分离工程习题解答

1、 13 例 2-3 求含正丁烷（1） 0.15、正戊烷（2） 0.4、和正已烷（3） 0.45 （摩尔分数）之坯类混合 物在0.2MPa压力下的泡点温度。B.露点温度 a.解：因各组分都是烷烧，所以汽、液相均可看成理想溶液，Ki只取决于温度和压 力。如计算要求不高，可使用绘类的p-T-K图（见图2-1） 假设 T = 50C, p =0.2MPa,査图求 Ki , 组分 xi Ki yi=Kixi 正丁烷0.15 2.50.375 正戊烷0.40 0.76 0.304 正已烷0.45 0.28 0.126 说明所设温度偏低选正丁烷为=先=牆二0.95 査P-t-k图t为S8.A 再设T = 5

2、87C,重复上述计算得 迟疋曲=1.000% 1 故泡点温度为58.7ca p =O.2MPa,査图求 Ki , 组分 xi Ki yi/Ki二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 解：B.露点温度，假设T = 80C, .-.Zx,= 0.978 71 Ki 选正戊烷为参考组分，则 K4 = Kg x 工兀=1.6x0.978 = 1.56 由 =1.56,查图 2-la 得 t=78*C Ki二4, K2=1.56,K3=0.6, =X= 0.0375 + 0.267 + 0.75 = 1.053 1 5 故

3、混合物在78Co 例 2-7 进料流率为1000kmol/h的轻炷混合物，其组成为：丙烷(1)30% :正丁烷(2)10% : 正戊烷(3)15% :正已烷(4)45%(摩尔)o求在50 C和200kPa条件下闪蒸的汽、液相 组成及流率。 解：该物系为轻烧混合物，可按理想溶液处理。由给泄的7和p ,从p-T-K图查 Ki ,再采用上述顺序解法求解。 (2)核实闪蒸温度 假设50C为进料泡点温度，则 4 2 =7.0 x0.3 + 2.4x0.1 + 0.8x0.15 + 0.3x0.45 = 2.5951 2-1 假设50C为进料的壺点温度，则 4 （皿）二 2-1 0.30.10.15 +

4、+ 7.02.40.8 0.45 oJ =1.772 1 说明进料的实际泡点和露点温度分别低于和髙于规左的闪蒸温度，闪蒸问题成立。 求屮,令1 =0.1(最不利的初值) =(7-1)(0.3)(2.4-呦1) +阴 - 1)2) + (0.3_1心5) 八丿 _ 1 + (0.10)(701) U (0.1)(2.4-1)1 + (0.1)(0.8-1)1 + (0.1)(03-1) =0.8785 因/（0.1）0,应增大W值。因为每一项的分母中仅有一项变化，所以可以写出仅含未 知数屮的一个方程： -0.03 + -0.313 1-0.7/ 1.80.14 + 1*6 労 1 + 1.4/

5、讣算R.R方程导数公式为: 妙3）二_（心-1卩引 +心-L）乜 十（5 -1化】十（埶一 1），心 2 一 l+CA-i）3 i+（ra-i）3 q 十卩怎】1）1 + 釘（幺 i）F 10.8+0.196O.006+ 0.2205 1 十 6血1 十 14切？1+0.231+0.73 当（P1 =0.1 由（2-62）: 0.2758 4.631 =0.29 以下计算依此类推，迭代的中间结果列表如下: 迭代次数 屮 fW df（屮）/d（屮） 1 0.1 0.8785 4.631 2 0.29 0.329 1.891 3 0.46 0.066 1.32 4 0.51 0.00173 f（0

6、4）数值已达到pTK图的精确度。 (3)用式(257)计算xi ,用式(258)计算yi 0.3 1 + 0.51(7.0-1) =0.0739 7.0 x0.3 1 + 0.51(7.0-1) =0.5173 由类似计算得:x 2 =0.0583, y 2 =0.1400 x3 =0.16703 =0.1336 x4 =0.6998, y 4 =0.2099 求八 L r = = 0.51X1000 = 510 kmo|/h =?-r=490kmO|/h 核实Yx和迟召 (4 y = 0.999= 1.0008 z-1,i-1 因屮值不能再精确，故结果已满意。 (3) 一炷类混合物含甲烷5%

7、(mol),乙烷10%,丙烷30%及异丁烷55%,试求混合 物在25C时的泡点压力和露点压力。 解1：因为各组分都是烷炷，所以汽、液相均可以看成理想溶液，K,值只取决于温 度和压力。可使用炷类的P-T-K图。 泡点压力的计算：75348 假设 组分i 甲 烷 乙 烷 丙 烷 并J 烷 0. 0. 0. 0.55 1 05 10 30 .00 K, = Z Kg =165x 0.05 4-27x0.10+8.1x0.304-3.2x0.55 = 154 h 1 选异丁烷为参考组分，则 心=仝-=上_ = 0.2114 15.14 由 K4 =0.2114和 t=25C査图 2-la 得 p=28

8、00kPa： Ki=6.1, K2=1.37K尸0.44, K4=0.2114 ”=6.1x0.05+1.37x0.10+0.44x0.30+0.2114x0.55 = 0.69031 = 0.306 由心=0.306 和 t=25C査图 2-la 得 p=1550kPa： Ki=ll.O K2=2.2,2=0.70,K4=0.306 Sy； =E Ktxi =ll.Ox 0.05 + 2.2x0.10+0.7 x ().30 + 0.306x 0.55 = 14 8 h 1 = O306 = 027 Zy； 1.148 由 K=0.27 和 t=25C査图 2-la 得 p=1800kPa：

9、 0=9.6, K2=1.9,K尸0.62, 0=0.27 :.Zyt =ZKz = 9.6 x 0.05 +1.9 x 0.10+0.62 x 0.30 4- 0.27 x 0.55 = 1.004 1 则混合物在25C时的泡点压力为1800kPao c.t=25C, p=lMPa=101.3kPa Ki=165, K2=27, K尸& 1, Ka=3.2 心0.05000.300.55门 c , Z=+ + + =0.2129 1 故在t=25C, p=lMPa大气压时的气相分率等于lo 1.某精懈塔的操作压力为O.IMpa. 组分正丁烷正戊烷 组成（摩尔分数）0.050.17 试求：露点

10、进料的进料温度。 泡点进料的进料温度。 解：霸点进料的进料温度 设 t=20C, p=0.1MPa=100kPat 由査图 2a 得: 其进料组成为 正己烷 正庚烷 正辛烷总合 0.65 0.10 0.03 1.00 二力订丄=哎+巴Z +哎+竺+竺 Kl=2.1, K2=0.56, K3=0.17,K4二0.055, K5=0.017 /. .X； = y f 1 += 7.734 h 1 心 20.56 0.170.055 0.017 选正己烷为参考组分，则 K3=KGX*i =7.734x07 = 1.315 由 K? = 1.315 和 p=100kPa,査图 2-la 得 t=78

11、C： Kl=9.5 K2=3.2,K3=1.315,K4=0.56, K5=0.25 它 0.050.170.650.100.03. /. S v； = Z=+= 0.851 h 1 K) 9.53.21315 0.56 0.25 K3=KGxXXi =0.851x1.315=1.119 由 K2 =1.119 和 p=100kPa 查图 2-la 得 t=74C: Kl=8.5, K2=2.9,K3=1.119,K4=0.48, K5=0.20 p 弋儿 0.050.170.650.100.03. nnQ . K； 8.52.91.1190.480.20 故露点进料的进料温度为74C。 泡点

12、进料的进料温度 设 t=20C, p=0.1MPa=100kPa,由査图 2-la 得： Kl=2.1, K2=056,K3=0.17,K4=0.055 K5=0.017 艺”冲=2.1x0.05 + 0.56x07 + 07x065 + 0055x0+ 0017x003 = 0.317h 1 K?=仏=-2111=0.54 Ey； 0.317 由 K、= 0.54 和 p=100kPa，查图 2-la 得 t=50C: Kl=5.2, K2=1.6,K3=054,K4=0.21, K5=0.085 S ys = Z 3 = 5.2 x 0.05 + 1.6x0.17 + 0.54x 0.65

13、 + 0.21x0.1 + O.O85x 0.03 = 0.907 h 1 生=空=060 Sy； 0.907 由心=0.60和 p=100kPa,査图 2-la 得 t=54C： Kl=5.5, K2=1.76,K3=0.60,K4=0.25 K5=0.095 E yi =Z =5.5 x 0.05 + 1.76x07 + 0.6 x 0.65+0.25x0+ 0.095 x 0.03 = 0.992 1 故泡点进料的进料温度为54C。 2某混合物含丙烷a.0.451(摩尔分数)，异丁烷b.0.183,正丁烷c.0.366,在t=94C 和p=2.41Mpa下进行闪蒸，试估算平衡时混合物的气

14、化分率及气相和液相组成。已知 Ki=1.42, K2=0.86, K3=0.72o 解：设0二05,由 t=94C, p=2.41MPa=2410kPa, Kl.42, K2=0.86, K3=0.72 得： A = (U51 + OI83 +(1366 = 1039i Kj 1.420.860.72 Z Kj Zi =1.42x 0.451 + 0.86x0.183+0.72 x 0.366 =1.061l 故混合物处于两相区，可进行闪蒸计算。 尸(0)=艺(儿一兀)=艺 Z心-1) 1 + 0伙厂1) =0 F ()451(142-1) *()的6-1) _()366(072-1) = 0

15、098 0.0098 -0.1044 1 + 0.5(1.42 -1)1 + 0.5(0.86 -1)1 + 0.5(0.72-1) )1 +必 一)2 0.451(1.42-1)20.183(0.86-1)20366(0.72-I)2八 =一r 一7 = T 1043 1 + 0.5(1.42-I)21 + 0.5(0.86 -I)21 + 0.5(0.72 -I)2 = 0.594 皿 册野隅骼r蛊养 5 故 0=0.594。 Zi 1 + 0伙,一1) 儿=kixi得 0.451 1 + 0.594(1.42-1) =0.361； 0.183 1 + 0.594(0.86-1) =0.2

16、00 ； -x2 =1-0.361-0.2 = 0.439:或3 = 0.366 1 + 0.594(0.72-1) = 0.439 =1.42x0.361 = 0.513： y2 =0.86x0.2 = 072；旳=0.72x0.439 = 0.315 或旳=1 一 ” 一力=1 一0.513- 072 = 0.315 P185 例 4 一 4 组分 (1)某原料气组成如下: CHd C2H6 C3H8 i-C4Hio n-CaHio i-CsHu n-CsHu n-CeHu yo(摩尔分率)0.765 0.0450.035 0.0250.0450.0150.0250.045 先拟用不挥发的

17、绘类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温度为 0.5712 0.56 = 1.02 38C,压力为1.013Mpa,如果要求将i-QHw回收90%。试求: (1) 为完成此吸收任务所需的最小液气比。 (2) 操作液气比为组小液气比的2.1倍时，为完成此吸收任务所需理论板 数。 (3) 各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。 求塔底的吸收液量 解：最小液气比的计算: 在最小液气比下N二g, A妒。关=0.0.85 (%)祢= K绘=0.56 X 0.85=0.476 (2)理论応数的计算： 操作液气比 % = 1.2( % )min =1.2X 0.476=0.5712 A+l - A

18、an+1 - 1 log Alog 1.02 尾气的数量和组成讣算： L 孔=一 非关键组分的 径= 吸收率 被吸收的量为曲卩，塔顶尾气数量叽(1 -卩)=气 塔顶组成 按上述各式计算.将结果列于下表 组 分 f+l K mol/h K i A 0 : % QVr C h4 76 .5 1 7.4 0 .033 0 .032 2 524 7 3.98 0 920 C2 He 4 5 3 .75 0 .152 0 252 0 684 3 816 0 047 C3 h8 3 5 1 .3 0 .439 0 .436 i 526 i 974 0 025 i-C 4H10 2 5 0 .56 1 .0

19、2 0 .85 2 125 0 375 0 0047 C4H10 4 5 0 .4 1 .428 0 .95 4 275 0 225 0 0028 i-C 5H12 1 5 0 .18 3 .17 1 .00 1 500 0 0 0 0 n C5H12 2 5 0 .144 3 .97 1 .00 2 500 0 0 0 0 C6H14 4 5 0 .056 1 0.2 1 .00 4 500 0 0 0 0 合 计 10 0.0 - - - 19 .810 8 0.190 塔底的吸收虽： 塔内气体平均流率: 100 + 80.37 2 = 90.185 Kmol/h 厶=厶）+冬=（仃=0.

20、5712x90.185 = 51.514 塔内液体平均流率：2V 而匕曲 + 厶）=% + 5 ,即 ioo+ 厶=8o.37+ Ln 联立求解得 Ln =61.33Kmol/h. Lo =41.70Kmol/h 解2：由题意知，i-C4H10为关键组分 由 P=1.013Mpa, t 平=38C 査得 K ,；=0.56 （P-T-K 图） （i）在最小液气比卜N=f A妒中=0.9 （%）沁“ = K关盘关=0.56 X 0.9=0.504 = 1-1（ %）min =1.1X0.504=0.5544 0.5544 0.56 099 所以理论板数为 .(A 申、 g( -) 1 - (p

21、N = - 1 = log A z 0.99 - 0.9、 log () 1 一 -1 = 9.48 log 0 99 L 它组分吸收率公式A,= A：V+1 _ A 径=击_ 计算结果如下: 组 分 进 料量 相平衡常 数Ki A (P 三被吸 收量 塔顶尾气 数 组 成 c h4 76 .5 17.4 0 .032 0 .032 2.44 8 7 4.05 0 923 c2 He 4 5 3.75 0 .148 0 .148 0.66 8 3 834 0 048 Cs Hs 3 5 1.3 0 .426 0 .426 1.49 1 2 009 0 025 i-C 4H10 2 5 0.56 0 .99 0 .90 2.25 0 0 250 0 003 n- C4H10 4 5 0.4 1 .386 0 .99 4.45 5 0. 045 0 0006 i-C 5H12 1 5 0.18 3 .08 1 .00 1.50 0 0. 0 0 0 n- C5H12 2. 5 0.144 3 .85 1 .00 2.50 0 0 0 0