分离工程计算题

分离工程习题四、计算题：1已知某混合物含0.05乙烷，0.30丙烷和0.65正丁烷（摩尔分率），操作压力下各组分的平衡常数 可按下式进行计算，试求其泡点温度。乙 烷：K=0.13333t+5.46667丙 烷：K=0.06667t+1.13333正丁烷：K=0.02857t+0.08571（t 的单位为C）解：设温度为10C,用泡点方程a KiXi =1进行试差，不满足泡点方程,设温度为7.2 C,重新试差， 满足泡点方程，泡点温度为7.2 C ,结果见表。正丁烷：K=0.02857t+0.08571（t的单位为C）组份组成设温度为24 C设温度为23 C圆整Kiyi/KiKiyi /Ki乙烷0.058.66660.0068.53330.0060.006丙烷0.302.73340.1102.66670.1120.113正丁烷0.650.77140.8430.74280.8750.8811.000.9590.9931.000解：设温度为24C，用泡点方程-yi/Ki =1进行试差，不满足露点方程,设温度为23 C，重新试差,满足露点方程，露点温度为23C ,结果见表3、一轻烃混合物进行精馏塔的计算，比Rm=1.45,最小理论板数Nm=8.6,比为R=1.25Rm全塔平均板效率为需的实际塔板数。解：R=1.25Rm=1.25X 1.45=1.812518125 -145181251由图查得,N -NmN 1= 0.53由于，Nm=8.6-0.13所以得最小回流取操作回流n=0.60，求所N=19.43组份组成设温度为10C设温度为7.2 C圆整KiKiXiKiKiXi乙烷0.056.80000.3406.42660.3210.323丙烷0.301.80000.5401.61340.4840.487止烷0.650.37140.2410.29140.1890.1901.001.1210.9941.0002、已知某混合物含0.05乙烷，0.30丙烷和0.65正丁烷（摩尔分率），操作压力下各组分的平衡常数 可按下式进行计算，试求其露点温度。乙 烷：K=0.13333t+5.46667丙 烷：K=0.06667t+1.13333实际板数为=19.43/0.6 =32.4=33 块4、某多组分精馏塔的原料组成、产品组成（组分1为轻关键组分）及各组分的相对挥发度如表所示，已知提馏段第n板上升的气相组成，提馏段操作线方程为X"=0.8yn,i+0.2xw,i，精馏段操作线方程为Xnj =1.2ynj - 0.2xDj。试求离开第n+2板的液相组成。（要求各板组成列表）（塔序从下往上，第 n+1板为进料板）。组分XF,iXD,iXW,iayn,i10.400.9800.0132.450.47320.400.0200.6531.000.49130.100.0000.1670.490.02140.100.0000.1670.410.015解：（1 ） 用提馏段操作线方程 Xn+1,i =0.8y n,i +0.2x w,i ，计算x'n .1,i，即xn 十,1 = 0.8yn,1 +0.2xw,1 = 0.8 疋0.473 +0.2 工0.013=0.381其他组分的计算结果列于表。I（2）用相平衡方程yn卄如知，计算yn知，计算结果列于表。一 "：Xn 1,i（3） 由于第n+1板为进料板为进料板，所以，用精馏段操作线方程Xn,i =12yn_1,i -0.2xD,i，计算x*， 即xn 皆=1.2yn 知0.2XDJ =1.20.6223 0.20.980=0.5508 其他组分的计算结果列于表。（4）计算结果汇总1x n 1,i1 1'次 n 1,iy n 1 ,ix n 2,i1 0.3810 0.93350.62230.55082 0.5234 0.52340.34890.41473 0.0502 0.02460.01640.01974 0.0454 0.01860.01240.0149艺 1.0000 1.50001.00015、已知组分1和组分2所构成的二元系统，当处于汽-液-液平衡时，两个平衡的液相组成如下：x2 =0.05,x； =0.05，两个纯组分的饱和蒸汽压此时分别为 P0二0.65amt,P° = 075atm，此对称系统 的范拉尔常数（用Ln表示）为A=3.272 求：（1） ；, 1（2）平衡压力（3）平衡的气相组成。丫=19.16Y* =1.008|.：- |.：- 2 2解 ：( 1)由范拉尔方程计算活度系数ln Y1/A(1 J = 3.272 (1/0.05) = 2.953ln y* =A(xf)2 =3.272 汉0.052 =0.00818Y； =1.008Y2： =19.16(2) P=P0Y*x* P；Y；x a =0.6226 0.7185 =1.3411(3)片=:P；Yfxf = 0.6226yiPiP0.62261.3411=0.464y2 二 0.5366、试求总压为86.659Kpa时，氯仿（1）-乙醇（2）之共沸组成与共沸温度。已知：In x；（0.59 1.66x1）In 2（1.42 1.66x2）lg Rs =6.02818 一 1163.0227 +ts1163.0IgR = 6.02818 -227 +t解：设温度为55°C,则由饱和蒸汽压公式得P； =82.372P； =37.311由恒沸物的特点有：ln=1 nPy;/2片37 311由于 ln -1 =0.59x2 -1.42x： 1.66X1X2 故 ln0.59x2 - 1.42x； 1.66x1X2笃82.372x1 x2 =1 由上式解得：= 0.847x2 =0.1525有活度系数公式得：1 =1.0475,2 = 2.3120所以P = 1x1P1s 2x2P； =86.2797、已知A, B两组分在压力P=760mmH下所形成的均相恒沸物的组成为xa=0.65 （摩尔分率），在恒?为什么？沸温度下纯A组分的饱和蒸汽压=507mmHg纯B组分的饱和蒸汽压=137mmHg求：（1）在恒沸组成条件下的活度系数（2 ）该恒沸物是低恒沸物还是最高恒沸物P 7601502解：（1）由均相恒沸物的特点P；507P 7605547P,137（2）该恒沸物是正偏差最低温度的恒沸物，因为两组分得活度系数皆为大于1,故一定是正偏差物系。8、醋酸甲酯（1）和甲醇（2）混合物系的范拉尔常数（用 ln表示）为A12 =1.029 , A21 =0.946，在54C时，纯组分的饱和蒸气压数据分别为Po=677mmHg P2°=495mmHg试判断：（1）在54C时有无恒沸物？（ 2）形成什么样的恒沸物？解：由范拉尔方程计算无限稀释溶液的活度系数1如=2.798z：/1 =2.575495677= 0.731因为满足P20R0所以形成最高压力的恒沸物。19、用烃油吸收含85聽烯，10%烷和5%E丁烷（摩尔百分率）的气体，采用的油气比为最小油气比3的1.5倍，该塔处理的气体量为100Kmol/h，操作压力为3大气压，实际板20块，总板效率25% （ L/V）min = 0.66计算：（1）平均温度为多少，才能回收 90%勺丁烷；（2）各组份的平衡常数；（3）吸收因子、吸收 率；（4）尾气的组成。操作条件下各组分的平衡常数如下：乙 烷：K=0.13333t+5.46667丙 烷：K=0.06667t+1.13333正丁烷：K=0.02857t+0.08571（t 的单位为C）解：（1）温度N 理二 N 实二 20 ； 2.5% 二 5N 1 kAk-10Ak 9=0解的 t=26.09 CAk=1.203A k =1（舍去）AkL 丄=1 丄=1.203V Kk KkKk=0.02857 t 0.08571#（2）各组份的平衡常数心=0.13333 26.09 5.46667 =8.945K2 =0.06667 26.09 1.13333=2.873K 3 =0.02857 26.090.08571 =0.831（3）吸收因子、吸收率以乙烷为例1K乙烷8.945=0.112#其他组分的计算结果见表A乙烷1 -1A乙烷乙烷 O.1128：；。112 “1120.1 128.86 1 -1（4）尾气的组成见表组分VN 1吸收因子A吸收率尾气量尾气组成乙烷850.1120.11275.480.915丙烷100.3480.3476.530.079止烷51.2030.9000.500.00682.511.00010、某厂裂解气组成（摩尔）如下：13.2%氢、37.18%甲烷、30.2%乙烯、9.7%乙烷、8.4%丙烯、1.32%异丁烷。所用的吸收剂中不含所吸收组分。要求乙烯的回收率达到99%该吸收塔处理的气体量为100kmol/h，操作条件下各组分的相平衡常数如下：氢甲烷乙烯乙烷丙烯异丁烷#3.1 0.72 0.52 0.15 0.058液气比；（2）所需理论板数；（3）各组份的吸收因子、吸收率;（4）塔顶尾气的组成及数量；（5）塔顶应加入的吸收剂量。解：（1）最小液气比A= © =0.99(*)m =mA = 0.72* 0.99=0.7128L、，minV(2) N L =1.5(丄)min =1.5*0.7128=1.0692 V1= 1.06921.4850.72,A - lg 1 -:彳N1lg A= 8.86（3 ）各组份A甲烷-（）V K甲烷的吸收因子、吸收率1= 1.06920.34493.1因子，以甲烷为例吸收率，以甲烷为例甲烷甲烷 一 A甲烷0.34498.861 -0.34490.34498.861 -1=0.34操作液气比为最小液气比的1.5倍。试求：（1）最小5#L0 ' L0100 38.06L0 = 42.84 kmol/h塔顶加入的吸附剂的量解:(1)G =A H r =二D24H -r =3.14 0.4241.1 220=30.395被吸附的苯量=G（动活性-残余活性）VN 1AVn 1 'v1y1H13.20001.3234.68c037.20.34490.3412.6424.5464.48C2=30.21.4850.9929.900.300.79c；9.72.0580.99829.680.0200.05C3二8.47.1281.0008.400.000.00iC01.3218.431.0001.320.000.00Z61.9438.06100.00塔顶尾气的组成及数量（见表）(4)61.94 =1.069211、在内径为D=0.4米的立式吸附器中， 装填堆积比重为220千克/米3的活性炭，其床层高度为1.1 米。今有含苯蒸汽的空气以14米/分的速度通过床层。苯的初始浓度为 39克/米3。假设苯蒸汽通过床层后完全被活性炭吸附其出口浓度为零。活性炭对苯的动活性为7%（重），床层中苯的残余吸附量为0.5% （重）。试求：1 ）每一使用周期可吸附的苯量；2 ）吸附器每一周期使用的时间3）每一周期该吸附器所处理的苯-空气混合物的体积#=30.395 (7%-0.5%) =1.976kg皮吸附的苯量二 2D2uC1.9763 1420.42 14 39/1000= 28.8m in#it 23 1423（3） V = D2u0.42 14 28.8 =50.64m34412、今从空气混合物中吸收石油气，空气混合气的流量为3450 m3 / h ,石油气原始含量为C。=0.002 kg/m3，按设备截面积计算混合气的线速为u=0.33 m/s。活性炭对石油气的动活性为0.07（重），脱附残余吸附量为 0.008 （重），活性炭的堆积比重丫 =300kg/ m3 ,吸附剂再生时的吹扫、 脱附冷却的时间为14.5小时。求所需填充的活性炭量，吸附床层的直经和高度#解:被吸附的总量动活性一残余吸附量3450*0.002*14.57% -0.8%=1614 kgnDu* 360043450=1.923n 2-d h4n -3600u石* 3600* 0.33丄二空4丄r 兀 D 300 n 1.9232=1.853 m7