,D=66.23%xB,D=30.72%xC,D=3.05%第三章習題

xA,W=0.65%xB,W=3.90%xC,W=95.43%14

[P163,8]

[P164,8]解：

(1)解法二已知：N=5塊(理論板),F=100kmol/h,D=60kmol/hW=100-60=40kmol/h設塔頂餾出物中B組成為dB、A在塔底為0,即可得下表。組分zifiαidiwi

ABCΣ

0.40.20.41

402040100

531

40dB60-(40+dB)=20-dBD=60

020-dB40-(20-dB)=20+dBW=40

ddlg()B()CwwNm將B、C組成帶入芬斯克方程得：lgBC

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,8]

[P164,8]解：

解法二dB20dBlg()()20dB20dB53)lg(1

dB(20dB)35243(20dB)2dB=18.29dC=1.71

dB240.25dB401.650校核wA=?wA

wB=20-18.29=1.71wC=40-1.71=38.29

fA400.28d1.71N1()CAC1(5/1)5w38.29m

wA≠0

故將wA=0.28代入重新進行物衡算，再進行計算……直到wA基本不變?yōu)橹埂?/p>

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,8][P164,8]解：(2)采用1的分離結果用于B和C間分離，用恩特伍德方程確定最小回流比。

i(xi,D)mRm1Underwood公式：i①計算θ值

ixi,F1q0i

已知三元泡點混合物進料，q=1;zA=0.4,zB=0.2,zC=0.4;αA=5

50.430.210.40531試差得3個θ(左邊為-1.09×10-4),取其中1個θ值介于B、C相對揮發(fā)度之間的。即θ=1.425(31.4251)②計算Rmin由(1)計算得：xA,D=66.23%xB,D=30.72%xC,D=3.05%θ=1.425帶入Underwood公式計算Rmin20XX年-9-17第三章習題17

[P163,8]

[P164,8]解：②計算Rmin

Rm

50.6630.3110.0310.4451.42531.42511.425

(3)確定操作回流比為1.2倍最小回流比時的理論板數(shù)及進料位置。①計算理論板數(shù)N

R1.2Rm0.53R0.34610.35R1Rm0.440.31Rm10.441

查(波耳)圖3-10,得Nm/N=0.3

理論板數(shù)：N=5/0.3=17

20XX年-9-17

第三章習題

[P163,8][P

164,8]解：(3)確定操作回流比為1.2倍最小回流比時的理論板數(shù)及進料位置。②求進料板位置用塔頂B、C組成和進料B、C組成帶入芬斯克方程計算精餾段理論板。18.431.83lg20L40H(NR)m2.73lg3

上面已求得：Nm/N0.3

N2.73/0.39.119.0進料板為自塔頂向下數(shù)第9塊理論板。

20XX年-9-17

第三章習題

[P164,10]

10.用萃取精餾法分離丙酮(1)―甲醇(2)的二元混合物。原料組成z1=0.75;z2=0.25(摩爾分數(shù)),采用水為溶劑，常壓操作。已知進料流率4