分離工程計算

五、`計算1.進料中含正已烷0.33，正庚烷0.33，正辛烷0.34（平均摩爾分數(shù)）。今要求餾出液中正庚烷濃度XD2≤0.015，釜液中正已烷濃度xw3≤0.011，若進料流率為100kmol/h，按清晰分割法求餾出液和釜液的流率及組成。試計算精餾系統(tǒng)的最小回流比。已知進料中的液相分率為0.4。解：根據(jù)上例的已知條件及計算結果，其數(shù)據(jù)如下組分 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）式得用試差法求出θ＝3.814，代入（3-46）式 故2.現(xiàn)設計一脫乙烷塔，其原料組成和操作條件下的相對揮發(fā)度如下表。餾出液中丙烯濃度為2.5x％，釜液中乙烷濃度為5.0x％，塔頂操作壓力為2.76MPa（絕）。進料為泡點進料，回流為飽和液相，全塔平均板效率為75％，求所需的塔板數(shù)。進料中組分 XF,i％ α 進料中組分 XF,i％α甲烷 5.0 7.356 丙烷 20.0 0.901乙烷 35.0 2.091 異丁烷 10.0 0.507丙烯15.0 1.000 正丁烷 15.0 0.408解：以100mol進料為基準，假設在釜液中不出現(xiàn)甲烷，在餾出液中不出現(xiàn)丙烷及更重的組分，按清晰分割計算塔頂、塔釜組成，初步物料衡算如下表：組分 進料/mol 餾出液/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異丁烷 10.0 － 10.0正丁烷 15.0 － 15.0∑ 100.0 55.0-x-y 45+x+y根據(jù)要求根據(jù)要求解上述兩式得x＝3.11y＝14.05故餾出液及釜液的組成為組分 餾出液/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異丁烷 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論板數(shù)利用芬斯克方程式求最少理論板數(shù)利用恩特伍德方程計算最小回流比利用恩特伍德方程計算最小回流比求得求得根據(jù)根據(jù)所以Rm＝1.378取操作回流比為最小回流比的1.25倍，則R＝1.722則則由吉利蘭特圖查得由吉利蘭特圖查得N=14.9如果使用的再沸器為部分再沸器，塔頂冷凝器為全凝器，則塔內需13.9塊理論板，實際板數(shù)N’=13.9/0.75=18.5進料位置進料位置可解得可解得3.試求總壓力為0.0867MPa時，氯仿（1）－乙醇（2）的恒沸組成與恒沸溫度。已知解：除上述四個關系式外，根據(jù)恒沸物的特性和相平衡關系式還有三個等式現(xiàn)已知p=0.0867MPa，共7個方程，7個未知數(shù)，有唯一解。使用試差法計算4.在維尼綸生產(chǎn)中有一醋酸甲酯（1）和甲醇的混合物，含醋酸甲酯x1＝0.649（摩爾分數(shù)）。要求塔頂?shù)玫?.95（摩爾分數(shù)）的醋酸甲酯，且要求其回收率為98％?，F(xiàn)以水為溶劑進行萃取精餾，塔內液相中水的濃度保持xp=0.80（摩爾分數(shù)）。操作回流比為最小回流比的1.5倍。進料為飽和氣相。試求所需的溶劑量和理論板數(shù)。解：（1）以100kmol進料為基準進行物料衡算。解：（1）以100kmol進料為基準進行物料衡算。

由給定條件可得出因為因為故故故故所以所以（2）計算平均相對揮發(fā)度（2）計算平均相對揮發(fā)度查得與本系統(tǒng)有關的范拉爾常數(shù)值為把各二元系看作非對稱性不大的系統(tǒng)利用（2－67）計算利用（2－67）計算（a）當x’1=0時，（x1=0,x2=0.2,xp=0.8)P10/P20隨溫度的變化較小可按組分1、2的恒沸溫度54℃來計算。則相對揮發(fā)度（b）當x’1=1時，（x1=0.2,x2=0,xp=0.8)所以相對揮發(fā)度故得故得（3）根據(jù)作y’－x’圖可按二元系的平衡關系式求得不同x’1下的y’1,得圖。（4）用圖解法求理論板數(shù)由圖（2－29）可得最小回流比Rm所以回流比R＝1.5×0.74＝1.1根據(jù)圖解法畫出操作線可得理論板數(shù)為N=6，進料板為從上往下數(shù)第三塊。(5)確定溶劑用量P根據(jù)式按（2）相同的方法，當x’1=0.95(x1=0.19),x’2=0.05(x2=0.01),xP=0.80時可求得故故精餾段的液相量L=P+RD’=P+1.1×66.95＝P+73.65所以Xp=0.8β=0.0415由式（2－77）可得溶劑用量為因本題未提出塔頂產(chǎn)品中溶劑濃度的要求，否則可算出溶劑加入板上升氣相量和溶劑濃度yP，然后按二元溶液計算出回收段所需的理論板數(shù)。現(xiàn)可根據(jù)經(jīng)驗取1～2塊理論板為回收段5.某廠裂解氣組成如下，13.2x%氫、37.18x%甲烷、30.2x%乙烯、9.7x%乙烷、8.4x%丙稀和1.32x%異丁烷。擬用C4餾分做吸收劑，從裂解氣中回收99x%的乙烯。該吸收塔處理的氣體量為100kmol/h，操作壓力為4.053MPa，平均操作溫度為－14℃。試計算：1）最小液氣比2）操作液氣比為最小液氣比的1.5倍時所需的理論板數(shù)3）各組分的吸收率和塔頂尾氣的數(shù)量和組成4）塔頂應加入的吸收劑的量解：在4.053MPa和－14℃下各組分的相平衡常數(shù)如下：組分 氫 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 異丁烷K ∞ 3.1 0.72 0.52 0.15 0.058、1）最小液氣比的計算在最小液氣比下操作時，理論板數(shù)為無窮多。這時關鍵組分乙烯的吸收因子為A＝φ＝0.99所以所以2）理論板數(shù)的計算已知操作液氣比為最小液氣比的1.5倍。在操作液氣比下，乙烯的吸收因子為按式（3－14），理論板數(shù)為（3）尾氣數(shù)量和組成的計算以甲烷為例被吸收量為塔頂尾氣依次計算各組分的尾氣量，結果見P162.（4）塔頂加入的吸收劑量塔內氣體的平均流率為塔內液體的平均流率為因為因為塔頂加入吸收劑的量為6.某吸收塔有20塊實際塔板，板效率為20％，在0.507MPa下操作，進塔原料氣溫度32℃，其組成為甲烷28.5x%、乙烷15.8x%、丙烷24.0x%、正丁烷16.9x%、正戊烷14.8x％。吸收劑可設為nC8，其中含有在循環(huán)中未脫完的正丁烷和正戊烷分別為2x%和5x%，流率為原料氣的1.104倍，溫度為32℃。試計算產(chǎn)物的流率和組成。解：以每小時處理100kmol原料氣為基準，則吸收劑用量為110.4kmol/h假設吸收過程由于溶解熱效應而使平均吸收溫度為37℃按（4－27）式求吸收因子進行估算n-C4為例故故依此類推得到初步估算結果在此基礎上再算平均吸收因子采用平均液氣比（L/V）均對吸收液和尾氣再進行一次計算對溫度進行校核，采用熱量衡算的方法進行計算各物流的焓值，離塔吸收液的熱量＝原料氣熱量＋尾氣熱量－吸收劑熱量離塔吸收液的溫度用試差法求取，求得tN＝57℃利用式（4－41）~（4－44）計算各板的流率和溫度，以上計算為平均吸收因子法的估算7.某廠裂解氣分離車間采用中壓油吸收分離工藝，脫甲烷塔進料100kmo1/h，組成及操作條件下各組分的相平衡常數(shù)如表所示。所用的吸收劑中不含所吸收組分，要求乙烯的回收率達到98%，操作液氣比為最小液氣比的1.5倍。試求：(1)最小液氣比；(2)所需理論板數(shù)；(3)甲烷的吸收因子、吸收率；(4)甲烷塔頂尾氣的數(shù)量。組分 H2 CH4 C2= C20 C3= C30 i-C40 Σ組成（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 則則則則8.已知某脫甲烷塔的進料組成如下：塔的操作壓力為3.45MPa，塔頂、塔底的平均溫度為－50℃（表中的Ki按此條件查得）。要求塔底乙烯的回收率為93.4%，塔頂甲烷的回收率為98.9%。試求：（1）塔頂、塔底產(chǎn)品組成；（2）確定最少理論板數(shù)。組分 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.現(xiàn)設計一脫乙烷塔，其原料組成和操作條件下的相對揮發(fā)度如下表。餾出液中丙烯濃度為0.025，釜液中乙烷濃度為0.05（以上均為摩爾分率）。泡點進料，泡點回流。試按清晰分割法計算塔頂、塔釜組成及最少理論板數(shù)。組分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 異丁烷 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.某分離乙烷和丙烯的連續(xù)精餾塔，其進料組成如下表所示。要求餾出液中丙烯濃度不大于2.5%，釜液中乙烷濃度不大于5%。并假定釜液中不出現(xiàn)甲烷，餾出液中不出現(xiàn)丙烷及更重的組分。試求：（1）餾出液和釜液的流量及組成；（2）按清晰分割法求最少理論板數(shù)。組分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 異丁烷 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.具有三塊理論板的吸收塔，用來處理某氣體混合物（已知數(shù)據(jù)見表），貧油及氣體溫度為32℃，塔在2.06MPa下操作，富氣流率為100kmol/h，貧油流率為20kmol/h，請用平均吸收因子法求吸收后塔頂氣體V1中各組分的流率和組成。組分 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.某吸收塔用穩(wěn)定汽油吸收催化裂化富氣中的輕烴。已知進塔氣體組成如下表。進塔氣體量為400kmol/h，富氣中丙烯的吸收率要求達到90%。試求：（1）最小液氣比（2）操作液氣比為最小液氣比的1.8倍，完成此任務所需的理論板數(shù)；（3）乙烯的吸收因子和吸收率；（4）乙烯塔頂尾氣的組成及數(shù)量。組分 氫氣 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 異丁烷 正丁烷組成/%35 8 5 10 15 8 12 7m ∞ 19.4 6.28 4.32 1.78 1.58 0.74 0.54一烴類溶液，其組成（摩爾分數(shù)）為求該溶液在p＝3.55MPa下的泡點溫度和平衡氣相組成13