分离过程典型例题

1、典型例题-计算题1. 已知第一脱甲烷塔的进料组成及操作条件下各组分的相平衡常数如下表所 示，要求甲烷的蒸出率为98%,乙烯的回收率为96%，试分别按清晰分割和 不清晰分割方法计算馏出液和釜液的组成，并比较两种计算结果。序号1234567组分H2C2H4C2H6QH6C3H8C4xf/摩尔%K/解：取lOOKmol进料为基准，选取甲烷为轻关键组分，乙烯为重关键组分。按清晰分割的概念，组分1为轻组分，全部从塔顶馏出液在采出，组分4、5、& 7为重组分，全部从塔釜液中采出。由于甲烷的蒸出率为98%D2 5.8 0.98 5.684Kmol ； B2 5.8 5.684 0.116Kmol乙烯

2、的回收率为96%B333.2 31.872 1.328Kmol33.2 0.96 31.872Kmol . D37D D2 D333.8 5.684 1.328 40.812KmolB F D 100 40.81259.188KmolX6BBi0.116 31.872 25.7D133.8D40.812D31.328D40.812电0.116B59.188电25.70B59.188B60.300.828X1D0.033x3D0.002X2B0.434X4BB59.1880.005将计算结果列表如下:0.50 0.30 0.70D25.684：2DD 40.812X5BX7BB7B31.8725

3、9.1880.5059.1880.7059.18859.188Kmol0.1390.5380.0080.012组分ZiXiDXiBDiBiH2/CH4C2H4C2H6/C3H6/7由iH序号1234567组分H2CH4C2H4C2H6C3H6QH8C4XiF/摩尔%Ki/a i3/賂计算各组分的相对挥发度，结果列表D2 B35.684 31.872,lg lgNm 匹里 匸328 O.1163.92lg 23lg 6.071由于氢气的相对挥发度很大，该组分全部从塔顶馏出液中采出对组分4：J D2 和 FiDiB3D4B4Bi分别计算组分4、5、6、7的分布。由此计算得D4对组分5： DB5由此

4、计算得D5NmDl4B3Z89 ；Nm D3i5 B0.0 ； B5将计算结果列表如下:0.6433.921.32831.872B425.5110.1183.92 牆0.0074 ；而 25.7 D4B40.00001 ；而 0.5 D5 B5组分ZiXiDXiBDiBiH2/CH4C2H4C2H6C3H6/C3H8/C4/0.502. 要求在常压下分离环己烷a.（沸点808C）和苯b.（沸点802C）,它们的恒 沸组成为苯（摩尔分数），共沸点77.4C，现以丙酮为恒沸剂进行恒沸精馏， 丙酮与环己烷形成恒沸物，共沸组成为（环己烷摩尔分数），若希望得到几乎纯净的苯，试计算： 所需恒沸剂量。恰好与

5、料液中的环F , D, xFi , xDio83kmol 塔顶、塔釜馏出物量各为多少。（以100kmol/h进料计） 解：以100kmol/h进料为基准，设丙酮恒沸剂的用量为 Skg,己烷组成恒沸物，进料量和塔顶恒沸物的量和组成分别为D Fxfi 100 0498对环己烷作物料平衡Dxdi Fxfi ；Xdi0.60恒沸剂S的用量为S Dxd3 83 °40 33.2km°l由于塔釜希望得到几乎纯净的苯，W W Fxf2 100 0.502 50.2kmo13. 甲醇丙酮b.在557C时形成恒沸物，其恒沸组成为 $ 0.198，水和苯均可作 为萃取剂进行萃取精馏以分离甲醇和

6、丙酮，试通过计算确定水c.与苯d.的选择度，并据理说明哪种萃取剂更佳及塔顶馏出液各为何种物质已知：xs 0.8（mol ） ； Ai20.2798 ； A?10.2634 ； Ai30.3794 ； A310.2211 ；解:A230.9709 ； A320.5576 ； A140.8923；A410.7494 ；以水作萃取剂A121( A122A21 )0.27980.26340.27162A1S2(As2As1)0.37940.22110.30022A2S1 (A2S2AS2)0.97090.55760.76432lg S12Xs A1SA2SA12(12X1)0.80.3002 0.76

7、43S|20.31441以苯作萃取剂，A1S12(AsAS1)0.89230.74940.820852A2S2(A2SAS2 )0.20120.15330.1772520.2716(1 2 0.198)0.5025Xs As A2SA240.2012 ； A42 0.1533lg S12S22.419 1A12(1 2x1)0.80.82085 0.17725 0.2716(1 2 0.198) 0.3836以苯作为萃取剂进行萃取精馏分离甲醇和丙酮更佳，而水作为萃取剂比不 加入萃取剂时的效果更差。由于甲醇的沸点（64.7C）高于丙酮（55.7C），则塔 顶馏出物为丙酮，塔釜馏出物为甲醇和苯。4

8、. 乙酸甲酯a.和甲醇b.混合物在45C时为恒沸物，今以水为溶剂进行萃取精馏，已知其组成为 X10.7，xs0.8 ;A120.447 ; A210.411 ;A131.3 ; A310.82;A23 0.36 ; A32 0.22。试求其选择度，并说明塔顶馏出何物解:A12(A122A21 )A1S1(As2AS1)A2S(A2SAS2)0.4470.4110.4293 °82 1.06036°220.290.81.06 0.29 0.429(12 0.7)0.7533lg S12Xs A1SA2S A12 (1 2x1)S25.666 1由于甲醇的沸点（647C）低于乙

9、酸甲酯C），则塔顶馏出物为甲醇酮, 塔釜馏出物为乙酸甲酯和水。5. 某裂解气组成如下表所示组分H2CH4C2H4C2H6C3H6i-QH1oy0,i现拟以i-QH1o馏分作吸收剂，从裂解气中回收 99%的乙烯，原料气的处理 量为100kmol/h，塔的操作压力为，塔的平均温度按-14C计，求： 为完成此吸收任务所需最小液气比。 操作液气比若取为最小液气比的倍，试确定为完成吸收任务所需理论板 数。 各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成。 塔顶应加入的吸收剂量。解：选乙烯为关键组分，查得在和-14C下各组分的相平衡常数列于下表。 a.最小液气比的计算在最小液气比下N ，a关关0.9 9，LV关

10、K 关0.72 0.99 0.7128V min操作液气比 1.5 斷1.5 0.7128 1.0692A关关键组分的吸收因子为LVK关1.06920.721.485lgN理论板数lg A0.991.485lg0.99 1 1 8.868lg 1.485b.理论板数的计算C.各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成N 1"A关 K 关LAAjAj jN 1由心 VKi和A 1组分H2CH4C2H4C2H6C3H6i-C4H10yN 1,iK/n 1,i，kmol/hA/000yu100 38.111569.056kmol/hd.吸收剂量V塔内气体的平均流率为：L塔内液体的平均流率为：L

11、0(L0 61.8885)2L030.944由 LV 1.0692 得 Lo 42.89kmol/h6. 在一精馏塔中分离苯（B）,甲苯（T）,二甲苯（X）和异丙苯（C）四元混合 物。进料量200mol/h，进料组成ZB=,zT=,zx=（mol）。塔顶采用全凝器，饱和液 体回流。相对挥发度数据为：BT =， TT =， XT=， CT=。规定异丙苯在釜液中的回收率为,甲苯在馏出液中的回收率为 。求最少理论板数和全回流操 作下的组分分配解：根据题意顶甲苯为轻关键组分，异丙苯为重关键组分，从相对挥发度的大小可以看出，二甲苯为中间组分，在作物料衡算时，初定它在馏出液和釜液中的分配比，并通过计算修正

12、物料衡算如下组分进料馏出液di釜液WB4040-T60X20218800. 00240800. 998C200DW解得D=W=Xtd _X TW_IgNm(C)D( )Wxtxcig(丄)CT0.58610.8135lg 0.00160.0031lg(/0.21)xT)NmeTdx Wx 20解得dx =；Wx =组分进料di4040 60 2080800. 002800. 998组分Xdi100 . 9199. 09x wiigNmxtig(丄)CTig0.59160.80510.00160.0030ig（丿o.2i）xT)NmeTdx Wx 20组分进料馏出液釜液数量Mol%数量mol%数

13、量mol%苯402040甲苯6030二甲苯2010异丙苯80400. 160. 15979. 8480. 55200100100 . 9100 . 0099. 1100.007. 某原料气组成如下：组分CH4C2H6C3H8i-GHio n-QHio i-C5Hi2 n-CsHi2 n-C6Hi4yo（摩尔分率）先拟用不挥发的烃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38C，压力为，如果要求将i-C4Hio回收90%。试求： 为完成此吸收任务所需的最小液气比。 操作液气比为组小液气比的倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。 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：

14、由题意知，i-C4Hio为关键组分由 P=, t 平=38C查得K关=（P-T-K图）在最小液气比下 N=x，A关=中关=（/V）min K关 A关=./V 1(LV)min =0.55440.560.99所以理论板数为/A 、iog()N1log A/ 0.99 0.9、 log1 0.9log 0.999.48它组分吸收率公式A壶A NAi1 AAiN 11计算结果如下:组分进料量相平衡常数KiA被吸收量塔顶尾气数量组成CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12n-CsH14合计以CH4为例:LAi 二 VK0.55441740.032i啤A 0.32i

15、 = 0.0321 1V1 (CH4)= (1- i) VN+1=()V1(CH4)y1(CH4)Vi74兰0.92376.5塔内气体平均流率:10080.190v90.10Kmol/h塔内液体平均流率:L=Lo (Lo 19.81)Lo 9.905由 /v =；L0=h8. 乙醇-苯-水系统在，64.86C形成恒沸物，其组成为乙醇a., %苯b.和%水 c., 利用恒沸点气相平衡组成与液相组成相等这样有利条件， 计算在64.86°C等温 分离该恒沸混合液成为三个纯液体产物所需的最小功。解：在等温等压条件下，将其分离成纯组分时所需最小功为Wmin,TRTnFxFi lnFi XFi设

16、为理想溶液,Fi1，若 nF1kmolWmin,TRTXFi ln XFi8.31(64.38273.15)0.228ln 0.228 0.539ln 0.539 0.233ln 0.233 2836kJ / kmol9. 含乙烯的乙烯-乙烷混合物于2Mpa压力下进行蒸馏，塔顶为纯乙烯，温度为239K，塔釜为纯乙烷、温度为260K,正常操作下，塔釜加入热量为8800kJ/kg 乙烯，试计算分离净耗功为多少解：设环境温度298K，nF 1kmol，乙烯的量为 1 0.324 26 8.424kg11 11W争 QT°() 8.424 8800 298 () 7465.6kJ / kmo

17、lTl Th239 26010. 计算题9的热力学效率。解 :Wmin,TnF RT y Fi ln yFiWmin15600.209W净7465.611.试求环境温度下，下表所示的气体分离过程的最小功组分C2C3n-Qn-C5n-Ce进料kmol/h30200370350501000产品 1 kmol/h301924226产品 1 kmol/h836635050774解：求出各物流的组成组分C2C3n-C4n-C5n-C6进料kmol/h30200370350501000XiF产品 1 kmol/h301924226Xi1产品 1 kmol/h836635050774Xi2Wmin, t R

18、T nk( yi,klnyi,k)山(yijlnyij)出进8.314 298226 (0.1331n0.133 0.851n0.85 0.01774 (0.01ln0.01 0.473In 0473 0.4521n 0.452 0.065ln0.065)1000 (0.03ln0.03 0.2ln 0.2 0.371n0.37 0.351n0.35 0.051n0.05)1.188 106 kJ/kmol12. 将含丙稀80%(摩尔)和丙烷20%的料液在常压下分离为含丙稀和5%的两 股产品，试求分离最小功。设料液和产品均处于环境温度298K，料液可以当作理想溶液。解：设料液量为1kmol，计

19、算两股产品的量：nQ1 0.996 nQ2 0.051 0.8n Q1 n Q2 1联列解得： n Q1 , n Q2w min =分离最小功由式(6-15)计算:-=T0=Kmol 料液13. 一轻烃混合物进行精馏塔的计算，求得最小回流比 只口=最小理论板数Nm= 求回流化为R=全塔平均板效率为n=,所需最小塔板板数。R= X =R_ 瓦 L 8125-1/45=0.13丘十11.8125 + 1由此图查，得：=0. 53JV+1由于，Nm=所以，N =实际板数为：=33块14. 某厂裂解气组成(摩尔)如下：氢、甲烷、乙烯、乙烷、%丙烯、异 丁烷、所用的吸收剂中不含所吸收组分。要求乙烯的回收

20、率达到99%。该吸收塔处理的气体量为100kmo1/h，操作条件下各组分的相平衡常数如下：氢 甲烷 乙烯 乙烷 丙烷 异丁烷 操作液气化为最小液气比的倍试求：(1)最小液气化；(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)最小液气化A= = O.PP-J =mA= 01.72 *05? =0.712S(2) 所需理论板数NV= _U836(3) 各组份的吸收因子、吸收率吸收因子，以甲烷为例:吸收率，以甲烷为例:"蚀烷 _ 0344+1-3 449 = °（4）塔顶尾气的组成及数量（见表）w+iA©V+1 ©vy1HCi0Cc2C3=iC400 0 0（5）塔顶加入的吸附剂的量1.