化工分离过程-课后答案

1、分离过程例题与习题集叶庆国钟立梅主编化工学曉化学工程教研左化学工程与工艺专业所在的化学工程与技术一级学科属丁山东省“重中之重”学科，一宜处丁山东省领先地位，而分离工程是该专业二门重要的必修专业课程之一。该课程利用物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等基础基础知识中有关相平衡热力学、动力学、分子及共聚集状态的微观机理，传热、传质和动量传递理论來研究化工生产实际中复杂物系分离和提纯技术。传统的教学方法的突出的弊端就是手工计算工程量大，而且结果不准确。同时由丁现代化化学工业日趋集成化、H动化、连续化，学生能学到的东西越來越少。所以，传统的教学模式不能满足现代化工业生产对高水平工业工程师的需求

2、，开展分离工程课程教学方法与教学手段课题的研究与实践，对我们的学生能否承担起现代化学工业的重任，与该课程的教学质量关系重大，因此对该门课程进行教学改革具有深远意义。分离工程课程的改革主耍包括多媒体辅助教学课件的开发、分离工程例题与习题集、分离工程试题库的编写等工作。目前全国各高校化学工程与工艺专业使用的教材一般均为由化学工程与工艺专业委员会组织编写的化工分离过程（陈洪窃主编，化学工业出版社），其他类似的教材己出版了十余部。这些教材有些还未配习题，即便有习题，也无参考答案，而至今没有一本与该课程相关的例题与习题集的出版。因此编写这样一本学习参考书，既能发挥我校优势，又符合形势需要，填补参考书空白

3、，具有良好的应用前景。分离工程学习指导和习题集与课程内容紧密结合，习题贯穿目前己出版的相关教材，有解题过程和答案，部分题目提供多种解题思路及解题过程，为学生的课堂以及课后学习提供了有力指导。编者2006年3月目录TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4第一章绪论1 HYPERLINK l bookmark6第二章单级平衡过程5 HYPERLINK l bookmark12第三章多组分精憎和特殊精懈18 HYPERLINK l bookmark14第四章气体吸收23第五章液液萃取26 HYPERLINK l bookmark16第六章多组分多级分离的严格计算27第七

4、章吸附33第八章结晶34第九章膜分离35 HYPERLINK l bookmark18第十章分离过程与设备的选择与放大36 第一章绪论1.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。答：BTESA分离操作的有精镉、萃取精镉、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精镉。属丁-MSA分离操作的有萃取精镉、液液萃取、液液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。2.比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。答：当被分离组分间相对挥发度很小，必须采用具有大量塔板数的精锚塔才能分离时，就要考虑采用萃取精镉（MSA）,但萃取精係需要加入大量萃取剂，萃取剂的分离比较困难，需要消耗较多能量，因此，分离混合物优先选择能量媒介（ESA）方法

5、。气体分离与渗透蒸发这两种膜分离过程有何区别？答：气体分离与渗透蒸发式两种止在开发应用中的膜技术。气体分离更成熟些，渗透蒸发是有相变的膜分离过程，利用混合液体中不同组分在膜中溶解与扩散性能的差别而实现分离。海水的渗透压由下式近似计算：jt=RTC/M,式中C为溶解盐的浓度，g/cm3M为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035g/ci的海水中制取纯水，M=31.5,操作温度为298K。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa?答：渗透压兀=RTC/M=8.314X298X0.035/31.5=2.753kPao所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPao假定有一绝热平衡闪蒸过程，所

6、有变量表示在所附简图中。求:（1）总变更量数Nv;（2）有关变更量的独立方程数Nc；V,yi,Tv,PvAl題5附图（3）设计变量数Ni;（4）固定和可调设计变屋数Nx,Na；（5）对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？思路1：3股物流均视为单相物流，总变量数N=3（C+2）=3c+6独立方程数Nc物料衡算式C个热量衡算式1个相平衡组成关系式C个1个平衡温度等式1个平衡压力等式共2C+3个故设计变量Ni=NvNH3C+6(2C+3)=C+3固定设计变量Nx=C+2,加上节流后的压力，共C+3个可调设计变S：Na=O解：Nv=3(c+2)TOC o 1-5 h zNc物c能1相c内在(P,

7、T)2Nc=2c+3Ni=NvNc=c+3Nxu=(c+2)+1=c+3Nau=c+3-(c+3)=0思路2：输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数N=2(C+2)独立方程数Nc：物料衡算式C个,热量衡算式1个，共C+1个设计变量数NHNvNi=2C+4(C+l)=C+3固定设计变量Nx:有C+2个加上节流后的压力共C+3个可调设计变量Na：有0塔顶产物6满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求：设计变更量数是多少?(2)如果有，请指出哪些附加变进料.227K.2068kPa量需耍规足？解：Nxu进料c+2压力9c+ll=7+ll=18Nau串级单元1920VO4.61.1.7Q3KmoL

8、546714545633,2II1IJ4JtllNCCCCCC传热1合计2习題6附图NvU=Nxu+Nau=20附加变量：总理论板数。附图为热藕合精锚系统，进料为三组分混合物，采出三个产品。确定该系统:（1）设计变屋数;（2）指定一组合理的设计变量。解：NJ压力N+M+1+1TOC o 1-5 h z进料c+2合计N+M+c+4（c=3）NJ串级6分配器1侧线3传热210Nvu=N+M+3+4=N+M+19利用如附图所示的系统将某混合物分离成三个产品。试确定：（1）固定设计变量数和可调设计变量数；（2）指定一组合理的设计变更量全凝器解：Nxu进料c+2压力N+M+1+1+1c+N+M+5TOC

9、 o 1-5 h zNJ串级4分配1侧线1传热410采用单个精镯塔分离一个三组分混合习题8附图习越9附图物为三个产品（见附图），试问图中所注设计变量能否使问题有唯一解?如果不，你认为还应规定哪个（些）设计变量？解：Nx11进料c+2压力40+1+1c+44=47Nau3+1+1+2=7Nvu=54设计变量：回流比，係出液流率。 第二章单级平衡过程1.计算在0.1013MPa和378.47K下苯甲苯(2)对二甲苯三元系，当X=0.3125,x2=0.2978,x3=0.3897时的K值。汽相为理想气体，液相为非理想溶液。并与完全理想系的K值比较。己知三个二元系的Wilson方程参数。=-1035

10、.33;-A22=977.83兄23几22=442.15；仏3兄33=460.05右3-人1=1510.14;=-1642.81(单位:J/mol)在T=378.47K时液相摩尔体积为：=100.91x10-3m3/kmo；vj-=117.55x10-3；vf=136.69x10-3安托尼公式为：苯：lnP=20.7936-2788.51/(T-52.36);甲苯：InP；=20.9065-3096.52/(T-53.67):对二甲苯：InP；=20.9891-3346.65/(T-57.84)；(Ps:Pa;T:K)yL解:由Wilson参数方程A-=ye科-(州-A)/RtyL117.55

11、X103100.91X103八12=7Te-(A2_A1)/RTe科一(-1035.33)/(8.314x378.47)=1.619100,91xlO3117.55x10-3A21=士e羊-(久21-兄22)/RTe科-(97783)/(8.314x37&47)=0.629A31=1.244A32=0.995同理：A13=0.838A?=1.010由Wilson方程ln/i=l-ln工A”人=0.9184；/2=0.9718；/3=0.9930根据安托尼方程：P；=0.207151P;P；=8.693xlO4Pa;P3S=3.823xlO4Pa由式(2-38)1+算得：K=1.88；K2=0.

12、834；K3=0.375如视为完全理想系，根据式(2-36)1+算得：0=2.04；;K2=0.858;K3=0.377解2：在T=378.47K下苯：InP,=20.79362788.5/(378.4752.36);/.P15=207.48Kpa甲苯：InP?=20.90653096.52/(37&4753.67);P；=86.93Kpa对二甲苯：hiP3S=20.9891-3346.65/(378.47-57.84)；/.P；=38.23KpaWilson方程参数求取12曇细=100.91x101035.33=】旳RT117.55x10一38.314x378.47A21=丛厶=ExlO：_

13、977.83=RT100.91xW38.314x378.47A23ExlO一)=0.7472136.69x1()7117.55xW3eg-460.058.314x378.47,=1.346几13_乂11)_RT136.69x10-100.91xlO-31510,148.314x378.47)=0.457RT兄13兄33)=136.69xlO3100.91xlO3eg-164281)=2.2838.314x378.47A21X2A31X3lnr,=l-ln(x+apx)+a13x3)-(+二)+ApX,+AbX3A21?q+X,+A23A31?q+A3.X1+X30.3125十10啊25+口93

14、心978+0.457皿97)%3+m93x02978+.457皿972.283x0.38970.854x0.2978+0.854x0.3125+0.2978+0.7472+0.3897+2.283x0.3125+1.346x0.2978+0.3897)=-0.09076136.69xlO38.314x378.47 # #T=0.9132 lnr,=1-Ingr】+x,+亏aJ-(+)刍+八12禺+八13冷A21Xi+X2+A23X5AHXi+A32X2+X5=1-111(0.3125x0.854+0.2978+0.7472x0.3897)-(0.3125+1.193x0.2978+0.457x

15、0.38970.3897x13460.297802125x1.1930.854x0.3125+0.2978+0.7472+0.38972.283x0.3125+1.346x0.2978+0.3897)=0.0188r2=1.019丙A13A23X2liir3=l-ln(x1A31+x,A.3+x3)-(7+)坷+八12勺+八13冯+AhX1+A32X2+X30.3125x0.4577阳25心57+。妙7“346+蚀7)-(0沁+空93心978+。457心897038970.7472x0.2978+0.854x0.3125+0.2978+0.74724-0.3897+2.283x0.3125+1

16、.346x0.2978+0.3897)=0.2431 # #r3=1.2752=0.9132x207.%i3=L87=1.019x86.9oij=o.8744=1.2752x38.2=0.4813 # 而完全理想系：K严P%=207.4%0.3=2.048K2=P=86.93oi3=0.8581K严P%.2%o.3=o.37742.一液体混合物的组成为：苯0.50；甲苯0.25；对二甲苯0.25(摩尔分率)。分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在lOOkPa式的平衡温度和汽相组成。假设为完全理想系。解1:(1)平衡常数法：设T=368K用安托尼公式得：P,=156.24kP;；P：=63.

17、28kPa；P；=26.88kPa由式(236)得：K=1.562；K2=0.633；K3=0.269%=0.78；y2=0.158；y3=0.067；工=1.006由丁工y】iooi,表明所设温度偏高。由题意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)W：可得T*=367.78K瓦=1.553;K2=0.6284;K3=0.2667%=0.7765;y2=0.1511;y3=0.066675;工=1.0003在温度为367.78K时，存在与之平衡的汽相,组成为:苯0.7765、甲苯0.1511、对二甲苯0.066675o用相对挥发度法：设温度为368K,取对二甲苯为相对组分。计算相对挥发度的:&

18、13=580；Gy=2.353；G33=1组分i苯甲苯(2)对二甲苯(3)X,0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.90350.58830.25003.7418沟Xi0.77600.15720.06681.0000解2：(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95C苯：hiP；=20.7936-2788.5/(95+273.15-52.36)=11.96；=1.569x10、Pa甲苯：InP；=20.90653096.52/(95+273.1553.67)=11.06；P25=6.358xlO4Pa对二甲苯：hiP3s=20.98913346.65/(95+27

19、3.1557.84)=10.204；P；=2.702xlO4Pa0=P%=L569x105=1.569；K2=0.6358K3=卩=0.2702.=1.596x0.5+0.2702x0.25+0.6358x0.25=1.011选苯为参考组分：K12=1-569/oii=1.552；解得T2=94.61ClnP2s=11.05；P；=6.281xlO4PahiP3s=10.19；P；=2.6654x10Pa/.K2=0.6281K3=0.2665龙瓦吉=1.552x0.5+0.6281x0.254-0.2665x0.25=0.99971故泡点温度为94.61C,且力=1.552x0.5=0.77

20、6;y2=0.6281x0.25=0.157;y3=0.2665x0.25=0.067(2)相对挥发度法设t=95C,同上求得0=1.569,K2=0.6358,K3=0.2702Qu=5.807ct=2.353=1=5807x0.5+2.353x0.25+1x0.25=3.745.807x0.5+2.353x0.25*孕J。3.743.743.74故泡点温度为95。且y严邂泸“加2.353x0.251x0.25“3.74=157.y厂3.74=0673.一烧类混合物含甲烷5%(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：因为各组分都是烷烧，

21、所以汽、液相均可以看成理想溶液，瓦值只取决丁温度和压力。可使用坯类的P-T-K图。泡点压力的计算：75348假设P=2.0MPa,因T=25C,査图求瓦组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)%0.050.100.300.551.00$8.51.80.570.26X=K朋0.4250.180.1710.1430.919尺=0.9191.00：说明压力偏高，重设P=0.56MPa。工%=1.006=1,故露点压力为0.56MPao解2：(1)求詢点压力:设Pi=1000KPa,由25C,lOOOKPa,査P-TK列线图得K0=16.5K2=3.2K3=1.00=0.43査得P=1771K

22、Pa所以工y=0.05X16.5+0.1X3.2+0.3xl.0+0.55x0.43=1.681选异丁烷为参考组分 # #在此条件下求得工y=1.02Hl,继续调整査得P=1800KPa # 求得：工=1.001,故混合物在25C的泡点压力为1800KPa序号组分XilOOOKPa2000KPa1770KPaISOOKPay.y.YiYi1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异丁烷0.550.4

23、30.240.2560.1410.2850.1570.2790.153y1.001.680.9071.001(2)求露点压力设Pi=1000KPd,由25C,lOOOKPa,査P-TK列线图得K0=16.5K2=3.2K3=1.00=0.43所以。辽%=%.5+%2+-%43=选异丁烷为参考组分K42=K4i=0-43x1.614=0.694由25C,K42=0.694査得P=560KPa,査得各组分的匕值求得工旺=0.9901故混合物在25C时的露点压力为560KPa序号组成组成lOOOKPa560KPa瓦X瓦1甲烷0.0516.50.00327.50.0022乙烷0.103.20.0315

24、.200.0193丙烷0.301.00.301.700.1764异丁烷0.550.431.280.6940.7931.6140.9904.含有80%(niol)醋酸乙酯(A)和20%乙醇(E)的二元物系，液相活度系数用乜nLaai方程计算，很=0.144,?=0.170。试计算在101.3kPa压力下的泡点温度和露点温度。安托尼方程为：醋酸乙酯：InPj=21.0444-2790.%,_575)乙醇:1=23.8047-3803.%_41&)(Ps：Pa；T：K) #解1:(1)泡点温度此时Xa=08,xe=0.20.144=hI0.1440叮(+0.1700.2；/a=1.007=0.007

25、(1+AaXe1+小0.2鼻Xa丿0.144H0027=l09978101300 =1.041037ePe*_1.1042x95505101300=0.801T0.1920.993 # 所以露点温度为350Ko解2：(1)计算活度系数：=0.0075x0.2丁rA=1.0075111rE=也.=0.10137C丄幅Xe/.2(1+0.17x0.2/、2(1+xA)I十/0.144X0.8?rE=1.107(2)计算泡点温度设T=353.15K(80C)lnP；=21.0444-2790.5%535_57.15=11.617.P；=1.1097x10PaInPs=8047-3808.98/=11

26、5017mrEa/353.15-41.68LLL/Pf=1.082xlO5Pa_1.0075xl.l097xl051.013x10s=1.10371.107x1.082xlO51.O13X1O5=1.1821.工=1.1037x0.8+1.1821x0.2=1.1194调整Kq=113%i94=0.98597_KqP_0.98597xl013xl01一1.0075?7905沖(21.0444-丄) 解得T2=349.65,即T2=76.50C.Pa=i1.504P；=9.91xlO4PalnP?=ii453Pg=9.4175x104PaKa=0.9857Ke=i0288工瓦兀=0.9857x0

27、.8+1.0288x0.2=0.99431故泡点温度为76.5C计算露点温度设T=353.15K(80C)Kq=1.1037X0.894=0.9867Ps_KqP0.9867x1.013x101.0075?7905，唧(21.0444-三玮) # #解得T2=349.67K(76.52C)=11.505P；=9.92xlO4Pah】P?=11.454P?=9.425xlO4Pa1.0075x0.992=0.98661.01311O7XO-9425=1.O31.013 故露点温度为7652CzJl-Kj1+叭匕-1)5.设有7个组分的混合物在规定温度和压力下进行闪蒸。用下面给定的K值和进料组成画

28、出Rachford-Rice闪蒸函数|11|线图。组分12345670.00790.13210.08490.26900.05890.13210.3151Kx16.25.22.01.980.910.720.28i=lP的间隔取0.1,并由图中估计出片的止确根值。解：计算过程如下表所示:1234567T=00.12008-0.55482-0.08490-0.263620.005300.038990.22687-0.7543T=0.1-0.04765-0.39072-0.07718-0.240090.005350.038050.24447-0.4678T=0.2-0.029720.30153-0.0

29、7075-0.220420.005400.039180.265040.3128T=0.3-0.02160-0.24550-0.06530-0.203730.005450.040380.28378-0.2009T=0.4-0.01696-0.20702-0.06064-0.189380.005500.041650.318640.1082T=0.5-0.01396-0.17897-0.056600.176930.005550.043010.35449-0.0234T=0.6-0.011870.15762-0.053060.166010.005600.044460.399420.0609T=0.7-

30、0.010310.14082-0.04994-0.156360.005660.046010.457400.1516T=0.8-0.009130.127250.04717-0.147770.005710.047670.535080.2571T=0.9-0.00818-0.11607-0.044680.140070.005770.049450.644520.3907T=1-0.007410.10670-0.042450.133140.005830.051370.810260.5778根据上表所得数据画图：中由曲线图得:方0.5276.组成为60%(mol)苯，25%甲苯和15%对二甲苯的lOOki

31、w1液体混合物，在101.3kPa和100C下闪蒸。试计算液体和气体产物的量和组成。假设该物系为理想溶液。用安托尼方程计算蒸气压。解：在373K下苯：lnPj=20.7936-2788.51/（T-52.36）Ps=179.315kPaK=1.77甲苯：111P2S=20.9065-3096.52/（T-53.67）P2S=73834kPaK2=0.729对二甲苯：lnP3s=20.981-3346.65/（T-57.84）P3S=31.895kPaK3=0.315计算混合组分的泡点TbTb=364.076K计算混合组分的露点TdTd=377.83K #373-364.076=Q377.83-

32、364.076菇瓦-1)1+闿(瓦一1)=0.040443 召K-i)，1+出(瓦-1)=-0.414组分流率，inol/h氢200甲烷200苯50甲苯10由式(2-72)试差得：P=2179kPaoW,=W-出)=0.7477-f(出)f(Wj=-0.0024a0此时：xi=0.38,X2=0.3135,x3=0.3074,L=74.77knK)l；yi=0.6726,y2=0.2285,y3=0.0968,V=25.23kmol。7.用图中所示系统冷却反应器出來的物料，并从较重坯中分离轻质气体。计算离开闪蒸罐的蒸汽组成和流率。从反应器出來的物料温度811K,组成如下表。闪蒸罐操作条件下各组

33、分的K值：氢80；甲烷10：苯-0.01；甲苯-0.004解：以氢为1,甲烷为2,苯为3,甲苯为4。总进料量为F=460kinol/h,Z=0.4348z,=0.4348z3=0.1087z4=0.0217又Kl=80,K2=10,K3=0.01,K4=0.004由式(272)试差可得：T=0.87,由式(2-68)1+算得:yl=0.4988,y2=0.4924,y3=0.008,y4=0.0008；V=400.2mol/h。8.下图所示是一个精帑塔的塔顶部分。图中以表示出总精镉物的组成，其中10%(mol)作为汽相采出。若温度是311K,求回流罐所用压力。给出该温度和1379kPa压力下的

34、K值为：C2-2.7；Cj-0.95；C4-0.34,并假设K与压力成止比。解：由图中可知zt2=0.10,03=0.20,zc4=0.70：p由题意知：K=Kx,T=0.1,13799.在1013kPa下,对组成为45%(摩尔)止己烷,25%止庚烷及30%1E辛烷的混合物。求泡点和露点温度将此混合物在101.3kPa下进行闪蒸，使进料的50%汽化。求闪蒸温度,两相的组成。解：因为各组分都是烷坯，所以汽、液相均可看成理想溶液，Ki只取决于温度和压力，可使用坯类的P-T-K图。泡点温度计算得：Tb=86C。露点温度计算得：TD=100Co由式(276)求T的初值为93C,査图求Ki组分止己烷止庚

35、烷止辛烷乙0.450.250.30Ki1.920.880.41（忌-血1+W（瓦-1）0.28360.0319-0.2511工冷吕r所以闪蒸温度为93Co由式(277)、(268)计算得：Xc6=0.308,Xc7=0266,Xcs=0-426yc6=0591,yc7=0234,ycs=0.175所以液相中含止己烷30.8%,止庚烷26.6%,止辛烷42.6%；汽相中含正己烷59.1%,正庚烷23.4%,正辛烷17.5%o # #第三章多组分精馆和特殊精,1.在一精镉塔中分离苯(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=0.2,zt=0.1,zx

36、=0.4(iiioI)o塔顶采用全凝器，饱和液体回流。相对挥发度数据为：a3T=2.25,=1.0,企=0.33,=0.21规定异丙苯在釜液中的回收率为99.8%,甲苯在僻出液中的回收率为99.5%。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(T)为轻关键组分，异丙苯(C)为重关键组分，则苯(B)为轻组分，二甲苯(X)为中间组分。以重关键组分计算相对挥发度。%=22%21=10.71TC=1%.21=4,762=03%.21=15714acc=由分离要求计算关键组分在塔顶釜的分配。%=200X0.4X0.998=79.84kmol/hDc=200 x0.5-79.84=0.16

37、kiwl/hDT=200 x0.3x0.995=59.7knx)l/h叫=200 x0.3-59.7=0.3kiwl/h所以血59X16-79-%3_737lg4.7622=由W111WH与FiB+W求出非关键组分的分布电=10.717=7.8x10苯：Wb79.84/.Wb=0,Db=200 x0.2=40Kiwl/h=1.5714737x-=0.056二甲苯：Wx7984,Dx+wx=200 x0.1=20r12=-0.83665J/niob安托尼方程(pS：Pa；T：K)氯仿：=20.8660一2696-%-46.!6)甲醇：InP?=23.4803一心_34.29)解：设T为53.5C

38、Mln皆20.8660_2696*7%326.65-46.16)InPT=23.4803_3626%/2,且PPU,故形成最低沸点恒沸物，恒沸物温度为344.5K。第四章气体吸收某原料气组成如下：组分CH4C2H6C3HsbC4Hio11-C4H10i-C5Hi211-C5H12n-C6Hi4yo(摩尔分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045先拟用不挥发的坯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1.013Mpa,如果耍求将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1.1倍

39、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：最小液气比的计算:在最小液气比下N=co,A关=0天=0.0.85(%)min=关2关=0.56x0.85=0.476(2)理论板数的计算：操作液气比%=1.2(幷)皿=1.2x0.476=0.5712L=05712=1.0250.56N涯亠!logAlog1.02尾气的数量和组成计算:非关键组分的儿Lvic4 # # # #径=吸收率被吸收的量为Vn+】塔顶尾气数量VN.1-(1-)=V塔顶组成 # #按上述各式计算，将结果列丁下表 #组分VN+1Kmol/hKi化畑0viy：CH：76.517.40.0

40、330.0322.52473.980.920CH4.53.750.1520.1520.6843.8160.047C3Hs3.51.30.4390.4361.5261.9740.0251-C4H102.50.561.020.852.1250.3750.004711-C4H104.50.41.4280.954.2750.2250.00281-C5H121.50.183.171.001.5000.00.011-C5H122.50.1443.971.002.5000.00.0II-C6H144.50.05610.21.004.5000.00.0合计100.019.81080.190(4)塔底的吸收量L

41、n100+80.37v=90.185塔内气体平均流率：2Kmol/hL均一0()-W-0.5712x90.185-51.514塔内液体平均流率：2i而d+i+4=；+5,即ioo+L=80.37+联立求解得Ln=61.33KioV1iLo=41.70KmoVh解2：由题意知，i-C4Hio为关键组分由P=1.013Mpa,t平=38C査得K关=0.56(P-T-K图)在最小液气比下N=g,人关=中关=0.9(%)心=关2关=0.56x0.9=0.504min%=11(%)“=1.1x0.504=0.55440.5544=099K关V关0.56所以理论板数为0.99-0.9)1一-1=9.48l

42、og099LA-(plog()log(1-(P円N=-1=logA7；中十i_a(3)它组分吸收率公式吕,卩=診_0.554417.40.0320.0329*48+1-0.99化=0.0329*48+1-10.32计算结果如下:组分进料且中.相平衡常数Ki化被吸收J3.中.塔顶尾气数量组成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048c3h83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4Hio2.50.560.990.902.2500.2500.00311-C4H104.5

43、0.41.3860.994.4550.0450.0006i-C5Hi21.50.183.081.001.5000.00.01C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0it-CgHu4.50.0569.91.004.5000.00.0合计100.019.81080.190以CH4为例: # # # #V1(CH4)=(1-“)N+l=(l0032)x76.5=74.0574.0576.50.923 # # #塔内气体平均流率：v=+力-9。=90.10Knx)Vhl卄j、/丄存亠、a*L+(Lo+19.81)塔内液体平均流率：L=么+9.905由%=0.5544.L3=40

44、.05KmoVh第五章液液萃取 #第六章多组分多级分离的严格计算1.某精镯塔共有三个平衡级，一个全凝器和一个再沸器。用丁分离由60%(mol)的甲醇，20%乙醇和20%止丙醇所组成的饱和液体混合物。在中间一级上进料，进料量为1000kimh。此塔的操作压力为101.3kPao镉出液量为600kmoVho回流量为2000kmol/ho饱和液体回流。假设恒摩尔流。用泡点法计算一个迭代循环，直到得出一组新的T,值。安托尼方程：甲醇：hi=23.4803-3626.5/(T-34.29)乙醇：hiP2S=23.8047-3803.98/(T-41.68)正丙醇:lnP3s=22.4367-3166.3

45、8/(T-80.15)(T：K；Ps：Pa)提示：为开始迭代，假定镉出液温度等于甲醇的止常沸点，而塔釜温度等丁其它两个醇的止常沸点的算术平均值，其它级温按线性内插。解：帑出液量D=Ui=600kiwl/h,Li=2000knK)l/h,由围绕全凝器的总物料衡算得V2=Li+Ui=2600knx)l/h。由安托尼方程算出物料的沸点得：T.|.w=337.65K,T乙醉=351.48K,T正咖=370.35K。假定僻出液温度等于甲醇的止常沸点，而塔釜温度等丁其它两个醇的止常沸点的算术平均值，其它级温按线性内插。迭代变量的初值列丁下表级序号，jmol/hI-,K级序号，jinol/hTj,K1033

46、7.6542600355.0122600343.4452600360.7932600349.22在假定的级温度及101.3kPa压力下，由安托尼方程得到的K值为:组分12345甲醇11.251.551.912.33乙醇0.560.720.911.151.43止丙醇0.250.330.420.540.69第1个组分甲醇的矩阵方程推导如下当Vi=0,Gj=0(j=l,.5)时,从式(4-19)可得A=V.+(FU)jjJ、mmzm=l #所以，A5=V5+F3-Ui=2600+1000-600=3000类似得，Ai=3000,A3=2000和A?=2000当Vi=0和Gj=0时，由式(4-20)可

47、得V.亠+壬(F-U)+U4-VKL.j4-1-vmm7jjijm=l因此，B5=-F3-U1+V5K1,5=1000-600+2600 x2.33=-6458同理，B4=一7966,B3=-7030,B2=-5250和Bl=由式(4-21)得：D3=-1000 x0.60=-600knx)l/h相类似DI=D2=D4=D5=0将以上数值代入式(4-23),得到：-2600-26003250000_0-2000-5250403000Xl,2002000-703049660禺,3=-600003000-79666058X,400003000-6458_X1,5_0用式(4-26)1(4-27)计

48、算曲和qjCI=225L=_i25E】-2600旦亠=0E-26004030B2-A,p!5250_2000(一.25)_W按同样方法计算,_1-1.25000001-1.46500Xl,20001-1.2100人,3=0.1460001-1.397Xl,40.10100001_X1,5_0.134_得消元后的方程显然，由式(428b)得xl,5=0.134依次用式(4-28a)计算，得Xi,4=0.288,X13=0.494,Xi=0.723,Xi,i=0.904以类似方式解乙醇和止丙醇的矩阵方程得到电组分 #12345甲醇0.9040.7230.4940.2880.134乙醇0.1550.

49、2160.2230.1890.138止丙醇0.0350.1060.2140.3290.4501.0941.0450.9310.8060.722在这些组成归一化以后，用式(43)迭代计算101.3kPa压力下的泡点温度并和初值比较。1234571)337.65343.44349.22355.01360.792)339.94342.23345.82350.81357.40第1次迭代结束。分离苯(B)、甲苯(T)和异丙苯(C)的精饰塔，塔顶采用全凝器。分析釜液组成为：XB=0.1(mol),xt=0.3,xc=0.6o蒸发比V7W=1.0。假设为恒摩尔流。相对挥发度O.BT=2.5,ott=1.0,

50、OCT=0.21,求再沸器以上一板的上升蒸汽组成。解：根据提係段物料衡算得：LW+V，由V7W=1.0L7VJ=2.0；LW=2.0o由式(4得：ys=0.3698；Yt=0.4438：yc=0.1864。由提懾段操作线方程：Xb=0.2349；Xt=0.3719：xc=0.3932。再沸器以上一板的上升蒸汽组成：儿Dm阳=0.5637；yT=0.3570：yc=0.0793o精流塔及相对挥发度与习题2相同。进料板上升蒸汽组成yB=0.35(mol),yT=0.20,yc=0.45o回流比L/D=1.7,饱和液体回流。进料板上一级下流液体组成为=0.24(mol),xt=0.18,xc=0.5

51、8o求进料板以上第2板的上升蒸汽组成。解：根据精係段物料衡算得：V=L+D；由L/D=1.7V/L=2.7/1.7=1.588；D/L=l/1.7=0.588。根据精镉段操作线方程得：Xqb=0.537；Xqt=0.234；Xp,c=0.229。进料板上1板上升蒸汽组成为：阳=0.6653；yT=0.1996：yc=0.1351。根据精帑段操作线方程得进料板上2板下流液体组成为:Xq=0.74；Xf=0.18；Xc=008o进料板上2板上升蒸汽组成为:yfe=0.904；yi=0.088；yc=0.008。4.分离苯(E)、甲苯(T)和异丙苯(C)的精镉塔，操作压力为101.3kPa。饱和液体进料，其组成为25%(mol)苯，35%甲苯和40%异丙苯。进料量lOOkiwVho塔顶采用全凝器，饱和液体回流，回流比LD=2.0o假设恒摩尔流。相对挥发度为常数ctBT=2.5,OTT=1.0,OCT=0.21规定镉出液中甲苯的回收率为95%,釜液中异丙烷的回收率为96%。试求：按适宜进料位置进料，确定总平衡级数；若在第5级进料(鬥上而下)，确定总平衡级数。解：全塔物料衡算和计算起点的确定：按清晰分割：Fzb=