分离工程计算

五、`计算1.进料中含正已烷0.33，正庚烷0.33，正辛烷0.34（平均摩尔分数）。今要求馏出液中正庚烷浓度XD2≤0.015，釜液中正已烷浓度xw3≤0.011，若进料流率为100kmol/h，按清晰分割法求馏出液和釜液的流率及组成。试计算精馏系统的最小回流比。已知进料中的液相分率为0.4。解：根据上例的已知条件及计算结果，其数据如下组分 αiXF,iXD,i1正辛烷 1 0.34 0.02正庚烷 2.27 0.33 0.013正己烷 5.25 0.33 0.99由（3-45）式得用试差法求出θ＝3.814，代入（3-46）式 故2.现设计一脱乙烷塔，其原料组成和操作条件下的相对挥发度如下表。馏出液中丙烯浓度为2.5x％，釜液中乙烷浓度为5.0x％，塔顶操作压力为2.76MPa（绝）。进料为泡点进料，回流为饱和液相，全塔平均板效率为75％，求所需的塔板数。进料中组分 XF,i％ α 进料中组分 XF,i％α甲烷 5.0 7.356 丙烷 20.0 0.901乙烷 35.0 2.091 异丁烷 10.0 0.507丙烯15.0 1.000 正丁烷 15.0 0.408解：以100mol进料为基准，假设在釜液中不出现甲烷，在馏出液中不出现丙烷及更重的组分，按清晰分割计算塔顶、塔釜组成，初步物料衡算如下表：组分 进料/mol 馏出液/mol 釜液/mol甲烷 5.0 5.0 －乙烷（LK） 35.0 35.0-x x丙烯（HK） 15.0 15.0-y y丙烷 20.0 － 20.0异丁烷 10.0 － 10.0正丁烷 15.0 － 15.0∑ 100.0 55.0-x-y 45+x+y根据要求根据要求解上述两式得x＝3.11y＝14.05故馏出液及釜液的组成为组分 馏出液/mol 釜液/mol DXDi/molXDi/％WXWi/molXWi/％甲烷 5.0 13.2 － －乙烷 31.89 84.3 3.11 5.0丙烯 0.95 2.5 14.05 22.6丙烷 20.00 32.2异丁烷 10.00 16.1正丁烷 15.00 24.1 37.84 100.0 62.16 100.0利用芬斯克方程式求最少理论板数利用芬斯克方程式求最少理论板数利用恩特伍德方程计算最小回流比利用恩特伍德方程计算最小回流比求得求得根据根据所以Rm＝1.378取操作回流比为最小回流比的1.25倍，则R＝1.722则则由吉利兰特图查得由吉利兰特图查得N=14.9如果使用的再沸器为部分再沸器，塔顶冷凝器为全凝器，则塔内需13.9块理论板，实际板数N’=13.9/0.75=18.5进料位置进料位置可解得可解得3.试求总压力为0.0867MPa时，氯仿（1）－乙醇（2）的恒沸组成与恒沸温度。已知解：除上述四个关系式外，根据恒沸物的特性和相平衡关系式还有三个等式现已知p=0.0867MPa，共7个方程，7个未知数，有唯一解。使用试差法计算4.在维尼纶生产中有一醋酸甲酯（1）和甲醇的混合物，含醋酸甲酯x1＝0.649（摩尔分数）。要求塔顶得到0.95（摩尔分数）的醋酸甲酯，且要求其回收率为98％。现以水为溶剂进行萃取精馏，塔内液相中水的浓度保持xp=0.80（摩尔分数）。操作回流比为最小回流比的1.5倍。进料为饱和气相。试求所需的溶剂量和理论板数。解：（1）以100kmol进料为基准进行物料衡算。解：（1）以100kmol进料为基准进行物料衡算。

由给定条件可得出因为因为故故故故所以所以（2）计算平均相对挥发度（2）计算平均相对挥发度查得与本系统有关的范拉尔常数值为把各二元系看作非对称性不大的系统利用（2－67）计算利用（2－67）计算（a）当x’1=0时，（x1=0,x2=0.2,xp=0.8)P10/P20随温度的变化较小可按组分1、2的恒沸温度54℃来计算。则相对挥发度（b）当x’1=1时，（x1=0.2,x2=0,xp=0.8)所以相对挥发度故得故得（3）根据作y’－x’图可按二元系的平衡关系式求得不同x’1下的y’1,得图。（4）用图解法求理论板数由图（2－29）可得最小回流比Rm所以回流比R＝1.5×0.74＝1.1根据图解法画出操作线可得理论板数为N=6，进料板为从上往下数第三块。(5)确定溶剂用量P根据式按（2）相同的方法，当x’1=0.95(x1=0.19),x’2=0.05(x2=0.01),xP=0.80时可求得故故精馏段的液相量L=P+RD’=P+1.1×66.95＝P+73.65所以Xp=0.8β=0.0415由式（2－77）可得溶剂用量为因本题未提出塔顶产品中溶剂浓度的要求，否则可算出溶剂加入板上升气相量和溶剂浓度yP，然后按二元溶液计算出回收段所需的理论板数。现可根据经验取1～2块理论板为回收段5.某厂裂解气组成如下，13.2x%氢、37.18x%甲烷、30.2x%乙烯、9.7x%乙烷、8.4x%丙稀和1.32x%异丁烷。拟用C4馏分做吸收剂，从裂解气中回收99x%的乙烯。该吸收塔处理的气体量为100kmol/h，操作压力为4.053MPa，平均操作温度为－14℃。试计算：1）最小液气比2）操作液气比为最小液气比的1.5倍时所需的理论板数3）各组分的吸收率和塔顶尾气的数量和组成4）塔顶应加入的吸收剂的量解：在4.053MPa和－14℃下各组分的相平衡常数如下：组分 氢 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 异丁烷K ∞ 3.1 0.72 0.52 0.15 0.058、1）最小液气比的计算在最小液气比下操作时，理论板数为无穷多。这时关键组分乙烯的吸收因子为A＝φ＝0.99所以所以2）理论板数的计算已知操作液气比为最小液气比的1.5倍。在操作液气比下，乙烯的吸收因子为按式（3－14），理论板数为（3）尾气数量和组成的计算以甲烷为例被吸收量为塔顶尾气依次计算各组分的尾气量，结果见P162.（4）塔顶加入的吸收剂量塔内气体的平均流率为塔内液体的平均流率为因为因为塔顶加入吸收剂的量为6.某吸收塔有20块实际塔板，板效率为20％，在0.507MPa下操作，进塔原料气温度32℃，其组成为甲烷28.5x%、乙烷15.8x%、丙烷24.0x%、正丁烷16.9x%、正戊烷14.8x％。吸收剂可设为nC8，其中含有在循环中未脱完的正丁烷和正戊烷分别为2x%和5x%，流率为原料气的1.104倍，温度为32℃。试计算产物的流率和组成。解：以每小时处理100kmol原料气为基准，则吸收剂用量为110.4kmol/h假设吸收过程由于溶解热效应而使平均吸收温度为37℃按（4－27）式求吸收因子进行估算n-C4为例故故依此类推得到初步估算结果在此基础上再算平均吸收因子采用平均液气比（L/V）均对吸收液和尾气再进行一次计算对温度进行校核，采用热量衡算的方法进行计算各物流的焓值，离塔吸收液的热量＝原料气热量＋尾气热量－吸收剂热量离塔吸收液的温度用试差法求取，求得tN＝57℃利用式（4－41）~（4－44）计算各板的流率和温度，以上计算为平均吸收因子法的估算7.某厂裂解气分离车间采用中压油吸收分离工艺，脱甲烷塔进料100kmo1/h，组成及操作条件下各组分的相平衡常数如表所示。所用的吸收剂中不含所吸收组分，要求乙烯的回收率达到98%，操作液气比为最小液气比的1.5倍。试求：(1)最小液气比；(2)所需理论板数；(3)甲烷的吸收因子、吸收率；(4)甲烷塔顶尾气的数量。组分 H2 CH4 C2= C20 C3= C30 i-C40 Σ组成（x） 15.0 30.0 28.0 5.0 19.0 1.0 2.0 100m ∞ 3.2 0.65 0.47 0.12 0.100.046 则则则则8.已知某脱甲烷塔的进料组成如下：塔的操作压力为3.45MPa，塔顶、塔底的平均温度为－50℃（表中的Ki按此条件查得）。要求塔底乙烯的回收率为93.4%，塔顶甲烷的回收率为98.9%。试求：（1）塔顶、塔底产品组成；（2）确定最少理论板数。组分 甲烷 乙烯 乙烷 丙稀 ΣxF,i 29.17 27.10 41.40 2.33 100.00Ki 1.7 0.34 0.24 0.015 9.现设计一脱乙烷塔，其原料组成和操作条件下的相对挥发度如下表。馏出液中丙烯浓度为0.025，釜液中乙烷浓度为0.05（以上均为摩尔分率）。泡点进料，泡点回流。试按清晰分割法计算塔顶、塔釜组成及最少理论板数。组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷 ΣxF,i0.05 0.35 0.15 0.20 0.10 0.15 1.00α 7.356 2.091 1.000 0.901 0.507 0.408 10.某分离乙烷和丙烯的连续精馏塔，其进料组成如下表所示。要求馏出液中丙烯浓度不大于2.5%，釜液中乙烷浓度不大于5%。并假定釜液中不出现甲烷，馏出液中不出现丙烷及更重的组分。试求：（1）馏出液和釜液的流量及组成；（2）按清晰分割法求最少理论板数。组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷 Σ流量/(kmol·h1) 5 35 15 20 10 15 100α 10.95 2.59 1.00 0.884 0.422 0.296 11.具有三块理论板的吸收塔，用来处理某气体混合物（已知数据见表），贫油及气体温度为32℃，塔在2.06MPa下操作，富气流率为100kmol/h，贫油流率为20kmol/h，请用平均吸收因子法求吸收后塔顶气体V1中各组分的流率和组成。组分 CH4 C2H6 C3H8 n-C4H10 n-C8H18 ∑vN+1,i 70 15 10 5 0 100l0i 0 0 0 0 20 20mi 12.9912.181 0.636 0.186 0.0014 12.某吸收塔用稳定汽油吸收催化裂化富气中的轻烃。已知进塔气体组成如下表。进塔气体量为400kmol/h，富气中丙烯的吸收率要求达到90%。试求：（1）最小液气比（2）操作液气比为最小液气比的1.8倍，完成此任务所需的理论板数；（3）乙烯的吸收因子和吸收率；（4）乙烯塔顶尾气的组成及数量。组分 氢气 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷组成/%35 8 5 10 15 8 12 7m ∞ 19.4 6.28 4.32 1.78 1.58 0.74 0.54一烃类溶液，其组成（摩尔分数）为求该溶液在p＝3.55MPa下的泡点温度和平衡气相组成13