化工分離過程-課后答案

1、分離過程例題與習題集葉慶國鐘立梅主編化工學曉化學工程教研左化學工程與工藝專業(yè)所在的化學工程與技術一級學科屬丁山東省“重中之重”學科，一宜處丁山東省領先地位，而分離工程是該專業(yè)二門重要的必修專業(yè)課程之一。該課程利用物理化學、化工原理、化工熱力學、傳遞過程原理等基礎基礎知識中有關相平衡熱力學、動力學、分子及共聚集狀態(tài)的微觀機理，傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞理論來研究化工生產(chǎn)實際中復雜物系分離和提純技術。傳統(tǒng)的教學方法的突出的弊端就是手工計算工程量大，而且結(jié)果不準確。同時由丁現(xiàn)代化化學工業(yè)日趨集成化、H動化、連續(xù)化，學生能學到的東西越來越少。所以，傳統(tǒng)的教學模式不能滿足現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)對高水平工業(yè)工程師的需求

2、，開展分離工程課程教學方法與教學手段課題的研究與實踐，對我們的學生能否承擔起現(xiàn)代化學工業(yè)的重任，與該課程的教學質(zhì)量關系重大，因此對該門課程進行教學改革具有深遠意義。分離工程課程的改革主耍包括多媒體輔助教學課件的開發(fā)、分離工程例題與習題集、分離工程試題庫的編寫等工作。目前全國各高?；瘜W工程與工藝專業(yè)使用的教材一般均為由化學工程與工藝專業(yè)委員會組織編寫的化工分離過程（陳洪竊主編，化學工業(yè)出版社），其他類似的教材己出版了十余部。這些教材有些還未配習題，即便有習題，也無參考答案，而至今沒有一本與該課程相關的例題與習題集的出版。因此編寫這樣一本學習參考書，既能發(fā)揮我校優(yōu)勢，又符合形勢需要，填補參考書空白

3、，具有良好的應用前景。分離工程學習指導和習題集與課程內(nèi)容緊密結(jié)合，習題貫穿目前己出版的相關教材，有解題過程和答案，部分題目提供多種解題思路及解題過程，為學生的課堂以及課后學習提供了有力指導。編者2006年3月目錄TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark4第一章緒論1 HYPERLINK l bookmark6第二章單級平衡過程5 HYPERLINK l bookmark12第三章多組分精憎和特殊精懈18 HYPERLINK l bookmark14第四章氣體吸收23第五章液液萃取26 HYPERLINK l bookmark16第六章多組分多級分離的嚴格計算27第七

4、章吸附33第八章結(jié)晶34第九章膜分離35 HYPERLINK l bookmark18第十章分離過程與設備的選擇與放大36 第一章緒論1.列出5種使用ESA和5種使用MSA的分離操作。答：BTESA分離操作的有精鎘、萃取精鎘、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精鎘。屬丁-MSA分離操作的有萃取精鎘、液液萃取、液液萃?。p溶劑）、吸收、吸附。2.比較使用ESA與MSA分離方法的優(yōu)缺點。答：當被分離組分間相對揮發(fā)度很小，必須采用具有大量塔板數(shù)的精錨塔才能分離時，就要考慮采用萃取精鎘（MSA）,但萃取精係需要加入大量萃取劑，萃取劑的分離比較困難，需要消耗較多能量，因此，分離混合物優(yōu)先選擇能量媒介（ESA）方法

5、。氣體分離與滲透蒸發(fā)這兩種膜分離過程有何區(qū)別？答：氣體分離與滲透蒸發(fā)式兩種止在開發(fā)應用中的膜技術。氣體分離更成熟些，滲透蒸發(fā)是有相變的膜分離過程，利用混合液體中不同組分在膜中溶解與擴散性能的差別而實現(xiàn)分離。海水的滲透壓由下式近似計算：jt=RTC/M,式中C為溶解鹽的濃度，g/cm3M為離子狀態(tài)的各種溶劑的平均分子量。若從含鹽0.035g/ci的海水中制取純水，M=31.5,操作溫度為298K。問反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應為多少kPa?答：滲透壓兀=RTC/M=8.314X298X0.035/31.5=2.753kPao所以反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應為2.753kPao假定有一絕熱平衡閃蒸過程，所

6、有變量表示在所附簡圖中。求:（1）總變更量數(shù)Nv;（2）有關變更量的獨立方程數(shù)Nc；V,yi,Tv,PvAl題5附圖（3）設計變量數(shù)Ni;（4）固定和可調(diào)設計變屋數(shù)Nx,Na；（5）對典型的絕熱閃蒸過程，你將推薦規(guī)定哪些變量？思路1：3股物流均視為單相物流，總變量數(shù)N=3（C+2）=3c+6獨立方程數(shù)Nc物料衡算式C個熱量衡算式1個相平衡組成關系式C個1個平衡溫度等式1個平衡壓力等式共2C+3個故設計變量Ni=NvNH3C+6(2C+3)=C+3固定設計變量Nx=C+2,加上節(jié)流后的壓力，共C+3個可調(diào)設計變S：Na=O解：Nv=3(c+2)TOC o 1-5 h zNc物c能1相c內(nèi)在(P,

7、T)2Nc=2c+3Ni=NvNc=c+3Nxu=(c+2)+1=c+3Nau=c+3-(c+3)=0思路2：輸出的兩股物流看成是相平衡物流，所以總變量數(shù)N=2(C+2)獨立方程數(shù)Nc：物料衡算式C個,熱量衡算式1個，共C+1個設計變量數(shù)NHNvNi=2C+4(C+l)=C+3固定設計變量Nx:有C+2個加上節(jié)流后的壓力共C+3個可調(diào)設計變量Na：有0塔頂產(chǎn)物6滿足下列要求而設計再沸汽提塔見附圖，求：設計變更量數(shù)是多少?(2)如果有，請指出哪些附加變進料.227K.2068kPa量需耍規(guī)足？解：Nxu進料c+2壓力9c+ll=7+ll=18Nau串級單元1920VO4.61.1.7Q3KmoL

8、546714545633,2II1IJ4JtllNCCCCCC傳熱1合計2習題6附圖NvU=Nxu+Nau=20附加變量：總理論板數(shù)。附圖為熱藕合精錨系統(tǒng)，進料為三組分混合物，采出三個產(chǎn)品。確定該系統(tǒng):（1）設計變屋數(shù);（2）指定一組合理的設計變量。解：NJ壓力N+M+1+1TOC o 1-5 h z進料c+2合計N+M+c+4（c=3）NJ串級6分配器1側(cè)線3傳熱210Nvu=N+M+3+4=N+M+19利用如附圖所示的系統(tǒng)將某混合物分離成三個產(chǎn)品。試確定：（1）固定設計變量數(shù)和可調(diào)設計變量數(shù)；（2）指定一組合理的設計變更量全凝器解：Nxu進料c+2壓力N+M+1+1+1c+N+M+5TOC

9、 o 1-5 h zNJ串級4分配1側(cè)線1傳熱410采用單個精鐲塔分離一個三組分混合習題8附圖習越9附圖物為三個產(chǎn)品（見附圖），試問圖中所注設計變量能否使問題有唯一解?如果不，你認為還應規(guī)定哪個（些）設計變量？解：Nx11進料c+2壓力40+1+1c+44=47Nau3+1+1+2=7Nvu=54設計變量：回流比，係出液流率。 第二章單級平衡過程1.計算在0.1013MPa和378.47K下苯甲苯(2)對二甲苯三元系，當X=0.3125,x2=0.2978,x3=0.3897時的K值。汽相為理想氣體，液相為非理想溶液。并與完全理想系的K值比較。己知三個二元系的Wilson方程參數(shù)。=-1035

10、.33;-A22=977.83兄23幾22=442.15；仏3兄33=460.05右3-人1=1510.14;=-1642.81(單位:J/mol)在T=378.47K時液相摩爾體積為：=100.91x10-3m3/kmo；vj-=117.55x10-3；vf=136.69x10-3安托尼公式為：苯：lnP=20.7936-2788.51/(T-52.36);甲苯：InP；=20.9065-3096.52/(T-53.67):對二甲苯：InP；=20.9891-3346.65/(T-57.84)；(Ps:Pa;T:K)yL解:由Wilson參數(shù)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根據(jù)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如視為完全理想系，根據(jù)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對二甲苯：hiP3S=20.9891-3346.65/(378.47-57.84)；/.P；=38.23KpaWilson方程參數(shù)求取12曇細=100.91x101035.33=】旳RT117.55x10一38.314x378.47A21=叢厶=ExlO：_

13、977.83=RT100.91xW38.314x378.47A23ExlO一)=0.7472136.69x1()7117.55xW3eg-460.058.314x378.47,=1.346幾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,+虧aJ-(+)芻+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馮+AhX1+A32X2+X30.3125x0.4577陽25心57+。妙7“346+蝕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嚴P%=207.4%0.3=2.048K2=P=86.93oi3=0.8581K嚴P%.2%o.3=o.37742.一液體混合物的組成為：苯0.50；甲苯0.25；對二甲苯0.25(摩爾分率)。分別用平衡常數(shù)法和相對揮發(fā)度法計算該物系在lOOkPa式的平衡溫度和汽相組成。假設為完全理想系。解1:(1)平衡常數(shù)法：設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,表明所設溫度偏高。由題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在溫度為367.78K時，存在與之平衡的汽相,組成為:苯0.7765、甲苯0.1511、對二甲苯0.066675o用相對揮發(fā)度法：設溫度為368K,取對二甲苯為相對組分。計算相對揮發(fā)度的:&

18、13=580；Gy=2.353；G33=1組分i苯甲苯(2)對二甲苯(3)X,0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.90350.58830.25003.7418溝Xi0.77600.15720.06681.0000解2：(1)平衡常數(shù)法。假設為完全理想系。設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對二甲苯：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選苯為參考組分：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龍瓦吉=1.552x0.5+0.6281x0.254-0.2665x0.25=0.99971故泡點溫度為94.61C,且力=1.552x0.5=0.77

20、6;y2=0.6281x0.25=0.157;y3=0.2665x0.25=0.067(2)相對揮發(fā)度法設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故泡點溫度為95。且y嚴邂瀘“加2.353x0.251x0.25“3.74=157.y廠3.74=0673.一燒類混合物含甲烷5%(mol),乙烷10%,丙烷30%及異丁烷55%,試求混合物在25C時的泡點壓力和露點壓力。解1：因為各組分都是烷燒，

21、所以汽、液相均可以看成理想溶液，瓦值只取決丁溫度和壓力。可使用坯類的P-T-K圖。泡點壓力的計算：75348假設P=2.0MPa,因T=25C,査圖求瓦組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)%0.050.100.300.551.00$8.51.80.570.26X=K朋0.4250.180.1710.1430.919尺=0.9191.00：說明壓力偏高，重設P=0.56MPa。工%=1.006=1,故露點壓力為0.56MPao解2：(1)求詢點壓力:設Pi=1000KPa,由25C,lOOOKPa,査P-TK列線圖得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選異丁烷為參考組分 # #在此條件下求得工y=1.02Hl,繼續(xù)調(diào)整査得P=1800KPa # 求得：工=1.001,故混合物在25C的泡點壓力為1800KPa序號組分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異丁烷0.550.4

23、30.240.2560.1410.2850.1570.2790.153y1.001.680.9071.001(2)求露點壓力設Pi=1000KPd,由25C,lOOOKPa,査P-TK列線圖得K0=16.5K2=3.2K3=1.00=0.43所以。遼%=%.5+%2+-%43=選異丁烷為參考組分K42=K4i=0-43x1.614=0.694由25C,K42=0.694査得P=560KPa,査得各組分的匕值求得工旺=0.9901故混合物在25C時的露點壓力為560KPa序號組成組成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異丁烷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，液相活度系數(shù)用乜nLaai方程計算，很=0.144,?=0.170。試計算在101.3kPa壓力下的泡點溫度和露點溫度。安托尼方程為：醋酸乙酯：InPj=21.0444-2790.%,_575)乙醇:1=23.8047-3803.%_41&)(Ps：Pa；T：K) #解1:(1)泡點溫度此時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 # 所以露點溫度為350Ko解2：(1)計算活度系數(shù)：=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)計算泡點溫度設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調(diào)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故泡點溫度為76.5C計算露點溫度設T=353.15K(80C)Kq=1.1037X0.894=0.9867Ps_KqP0.9867x1.013x101.0075?7905，唧(21.0444-三瑋) # #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 故露點溫度為7652CzJl-Kj1+叭匕-1)5.設有7個組分的混合物在規(guī)定溫度和壓力下進行閃蒸。用下面給定的K值和進料組成畫

28、出Rachford-Rice閃蒸函數(shù)|11|線圖。組分12345670.00790.13210.08490.26900.05890.13210.3151Kx16.25.22.01.980.910.720.28i=lP的間隔取0.1,并由圖中估計出片的止確根值。解：計算過程如下表所示: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根據(jù)上表所得數(shù)據(jù)畫圖：中由曲線圖得:方0.5276.組成為60%(mol)苯，25%甲苯和15%對二甲苯的lOOki

31、w1液體混合物，在101.3kPa和100C下閃蒸。試計算液體和氣體產(chǎn)物的量和組成。假設該物系為理想溶液。用安托尼方程計算蒸氣壓。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對二甲苯：lnP3s=20.981-3346.65/（T-57.84）P3S=31.895kPaK3=0.315計算混合組分的泡點TbTb=364.076K計算混合組分的露點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組分流率，inol/h氫200甲烷200苯50甲苯10由式(2-72)試差得：P=2179kPaoW,=W-出)=0.7477-f(出)f(Wj=-0.0024a0此時：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.用圖中所示系統(tǒng)冷卻反應器出來的物料，并從較重坯中分離輕質(zhì)氣體。計算離開閃蒸罐的蒸汽組成和流率。從反應器出來的物料溫度811K,組成如下表。閃蒸罐操作條件下各組

33、分的K值：氫80；甲烷10：苯-0.01；甲苯-0.004解：以氫為1,甲烷為2,苯為3,甲苯為4?？傔M料量為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)試差可得：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.下圖所示是一個精帑塔的塔頂部分。圖中以表示出總精鎘物的組成，其中10%(mol)作為汽相采出。若溫度是311K,求回流罐所用壓力。給出該溫度和1379kPa壓力下的

34、K值為：C2-2.7；Cj-0.95；C4-0.34,并假設K與壓力成止比。解：由圖中可知zt2=0.10,03=0.20,zc4=0.70：p由題意知：K=Kx,T=0.1,13799.在1013kPa下,對組成為45%(摩爾)止己烷,25%止庚烷及30%1E辛烷的混合物。求泡點和露點溫度將此混合物在101.3kPa下進行閃蒸，使進料的50%汽化。求閃蒸溫度,兩相的組成。解：因為各組分都是烷坯，所以汽、液相均可看成理想溶液，Ki只取決于溫度和壓力，可使用坯類的P-T-K圖。泡點溫度計算得：Tb=86C。露點溫度計算得：TD=100Co由式(276)求T的初值為93C,査圖求Ki組分止己烷止庚

35、烷止辛烷乙0.450.250.30Ki1.920.880.41（忌-血1+W（瓦-1）0.28360.0319-0.2511工冷呂r所以閃蒸溫度為93Co由式(277)、(268)計算得：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 # #第三章多組分精館和特殊精,1.在一精鎘塔中分離苯(B)，甲苯(T),二甲苯(X)和異丙苯(C)四元混合物。進料量200mol/h,進料組成=0.2,zt=0.1,zx

36、=0.4(iiioI)o塔頂采用全凝器，飽和液體回流。相對揮發(fā)度數(shù)據(jù)為：a3T=2.25,=1.0,企=0.33,=0.21規(guī)定異丙苯在釜液中的回收率為99.8%,甲苯在僻出液中的回收率為99.5%。求最少理論板數(shù)和全回流操作下的組分分配。解：根據(jù)題意頂甲苯(T)為輕關鍵組分，異丙苯(C)為重關鍵組分，則苯(B)為輕組分，二甲苯(X)為中間組分。以重關鍵組分計算相對揮發(fā)度。%=22%21=10.71TC=1%.21=4,762=03%.21=15714acc=由分離要求計算關鍵組分在塔頂釜的分配。%=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與FiB+W求出非關鍵組分的分布電=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：設T為53.5C

38、Mln皆20.8660_2696*7%326.65-46.16)InPT=23.4803_3626%/2,且PPU,故形成最低沸點恒沸物，恒沸物溫度為344.5K。第四章氣體吸收某原料氣組成如下：組分CH4C2H6C3HsbC4Hio11-C4H10i-C5Hi211-C5H12n-C6Hi4yo(摩爾分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045先擬用不揮發(fā)的坯類液體為吸收劑在板式塔吸收塔中進行吸收，平均吸收溫度為38C,壓力為1.013Mpa,如果耍求將i-C4Hio回收90%。試求：為完成此吸收任務所需的最小液氣比。操作液氣比為組小液氣比的1.1倍

39、時，為完成此吸收任務所需理論板數(shù)。各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成。求塔底的吸收液量解：最小液氣比的計算:在最小液氣比下N=co,A關=0天=0.0.85(%)min=關2關=0.56x0.85=0.476(2)理論板數(shù)的計算：操作液氣比%=1.2(幷)皿=1.2x0.476=0.5712L=05712=1.0250.56N涯亠!logAlog1.02尾氣的數(shù)量和組成計算:非關鍵組分的兒Lvic4 # # # #徑=吸收率被吸收的量為Vn+】塔頂尾氣數(shù)量VN.1-(1-)=V塔頂組成 # #按上述各式計算，將結(jié)果列丁下表 #組分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合計100.019.81080.190(4)塔底的吸收量L

41、n100+80.37v=90.185塔內(nèi)氣體平均流率：2Kmol/hL均一0()-W-0.5712x90.185-51.514塔內(nèi)液體平均流率：2i而d+i+4=；+5,即ioo+L=80.37+聯(lián)立求解得Ln=61.33KioV1iLo=41.70KmoVh解2：由題意知，i-C4Hio為關鍵組分由P=1.013Mpa,t平=38C査得K關=0.56(P-T-K圖)在最小液氣比下N=g,人關=中關=0.9(%)心=關2關=0.56x0.9=0.504min%=11(%)“=1.1x0.504=0.55440.5544=099K關V關0.56所以理論板數(shù)為0.99-0.9)1一-1=9.48l

42、og099LA-(plog()log(1-(P円N=-1=logA7；中十i_a(3)它組分吸收率公式呂,卩=診_0.554417.40.0320.0329*48+1-0.99化=0.0329*48+1-10.32計算結(jié)果如下:組分進料且中.相平衡常數(shù)Ki化被吸收J3.中.塔頂尾氣數(shù)量組成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合計100.019.81080.190以CH4為例: # # # #V1(CH4)=(1-“)N+l=(l0032)x76.5=74.0574.0576.50.923 # # #塔內(nèi)氣體平均流率：v=+力-9。=90.10Knx)Vhl卄j、/丄存亠、a*L+(Lo+19.81)塔內(nèi)液體平均流率：L=么+9.905由%=0.5544.L3=40

44、.05KmoVh第五章液液萃取 #第六章多組分多級分離的嚴格計算1.某精鐲塔共有三個平衡級，一個全凝器和一個再沸器。用丁分離由60%(mol)的甲醇，20%乙醇和20%止丙醇所組成的飽和液體混合物。在中間一級上進料，進料量為1000kimh。此塔的操作壓力為101.3kPao鎘出液量為600kmoVho回流量為2000kmol/ho飽和液體回流。假設恒摩爾流。用泡點法計算一個迭代循環(huán)，直到得出一組新的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：為開始迭代，假定鎘出液溫度等于甲醇的止常沸點，而塔釜溫度等丁其它兩個醇的止常沸點的算術平均值，其它級溫按線性內(nèi)插。解：帑出液量D=Ui=600kiwl/h,Li=2000knK)l/h,由圍繞全凝器的總物料衡算得V2=Li+Ui=2600knx)l/h。由安托尼方程算出物料的沸點得：T.|.w=337.65K,T乙醉=351.48K,T正咖=370.35K。假定僻出液溫度等于甲醇的止常沸點，而塔釜溫度等丁其它兩個醇的止常沸點的算術平均值，其它級溫按線性內(nèi)插。迭代變量的初值列丁下表級序號，jmol/hI-,K級序號，jinol/hTj,K1033

46、7.6542600355.0122600343.4452600360.7932600349.22在假定的級溫度及101.3kPa壓力下，由安托尼方程得到的K值為:組分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個組分甲醇的矩陣方程推導如下當Vi=0,Gj=0(j=l,.5)時,從式(4-19)可得A=V.+(FU)jjJ、mmzm=l #所以，A5=V5+F3-Ui=2600+1000-600=3000類似得，Ai=3000,A3=2000和A?=2000當Vi=0和Gj=0時，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相類似DI=D2=D4=D5=0將以上數(shù)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)計

48、算曲和qjCI=225L=_i25E】-2600旦亠=0E-26004030B2-A,p!5250_2000(一.25)_W按同樣方法計算,_1-1.25000001-1.46500Xl,20001-1.2100人,3=0.1460001-1.397Xl,40.10100001_X1,5_0.134_得消元后的方程顯然，由式(428b)得xl,5=0.134依次用式(4-28a)計算，得Xi,4=0.288,X13=0.494,Xi=0.723,Xi,i=0.904以類似方式解乙醇和止丙醇的矩陣方程得到電組分 #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在這些組成歸一化以后，用式(43)迭代計算101.3kPa壓力下的泡點溫度并和初值比較。1234571)337.65343.44349.22355.01360.792)339.94342.23345.82350.81357.40第1次迭代結(jié)束。分離苯(B)、甲苯(T)和異丙苯(C)的精飾塔，塔頂采用全凝器。分析釜液組成為：XB=0.1(mol),xt=0.3,xc=0.6o蒸發(fā)比V7W=1.0。假設為恒摩爾流。相對揮發(fā)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組成。解：根據(jù)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。由提懾段操作線方程：Xb=0.2349；Xt=0.3719：xc=0.3932。再沸器以上一板的上升蒸汽組成：兒Dm陽=0.5637；yT=0.3570：yc=0.0793o精流塔及相對揮發(fā)度與習題2相同。進料板上升蒸汽組成yB=0.35(mol),yT=0.20,yc=0.45o回流比L/D=1.7,飽和液體回流。進料板上一級下流液體組成為=0.24(mol),xt=0.18,xc=0.5

51、8o求進料板以上第2板的上升蒸汽組成。解：根據(jù)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。根據(jù)精鎘段操作線方程得：Xqb=0.537；Xqt=0.234；Xp,c=0.229。進料板上1板上升蒸汽組成為：陽=0.6653；yT=0.1996：yc=0.1351。根據(jù)精帑段操作線方程得進料板上2板下流液體組成為:Xq=0.74；Xf=0.18；Xc=008o進料板上2板上升蒸汽組成為:yfe=0.904；yi=0.088；yc=0.008。4.分離苯(E)、甲苯(T)和異丙苯(C)的精鎘塔，操作壓力為101.3kPa。飽和液體進料，其組成為25%(mol)苯，35%甲苯和40%異丙苯。進料量lOOkiwVho塔頂采用全凝器，飽和液體回流，回流比LD=2.0o假設恒摩爾流。相對揮發(fā)度為常數(shù)ctBT=2.5,OTT=1.0,OCT=0.21規(guī)定鎘出液中甲苯的回收率為95%,釜液中異丙烷的回收率為96%。試求：按適宜進料位置進料，確定總平衡級數(shù)；若在第5級進料(鬥上而下)，確定總平衡級數(shù)。解：全塔物料衡算和計算起點的確定：按清晰分割：Fzb=