分离工程作业及复习题

第一章绪论2.（第6-10组）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解：（1）进料变量数c+2解：（1）进料变量数c+2Nx压力等级数N+M+2合计N+M+c+4串级单元数6Na侧线采出数1分配器数1传热单元数2合计10（2）一组合理的设计变更量为：侧线流率及侧线采出口的位置。4.（第1-10组）确定如图所示的吸收-解吸流程的设计变量数解：假设吸收塔进料有c个组分。按设计变量数的确定原则:NxNa进料变量数c+2压力等级数2水蒸气3合计c+7串级单元数传热单元数合计1235变量的选择：情况1：吸收塔和解吸塔的操作压力；压力；水蒸气的流率、进料温度和压力;三个换热器各自的一个出口温度。情况2:固定设计变量的规定与“情况气体原料的流率、组成、进料温度和吸收塔和解吸塔的塔板数;1”的①②③相同； 吸收塔出口气中CO2的摩尔分数；解吸塔出口气中CO2的摩尔分数； 三个换热器的换热面积。5.(第2、4、6、8、105.(第并规定塔顶乙醇浓度,级代替再沸器分离乙醇和水的混合物。 假定固定进料，绝热操作，全塔压力为常压,并规定塔顶乙醇浓度,求：（1）设计变量是多少？（2）若完成设计，应推荐哪些变量?解：（1）进料变量数c+2NxNa则设计变量数为:压力等级数水蒸气合计串级单元数分配器数传热单元数进料变量数c+2NxNa则设计变量数为:压力等级数水蒸气合计串级单元数分配器数传热单元数合计c+5(c=2)c+5+4=2+5+4=11（2） 若完成设计，应推荐以下变量：回流温度、流出液流率、进料位置、总理论级数2.（第6-10组）在连续精储塔中,2.（第6-10组）在连续精储塔中,/h。若要求储出液中回收进料中加料量为100kmol分离下表所示的液体混合物。操作压力为2780.0kPa加料量为100kmol91.1%乙烷，釜液中回收进料中 93.7%的丙烯，试用清晰分割估算储出液流量及各组分在两产品中的组成。

序号123456组分甲烷乙烷丙烯丙烷异丁烷止」烷Xi0.050.350.150.200.150.10Otih10.952.5910.8840.4220.296解：根据题意，组分2（乙烷）是轻关键组分，组分3（丙烯）是重关键组分，而组分1（甲烷）是轻组分，组分4（丙烷）、组分5（异丁烷）和组分6（正丁烷）是重组分。清晰分割如下：X4,D^0,X5，D&0,X6,Dft0,X1,W&0,则根据物料衡算关系列出下表：序号123456组分甲烷乙烷丙烯丙烷异丁烷止」烷进料fi5.035.015.020.015.010.0100.0储出液di5.031.8850.945一一一37.83釜液COi一3.11514.05520.015.010.062.17Xi,D0.13220.84280.0250Xi,W0.05010.22610.32170.24130.16085.（第1-10组）拟以水为溶剂对醋酸甲酯 （1）一甲醇（2）溶液进行萃取精微分离， 已知料液的Xfi=0.65,此三元系中各组分的端值常数为：A12 =1.0293; A21 =0.9464; A2s =0.8289 A’2 =0.5066; Ais =2.9934;Asi=1.8881试问当全塔萃取剂浓度为 Xs=0.6时，水能作为该体系的萃取剂吗？若当全塔萃取剂浓度为xs=0.8时，其萃取效果可提高多少？除萃取剂的浓度外，影响萃取效果的因素有那些?„一一_ 1 1 解：依题意可得 A'12=—A12A21=—1.02930.9464=0.9878TOC\o"1-5"\h\z2 21 1A'1S=—asAS1=—2.99341.8881=2.44082 21 1A'2s A2sAS20.82890.5066=0.6678\o"CurrentDocument"2 2,X1 0.65=0.65x1- = =0.65X1X2 0.650.35那么当那么当xs=0.6时,In=xs〔A'1s-A'2s-A'121-2x'1L0.62.4408-0.6678-0.98781-20.65L1.2416In即—=3.46>1 故水能作为该体系的萃取剂CL同理，当xs=0.8时，ln'”xsA'1S—A'2S-A'12（1-2x'iy=0.8父12.4408-0.6678—0.9878x（1-2x0.65）］=1.6555l支）.飞's即一=5.236a's5.236从而——= =1.51:s3.461n'1n'=Ax2,1nG=Ax1端值常数与温6.（第1-10组）某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为度的关系：A=1.7884-4.25父10-3T (T,K)s 4050s 4050lnP=16.0826 lnP2=16.3526-蒸汽压方程为： T, T（P：kPa：T：K）假设汽相是理想气体，试问 99.75Kpa时：（1）系统是否形成共沸物？（ 2）共沸温度是多少?解：T=344.3K(即71C)，则A=0.325p1=75.16kPa;p2=98.45kPa(1-2Xi(1-2Xi)ssln(PiP2)Aln(98.4575.16)

0.325得至U:x1=0.0846;x2=0.9154lnr1=0.325(0.9145)2 r1=1.313lnr2=0.325(0.0846)2,=1.002p=1.313'0.0846'75.16+1.002 '0.9154'98.45=98.65kPa<p规定设T=344.7K(即71.7C)

p:99.75kPa与给定总压基本相等，故共沸温度是 71.7C,共沸组成xi=0.083 摩尔分数8.(第8、10组)已知甲醇-丙酮在不同压力下均能形成共沸物，常压下共沸物组成为含甲醇 46%(mol),而I.IMPa下共沸物组成变化为含甲醇62%(mol)。当进料中甲醇含量大于62%(mol)时，请判断常压塔与高压塔的塔序，并画出相应的流程图。解：先进常压塔，再进高压塔。 原因如下：当进料中甲醇含量大于 62%(mol)时，先进入常压塔后，塔顶储出液为含甲醇46%(mol)的甲醇-丙酮共沸物，塔釜为纯甲醇，然后再进入高压塔时， 因为I.IMPa下的共沸组成为含甲醇62%(mol),故塔釜为纯丙酮，塔顶为含甲醇 62%(mol)的共沸物储出液循环进入常压塔。如此循环即可得将两种物质完全分离出来。流程图如下：第十一章分离过程的节能HCl。根据如下数2.(第1-10组)某反应器流出的是RHHCl。根据如下数组分HClRH3RCl3RH2ClRHCl2流率/(kmol/h)5258163014相对挥发度04.715.01.01.91.2纯度要求/%80.085.098.095.098.0解：根据S1规则，因HCl具有腐蚀性，为减少设备投资，在各种塔序中HCl应优先被分出，而且HCl的纯度要求最低，根据S2规则，HCl也可优先分离，加上HCl的含量第二多，考虑HCl最先分离是合理的；RC13和RHC12之间的相对挥发度最小，相对最难分离，根据S2规则，RCI3和RHC12最后分离；RH3最易分离，且含量最多，根据C1规则，所以第二步应分离RH3。第三步采用等摩尔分割RH2CI和RH3、RHC12,符合C2规则。该塔序如附图一所示：同上，根据S1规则，HCl有腐蚀性，应优先分离；根据S2规则，RC13和RHC12之间的相对挥发度最小，相对最难分离，所以 RCl3和RHCl2最后分离。 与（1）不同的是分离RH3和RH2Cl的塔C因组成相对简单，塔径和塔高减小，可导致设备投资相应减小。但从分离难易程度和组分含量而言，显然附图一所示的的塔序比附图二所示的塔序更合理。该塔序如附图二所示:

附图附图3.（第6-10组）用普通精储塔分离来自加氢单元的混合烧类。进料组成和相对挥发度数据如下表所示,试确定两个较好的流程。组分进料流率kmol/h相对挥发度组分进料流率kmol/h相对挥发度丙烷10.08.1丁烯-2187.0