分离工程习题解答

［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）之烃类混合物在0.2MPa压力下的泡点温度。B.露点温度a.

解：因各组分都是烷烃，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，可使用烃类的p－T－K图（见图2-1）。

假设T＝50℃，p＝0.2MPa，查图求Ki，组分xiKi

yi=Kixi

正丁烷

0.15

2.5

0.375

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KG,。查p-t-k图t为58.7,再设T＝58.7℃，重复上述计算得故泡点温度为58.7℃。解：B.露点温度,假设T＝80℃，p＝0.2MPa，查图求Ki，组分xiKi

yi/Ki=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

选正戊烷为参考组分，则由,查图2-1a得t=78℃K1=4，K2=1.56，K3=0.6，故混合物在78℃。［例2-7］进料流率为1000kmol/h的轻烃混合物，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)。求在50℃和200kPa条件下闪蒸的汽、液相组成及流率。解：该物系为轻烃混合物，可按理想溶液处理。由给定的T和p，从p-T-K图查Ki，再采用上述顺序解法求解。(1)核实闪蒸温度

假设50℃为进料泡点温度，则

假设50℃为进料的露点温度，则

说明进料的实际泡点和露点温度分别低于和高于规定的闪蒸温度，闪蒸问题成立。(2)求Ψ，令Ψ1=0.1(最不利的初值)

=0.8785

因f(0.1)>0，应增大Ψ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Ψ的一个方程:计算R-R方程导数公式为：当Ψ1=0.1时,由(2-62):以下计算依此类推，迭代的中间结果列表如下：迭代次数Ψf(Ψ)df(Ψ)/d(Ψ)12340.10.290.460.510.87850.3290.0660.001734.6311.8911.32—f(Ψ4)数值已达到p-T-K图的精确度。(3)用式(2-57)计算xi，用式(2-58)计算yi由类似计算得:x2=0.0583,y2=0.1400x3=0.1670,y3=0.1336x4=0.6998,y4=0.2099(4)求V，Lkmol/hkmol/h(5)核实和，因Ψ值不能再精确，故结果已满意。(1)(2)(3)一烃类混合物含甲烷5%(mol)，乙烷10%，丙烷30%及异丁烷55%，试求混合物在25℃时的泡点压力和露点压力。解1：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可以看成理想溶液，值只取决于温度和压力。可使用烃类的P-T-K图。⑴泡点压力的计算：75348假设P=2.0MPa，因T=25℃，查图求组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑0.050.100.300.551.008.51.80.570.260.4250.180.1710.1430.919=0.919＜1，说明所设压力偏高，重设P=1.8MPa组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑0.050.100.300.551.009.41.950.620.280.470.1950.1860.1541.005=1.005≈1，故泡点压力为1.8MPa。⑵露点压力的计算：假设P=0.6MPa，因T=25℃,查图求组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑0.050.100.300.551.0026.05.01.60.640.00190.020.18750.85941.0688=1.0688＞1.00，说明压力偏高，重设P=0.56MPa。组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑0.050.100.300.551.0027.85.381.690.680.00180.01860.17750.80881.006=1.006≈1，故露点压力为0.56MPa。解2：(1)求泡点压力：设P1=1000KPa，由25℃，1000KPa，查P-T-K列线图得=16.5=3.2=1.0=0.43所以选异丁烷为参考组分，查得P=1771KPa在此条件下求得=1.021，继续调整，查得P=1800KPa求得：，故混合物在25℃的泡点压力为1800KPa序号组分1000KPa2000KPa1770KPa1800KPa1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0.550.430.240.2560.1410.2850.1570.2790.1531.001.680.9071.021.001(2)求露点压力设P1=1000KPa，由25℃，1000KPa，查P-T-K列线图得=16.5=3.2=1.0=0.43所以选异丁烷为参考组分由25℃，=0.694查得P=560KPa，查得各组分的值求得故混合物在25℃时的露点压力为560Kpa序号组成组成1000KPa560KPa1甲烷0.0516.50.00327.50.0022乙烷0.103.20.0315.200.0193丙烷0.301.00.301.700.1764异丁烷0.550.431.280.6940.7931.6140.990P866).以烃类蒸汽混合物含有甲烷a.5%，乙烷b.10%，丙烷c.30%及异丁烷d.55%。⑴试求混合物在25℃时的露点压力与泡点压力，⑵并确定在t=25℃，p=1MPa大气压时的气相分率。解：a.求混合物在25℃时的露点压力设p=1MPa=101.3kPa，由t=25℃查图2-1a得：K1=165，K2=27，K3=8.1，K4=3.2选异丁烷为参考组分，则由和t=25℃查图2-1a得p=650kPa：K1=28，K2=5.35，K3=1.7，K4=0.681故混合物在25℃时的露点压力为650kPa。b.求混合物在25℃时的泡点压力设p=1MPa=101.3kPa，由t=25℃查图2-1a得：K1=165，K2=27，K3=8.1，K4=3.2选异丁烷为参考组分，则由和t=25℃查图2-1a得p=2800kPa：K1=6.1，K2=1.37，K3=0.44，K4=0.2114由和t=25℃查图2-1a得p=1550kPa：K1=11.0，K2=2.2，K3=0.70，K4=0.306由和t=25℃查图2-1a得p=1800kPa：K1=9.6，K2=1.9，K3=0.62，K4=0.27则混合物在25℃时的泡点压力为1800kPa。c.t=25℃，p=1MPa=101.3kPaK1=165，K2=27，K3=8.1，K4=3.2故在t=25℃，p=1MPa大气压时的气相分率等于1。1.某精馏塔的操作压力为0.1Mpa，其进料组成为组分正丁烷正戊烷正己烷正庚烷正辛烷总合组成（摩尔分数）0.05

0.17

0.65

0.10

0.03

1.00试求：①露点进料的进料温度。②泡点进料的进料温度。解：①露点进料的进料温度设t=20℃，p=0.1MPa=100kPa，由查图2-1a得：K1=2.1，K2=0.56，K3=0.17，K4=0.055，K5=0.017选正己烷为参考组分，则由和p=100kPa，查图2-1a得t=78℃：K1=9.5，K2=3.2，K3=1.315，K4=0.56，K5=0.25由和p=100kPa，查图2-1a得t=74℃：K1=8.5，K2=2.9，K3=1.119，K4=0.48，K5=0.20故露点进料的进料温度为74℃。②泡点进料的进料温度设t=20℃，p=0.1MPa=100kPa，由查图2-1a得：K1=2.1，K2=0.56，K3=0.17，K4=0.055，K5=0.017由和p=100kPa，查图2-1a得t=50℃：K1=5.2，K2=1.6，K3=0.54，K4=0.21，K5=0.085由和p=100kPa，查图2-1a得t=54℃：K1=5.5，K2=1.76，K3=0.60，K4=0.25，K5=0.095故泡点进料的进料温度为54℃。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=94℃和p=2.41Mpa下进行闪蒸，试估算平衡时混合物的气化分率及气相和液相组成。已知K1=1.42，K2=0.86，K3=0.72。解：设=0.5，由t=94℃，p=2.41MPa=2410kPa，K1=1.42，K2=0.86，K3=0.72得：故混合物处于两相区，可进行闪蒸计算。故=0.594。由，得；；；或；；或P185例4一4(1)某原料气组成如下：组分

CH4

C2H6

C3H8

i-C4H10

n-C4H10

i-C5H12

n-C5H12

n-C6H14y0(摩尔分率)0.765

0.045

0.035

0.025

0.045

0.015

0.025

0.045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38℃，压力为1.013Mpa，如果要求将i-C4H10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1.1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。(4)求塔底的吸收液量解：(1)最小液气比的计算：在最小液气比下N=∞，A关=关=0.0.85=0.560.85=0.476(2)理论板数的计算：操作液气比=1.20.476=0.5712(3)尾气的数量和组成计算：非关键组分的吸收率被吸收的量为，塔顶尾气数量塔顶组成按上述各式计算，将结果列于下表组分Kmol/hKiCH476.517.40.0330.0322.52473.980.920C2H64.53.750.1520.1520.6843.8160.047C3H83.51.30.4390.4361.5261.9740.025i-C4H102.50.561.020.852.1250.3750.0047n-C4H104.50.41.4280.954.2750.2250.0028i-C5H121.50.183.171.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.971.002.5000.00.0n-C6H144.50.05610.21.004.5000.00.0合计100.0---19.81080.190(4)塔底的吸收量塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率：而，即100=80.37联立求解得=61.33Kmol/h.=41.70Kmol/h解2：由题意知，i-C4H10为关键组分由P=1.013Mpa，t平=38℃查得K关=0.56(P-T-K图)(1)在最小液气比下N=∞，A关=中关=0.9=0.560.9=0.504(2)=1.10.504=0.5544所以理论板数为(3)它组分吸收率公式，计算结果如下：组分进料量相平衡常数Ki被吸收量塔顶尾气数量组成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4H104.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-C5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6H144.50.0569.91.004.5000.00.0合计100.0---19.81080.190以CH4为例：==V1(CH4)=(1-)VN1=(1-0.032)76.5=74.05（3）塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率：L=由=0.5544=40.05Kmol/h3.拟进行吸收的某厂裂解气的组成如下。组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H10n-C5H10n-C6H14∑0.7650.0450.0650.0250.0450.0150.0250.015