分離工程習(xí)題解答概要

1、例 2-3a.解：因各組分都是烷燒，所以汽、液相均可看成理想溶液，K i壓力。如計(jì)算要求不高，可使用燒類的p一 T一 K 圖（見圖2-1 ：)o假設(shè) T = 50 C, p= 0.2MPa,查圖求K i組分xiKiyi=Kixi止烷0.152.50.375正戊烷0.400.760.304正已烷0.450.280.126求含正丁烷（1） 0.15、正戊烷（2） 0.4、和正已烷（3） 0.45 （摩爾分?jǐn)?shù)）0.2MPa壓力下的泡點(diǎn)溫度。B.露點(diǎn)溫度之煌類混合物在只取決于溫度和*丙二 0,8051 i-l假設(shè)50c為進(jìn)料的露點(diǎn)溫度，則0 3 0,1 0 15 0.45 r （力 / 茁）=+ +

2、-= 1.772 1勺 70 2.4 0.803說明進(jìn)料的實(shí)際泡點(diǎn)和露點(diǎn)溫度分別低于和高于規(guī)定的閃蒸溫度，閃蒸問題成立。(2)求W ,令W 1 =0.1(最不利的初值)皿、), (0.8-1X0.15) , (0.3-1X0.45)U (0.10)(70-1) 1 +(10.1)(2 4-1) l + (0J)(0.8-l) 1 + (0.1)(0.3-1)=0.8785因f (0.1)0 ,應(yīng)增大 W值。因?yàn)槊恳豁?xiàng)的分母中僅有一項(xiàng)變化，所以可以寫出僅 含未知數(shù)W的一個(gè)方程：1.8014-0.03-0.315f（vA =+八1 + 6歹 1 + 1V 1-0 3 1-0 7y計(jì)算R - R方程

3、導(dǎo)數(shù)公式為:W) _ J (與川町 + (工-一門 + NF町 +M ”映 + *廣叨】口+川a-1)?10 S + 0.196 + 0.006 十。/。57+商同-+ 1 + 1 43 + 1+03 1 + 0訕1當(dāng) W 1 =0.1 時(shí),由(2-62):0.8758, = 0.1+= 0.294 631迭代次數(shù)f ( w )df ( W )/ d ( W )10.10.87854.63120.290.3291.89130.460.0661.3240.510.00173一以下計(jì)算依此類推，迭代的中間結(jié)果列表如下:f (W4)數(shù)值已達(dá)到 p - T - K圖的精確度。用式(2-57)計(jì)算x i

4、 ，用式(2-58)計(jì)算y i篤=3=- 0.073911 + 0 51(7.0-1)?i =1+ 叭1)7.QxQ.31+0,51(7.0-1)0.5173由類似計(jì)算得：x 2 =0.0583, y 2 =0.1400 x 3 =0.1670, y 3 =0.1336x 4 =0.6998, y 4 =0.2099/ J： IK U.l kmol/hy r, - 0+W9為M =10008M, JI因w值不能再精確，故結(jié)果已滿意。(2) 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(shí)的泡點(diǎn)壓力和露點(diǎn)壓力。解1：因?yàn)楦鹘M分都是烷燒，所以汽、液相

5、均可以看成理想溶液，小值只取決于溫度和壓力?？墒褂没皖惖?P-T-K圖。泡點(diǎn)壓力的計(jì)算：75348假設(shè)P=2.0MPa,因T=25 C ,查圖求 K組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)X0.050.100.300.551.00Ki8.51.80.570.26yi = Kixi0.4250.180.1710.1430.919K KiXi =0.9191.00,說明壓力偏高，重設(shè)Z%=1.006 故露點(diǎn)壓力為0.56MPa。Ki解2: (1)求泡點(diǎn)壓力:K1 =16.5K2 =3.2K3 =1.0K 4 =0.43設(shè) Pi=1000KPa,由 25 C, 1000KPa,查 P-T-K

6、 列線圖得 KiYiK43在此條件下求得Yi=1.02# 1,繼續(xù)調(diào)整所以 yi =0.05 16.5 0.1 3.2 0.3 1.0 0.55 0.43 = 1.68 1選異丁烷為參考組分=0.25%=0.282 ,查得 P=1771KPaYiK44=028% 0? =0.279 ,查得 P=1800KPa求得：工Yi =1.001 %1 ,故混合物在25 c的泡點(diǎn)壓力為1800KPa序號(hào)組分Xi1000KPa2000KPa1770KPa1800KPaKiYiKiYiKiYiKiYi1甲烷0.0516.50.8258.40.429.60.489.40.472乙烷0.103.20.321.75

7、0.1751.950.1951.920.1923丙烷0.301.00.300.570.1710.630.1890.620.1864異丁烷0.550.430.240.2560.1410.2850.1570.2790.1531.001.680.9071.021.001(2)求露點(diǎn)壓力設(shè) Pi=1000KPa,由 25 C, 1000KPa,查 P-T-K 列線圖得 KjKi =16.5K2 =3.2Ka=1.0 K 4 =0.43,0.050.100.55.1 614一 16.53.20.43 - 1.614選異丁烷為參考組分K42 =K41V x =0.43 1.614=0.694由25C, K

8、42 =0.694查得P=560KPa,查得各組分的 Ki值求得 Xi =0.9900故混合物在25c時(shí)的露點(diǎn)壓力為560Kpa序號(hào)組成組成1000KPa560KPaKiXKixi1甲烷0.0516.50.00327.50.0022乙烷0.103.20.0315.200.0193丙烷0.301.00.301.700.1764異丁烷0.550.431.280.6940.793Z1.6140.990P866).以燒類蒸汽混合物含有甲烷a.5%,乙烷b.10%,丙烷c.30%及異丁烷d.55%。試求混合物在25 c時(shí)的露點(diǎn)壓力與泡點(diǎn)壓力，并確定在t=25C, p=1MPa大氣壓時(shí)的氣相分率。解：a.

9、求混合物在25 c時(shí)的露點(diǎn)壓力設(shè) p=1MPa=101.3kPa ,由 t=25 C查圖 2-1a 得：K 1=165, K2=27, K 3=8.1 ,K4=3.20.300.558.13.2=0.2129 ；1_ yi0.05 0.10 xi =Ki16527選異丁烷為參考組分，則K4 =Kg % xi =3.2 0.2129 =0.6813由 K4 =0.6813 和 t=25 C查圖 2-1a 得 p=650kPa：K1=28, K2=5.35, K3=1.7, K4=0.681、 V yi 0.05 0.10 0.300.55.-.xi ;二=1.003 ： 1Ki 285.351.

10、70.681故混合物在25c時(shí)的露點(diǎn)壓力為 650kPa。b.求混合物在25c時(shí)的泡點(diǎn)壓力設(shè) p=1MPa=101.3kPa ,由 t=25 C查圖 2-1a 得：Ki=165, K2=27,K3=8.1 , K4=3.2.xyi r KiXi =165 0.05 27 0.10 8.1 0.30 3.2 0.55 =15.14 :1選異丁烷為參考組分，則, Kg 3.2K4 =G- = =0.2114、yi15.14由 K4 =0.2114 和 t=25 C查圖 2-1a 得 p=2800kPa：Ki=6.1 , K2=1.37, K3=0.44,K4=0.2114. y-Kk =6.1 0

11、.05 1.37 0.10 0.44 0.30 0.2114 0.550,6903-1K40.21140.6903U0.306由 K4 =0.306和 t=25 C查圖 2-1a 得 p=1550kPa：K 1=11.0, K2=2.2 , K3=0.70,K4=0.306 Ki xi= 11.0 0.05 2.2 0.10 0.7 0.30 0.306 0.55 =1.148 =1K4KgF0.3061.148= 0.27由 K4 =0.27和 t=25 C查圖 2-1a 得 p=1800kPa：K 1=9.6 , K2=1.9 , K3=0.62, K4=0.27.二yi =、Kixi =

12、：9.6 0.05 1.9 0.10 0.62 0.30 0.27 0.55 =1.004 ；1則混合物在25c時(shí)的泡點(diǎn)壓力為 1800kPa。c.t=25 , p=1MPa=101.3kPaK1=165, K2=27 , K3=8.1, K4=3.2Zi0.05 0.10 0.30 0.55% i =0.2129 ：:1 TOC o 1-5 h z Ki165278.13.2“=165 0.05 27 0.10 - 8.1 0.30 3.2 0.55 =15.14 1故在t=25 , p=1MPa大氣壓時(shí)的氣相分率等于1。1.某精微塔的操作壓力為 0.1Mpa,其進(jìn)料組成為組分正丁烷正戊烷正

13、己烷正庚烷正辛烷總合組成（摩爾分?jǐn)?shù)）0.050.170.650.100.031.00試求：露點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度。泡點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度。解：露點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度設(shè) t=20 C, p=0.1MPa=100kPa ,由查圖 2-1a 得：K1=2.1 , K2=0.56 ,K3=0.17 ,K4=0.055 , K5=0.017 l yi 0.050.170.650.100.03v xi=- - = 7.734 -1i Kj 2.10.560.17 0.0550.017選正己烷為參考組分，則K3 =Kg X =7.734 0.17 =1.315由 K2 =1.315和 p=100kPa,查圖 2-1a

14、得 t=78 C：K1=9.5 , K2=3.2 , K3=1.315 ,K4=0.56 , K5=0.25 TOC o 1-5 h z v V 0.050.170.650.100.03“ Xj i =-=0.851 ；1Ki 9.53.21.3150.560.25K3 =Kg x xi =0.851 1.315 =1.11935i由 K2 =1.119和 p=100kPa,查圖 2-1a 得 t=74 C：K1=8.5 , K2=2.9 , K3=1.119 , K4=0.48 , K5=0.20一 y 0.050.170.650.100.03“ Xj =2=- - - - =1.003 ：

15、-1K,8.52.91.1190.480.20故露點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度為 74 C。泡點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度設(shè) t=20 C, p=0.1MPa=100kPa ,由查圖 2-1a 得：K1=2.1 , K2=0.56 ,K3=0.17 ,K4=0.055 , K5=0.017,y 為=2.1 0.05 - 0.56 0.17 0.17 0.65 0.055 0.1 0.017 0.03 =0.317 =1K3Kg 0.17一G- = =0.54 yi0.317由 K3 =0.54和 p=100kPa,查圖 2-1a 得 t=50 C：K1=5.2 , K2=1.6 , K3=0.54 ,K4=0.21

16、, K5=0.085K3KgX =5.2 0.05 1.6 0.17 0.54 0.65 - 0.21 0.1 0.085 0.03 =0.907 :1 0.540.907= 0.60由 K3 =0.60 和 p=100kPa,查圖 2-1a 得 t=54 C：K1=5.5 , K2=1.76 ,K3=0.60 , K4=0.25 , K5=0.095. 、=KX =5.5 0.05 1.76 0.17 0.6 0.65 0.25 0.1 0.095 0.03 =0.992 ： 1故泡點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度為 54 C。2.某混合物含丙烷 a.0.451 （摩爾分?jǐn)?shù)），異丁烷b.0.183,正丁烷c

17、.0.366,在t=94C和p=2.41Mpa下進(jìn)行閃蒸，試估算平衡時(shí)混合物的氣化分率及氣相和液相組成。已知Ki=1.42, K2=0.86, K3=0.72。解：設(shè) *=0.5,由 t=94 C, p=2.41MPa=2410kPa, K 1=1.42, K2=0.86, K3=0.72 得:、Z0.4510.1830.366=- - =1.039 . 1Ki1.420.860.72Kz =1.42 0.451 0.86 0.183 0.72 0.366 =1.061 1故混合物處于兩相區(qū)，可進(jìn)行閃蒸計(jì)算。0.366(0.72-1)=0.00981 0.5(0.72 -1)Fc-tr0F (

18、由0.451(1.42 -1)+ 0.183(0.86 1)-1 0.5(1.42-1) 1 0.5(0.86-1),、2,、2，一、2-0.10430.451(1.42 一1)0,183(0.86 -1)0,366(0.72 - 1),一 2 - , 2 一，. 21 - 0.5(1.42 -1)1 0.5(0.86-1)1 - 0.5(0.72 -1)F( )0.0098k1 = k 一千,5-44=口4511.42-1) + 心。86 -1) + 0,366(0-72-1):。0007 上0 1 0,594(1.42-1) 1 0.594(0.86-1) 1 0.594(0.72-1)故

19、1 =0.594。由 xzii 1 (ki -1)，V = ki Xi 得0.451x1 =1 0,594(1.42 -1)= 0.361; X2 =0.1831 0.594(0.86 -1)= 0.200 ;0 366x3 =1 -x1 -x2 =1 -0.361 -0.2 =0.439 ；或 x3 =0.4391 0,594(0.72 -1)y1 =1.42 X0.361 =0.513 ； y2 =0.86 X0,2 =0.172 ； y3 =0.72X0.439 =0,315 或 y3 =1 _y1 _y2 =1 _0,513 -0.172 =0,315P185 例 4 一 4(1)某原

20、料氣組成如下：組分CH4C2H6 C3H8i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12n-C6H14y0(摩爾分率)0.765 0.045 0.035 0.0250.0450.0150.0250.045先擬用不揮發(fā)的燃類液體為吸收劑在板式塔吸收塔中進(jìn)行吸收，平均吸收溫度為38壓力為1.013Mpa,如果要求將i-C4H10回收90%。試求： (1)為完成此吸收任務(wù)所需的最小液氣比。操作液氣比為組小液氣比的1.1倍時(shí)，為完成此吸收任務(wù)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：(1)最小液氣比的計(jì)算：在最小液氣比下N。, A關(guān)=*關(guān)=0.0.85(LV)

21、min = K關(guān) A關(guān)=0.56 M 0.85=0.476(2)理論板數(shù)的計(jì)算：操作液氣比 % =1.2( %) min =1.2 父 0,476=0,5712log(log A0.57120.56= 1.02-1,/1.02-0.85、log()1 - 0.85 _ 1 : 5.32log1.02(3)尾氣的數(shù)量和組成計(jì)算:Ai非關(guān)鍵組分的LVK吸收率被吸收的量為VN塔頂尾氣數(shù)量VN書(1一%)=，塔頂組成y1iViv按上述各式計(jì)算，將結(jié)果列于下表組分VN書Kmol/hKiAi如VN 書iViVCH 476.517.4Q.Q33Q.Q322.52473.98Q.92QC2H64.53.75Q

22、.152Q.152Q.6843.816Q.Q47C3H83.51.3Q.439Q.4361.5261.974Q.Q25i-C 4H1Q2.5Q.561.Q2Q.852.125Q.375Q.QQ47n-C4H1Q4.5Q.41.428Q.954.275Q.225Q.QQ28i-C5H121.5Q.183.171.QQ1.5QQQ.QQ.Qn-C5H122.5Q.1443.971.QQ2.5QQQ.QQ.Qn-C6H144.5Q.Q561Q.21.QQ4.5QQQ.QQ.Q合計(jì)1QQ.Q-19.81Q8Q.19Q(4)塔底的吸收量Ln塔內(nèi)氣體平均流率:= 90.185Kmol/hL0Ln / L、

23、L均=(-)V均=0.5712 M 90.185 = 51.514塔內(nèi)液體平均流率：2 V而Vn 1Lq -V1Ln即 1QQ+Lq =80.37+Ln聯(lián)立求解得 Ln =61.33Kmol/h. Lo =41.70Kmol/h解2：由題意知，i-C4H10為關(guān)鍵組分由 P=1.013Mpa, t 平=38 C查得 K 關(guān)=0.56 （P-T-K 圖）在最小液氣比下N=o , A關(guān)=中關(guān)=0.9min = K關(guān)A關(guān)=0.56 X 0.9=0.504(2)% = 1. 1(=1.1 0.504=0.55440. 55440. 560. 99所以理論板數(shù)為log (log (log0. 99 -0

24、.9、)1 一 0. 9-1 = 9. 48log 0. 99它組分吸收率公式AiVKiAN 1AT1L _ 0. 5544Ai _VKi17.4=0. 032計(jì)算結(jié)果如下:組分進(jìn)料量相平衡常數(shù)KiAi i被吸收量塔頂尾氣數(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-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4H104.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-C

25、5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6H144.50.0569.91.004.5000.00.0合計(jì)100.0-19.81080.190以CH4為例：9. 48 .10. 032- 0. 999-8 = 0. 32i _ 0. 032 9 8 1 _ 1iV1(CH4)=(1-i )VN+1=(1-0.032)76.5=74.05y i(CH4)V1 (CH4)74. 0576. 5=0. 923(3) 塔內(nèi)氣體平均流率:10080. 19090 . 10 Kmol/h塔內(nèi)液體平均流率:L=Lo + (L0 + 19 . 81) 2L09. 905由1 v =0.5544.L0 =40.05Kmol/h組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i -C5H10n-C5H10n-C6H14Ey0,i0.7650.0450.0650.0250.0450.0150.0250.0151.0003.擬進(jìn)行吸收的某廠裂解氣的組成如下。當(dāng)在1.013Mpa壓力下，以相對分子質(zhì)量為 220的物質(zhì)為吸收劑，吸收劑溫度為30 C,而塔中液相平均溫度為35C。試