分離工程習(xí)題講解

1、2，工程計算中求取相平衡常數(shù)的常用途徑有哪兩條？各自的Ki計算式是什么？(p16) LiiiViiyKx 適用于中壓下非理想弱的烴類系統(tǒng)0iiiiViiyfKxP 適用于中壓下液相非理想強的系統(tǒng)答：3，當(dāng)氣液兩相均可作為理想溶液處理時，泡點溫度計算的基本方程是什么？寫出泡點溫度計算的框圖。（p31）相平衡關(guān)系 歸一方程相平衡常數(shù)式 11 1 1(, )( , , , )(, )iiiiiiiiiyK xicyxKf P T x yic答：基本方程如下：當(dāng) Ki=f(T，P)可手算，則泡點溫度計算步驟為：1 ,yoibiyiiybiiP xTKSK xST y K 設(shè)設(shè)1 ( )iiF TK x

2、 調(diào)整TN6，有一分離四個組分混合物的精餾塔，已知條件如下：組分Fidiwiai110.00.0010.000.25222.51.0721.430.50345.042.862.141.00422.522.500.002.00塔頂全凝器，塔底用再沸器，泡點進(jìn)料，塔在最小回流比下操作。試問：（1）哪些組分為分布組分？哪些為非分布組分？（2）用簡圖畫出塔內(nèi)恒濃區(qū)。（3）當(dāng)di0時，塔內(nèi)恒濃區(qū)有何變化？也用簡圖畫出。（4）找出關(guān)鍵組分與非關(guān)鍵組分。（5）將上述最小回流比改成全回流操作。若組分2在塔底和組分3在塔頂?shù)慕M成都不變，需要多少理論級？（p53） 答：（1）組分2和3是分布組分，組分1和4是非分

3、布組分（2）參考課本圖2-18（p53）（3）看課本(p54)（4）3是輕關(guān)鍵組分，2是重關(guān)鍵組分，1是重非關(guān)鍵組分，4是輕關(guān)鍵組分（5）p5242 8621 431 072 14 =8.6 2.lg(*).lgmN= ,lg() ()lglkhkDBhklkmlk hkxxxxN 9，決定恒沸精餾塔塔頂產(chǎn)物和塔底產(chǎn)物的基本原則有哪幾條？(p76,77) 答：對于二元體系：對于二元體系：（1）如圖2-36(a),系統(tǒng)中不存在恒沸物時，無論進(jìn)料組成如何，只要塔的分離能力足夠，總能從塔頂?shù)玫捷^純的輕組分，塔底得到較純的重組分。（2）如圖2-36(b),存在最低恒沸物時，形成了兩個濃度區(qū)域。當(dāng)進(jìn)料濃

4、度落在0Xa區(qū)內(nèi)，從塔底可得到較寸組分2，但塔頂只能得到恒沸物；當(dāng)進(jìn)料濃度在Xa1范圍內(nèi)，則從塔底得到較純組分1，塔頂仍為恒沸物。 對于三元體系：對于三元體系：因存在多個精餾區(qū)，則塔頂和塔底產(chǎn)物取決于料液與夾帶劑的混合液位于哪個精餾區(qū)，位于不同的精餾區(qū)可以產(chǎn)生不同的塔頂和塔底產(chǎn)物。11，板效率隨塔徑如何變化？請說明變化原因。(p82)p EMV 隨塔徑變化有一極值，其范圍在1.56m。塔徑小，近似全混 ，EMVEOG ； 塔徑，板上有部分混合，存在濃度梯度，EMVEOG； 塔徑太大，板上液相的不均勻流動，板間汽相的不完全混合產(chǎn)生，使EMV ；1.56m 1DOGMVEE2-2：2-3：2-5：

5、 2-8:某精餾塔分離四元烴類混合物，操作壓力為85atm，進(jìn)料量為100kmol/h。已知：分離要求：塔頂?shù)谋┖? %（摩爾分率），塔底的乙烯含量5 %（摩爾分率），求：(1)用清晰分割法計算塔頂、塔底的組成及產(chǎn)量 (2)塔在正常操作時可達(dá)指定分離要求現(xiàn)測得釜溫為105oC，操作是否正常？（計算說明）進(jìn)料組成甲烷乙烯丙烯丁烯xF0.100.400.200.30 解:(1)用1,2,3,4依次編號甲烷，乙烯，丙烯，丁烯。由題意可知乙烯為輕關(guān)鍵組分，丙烯為重關(guān)鍵組分，甲烷為輕組分，丁烯為重組分。 則由清晰分割法可得： d1=100 x0.10=10kmol/h b1=0 d2=100 x0.

6、40-b2=40-b2 b2 d3 b3=100 x0.2-d3=20-d3 d4=0 b4=100 x0.3=30kmol/h 由分離要求有：2230.0550bbd3230.0350dbd解得：d3=1.467kmol/h b3=18.533kmol/h b2=2.554kmol/h d2=37.446kmol/h塔頂產(chǎn)品量D=10+37.446+1.467=48.913 kmol/h塔底產(chǎn)品量B=2.554+18.533+30=51.087 kmol/h由XDi=di/D 和 XBi=bi/B可算出塔頂，塔底組成如下：組分甲烷乙烯丙烯丁烯XDi0.20440.76560.030XBi 0

7、0.050.36280.5872 （2）當(dāng)釜溫為105oC時，求塔頂溫度 設(shè)塔頂溫度T=105oC 查P-T-K圖得：K甲=27 K乙=13 K丙=4.550.20440.76560.030.07 127134.55DiiiXK說明塔頂溫度低了，即正常操作時，塔頂溫度應(yīng)大于105oC，此時若釜溫為105oC，即塔頂溫度大于塔底溫度，不合常理，故釜溫為105oC時，不能正常操作。2，何謂傳質(zhì)模型？試述雙模論、滲透論、和表面更新論等傳質(zhì)模型的優(yōu)缺點并加以比較。（p116119，137） 答：傳質(zhì)模型是指表示物質(zhì)進(jìn)行傳遞的機理的模型。3，化學(xué)吸收增強因子的意義是什么？提高它的目的是什么？(p122)

8、 答： （1）化學(xué)吸收增強因子是指：在推動力相同時，化學(xué)吸收速率比純物理吸收速率所增加的倍數(shù)。 （2）提高它的目的是降低液膜阻力，提高吸收速率。4，對一級不可逆化學(xué)反應(yīng)： 。在什么情況下可看做物理吸收？在什么情況下可看做氣膜控制？（p130） 答: (1)當(dāng)液相中總反應(yīng)量遠(yuǎn)小于擴散傳遞總量，即1k1*t時，可看做物理吸收。 (2)當(dāng)反應(yīng)在液膜中某個面瞬間完成，即M趨向于無窮大時，可看做氣膜控制。tanhMM5,歸納教材中討論的三類不可逆反應(yīng)化學(xué)吸收速率式，并畫出相應(yīng)的溶質(zhì)在氣液兩相中的濃度分布線。（p133,134）6，對于瞬時反應(yīng)和慢反應(yīng)的化學(xué)吸收，應(yīng)分別用何種塔型？答： 填料塔反應(yīng)器主要用

9、于氣液相反應(yīng)，由于液體沿填料表面下流，在填料表面形成液膜而氣相接觸進(jìn)行反應(yīng)，故液相主體量較少，適用于快速和瞬間反應(yīng)過程，能獲得較大的液相轉(zhuǎn)化率。所以瞬時反應(yīng)用填料塔。瞬時反應(yīng)用填料塔。 鼓泡塔反應(yīng)器適用于液相也參與反應(yīng)的中速、慢速反應(yīng)和放熱量大的反應(yīng)，所以慢慢反應(yīng)用鼓泡塔。反應(yīng)用鼓泡塔。 2-7:用硫酸吸收混合氣中氨氣，反應(yīng)式如下NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4已知：氨的分壓為0.05atm。氣相傳質(zhì)分系數(shù)kg=8.33x10-3 kmol/(m2atms),液相傳質(zhì)分系數(shù)kl=3x10-3 m/s，D H2SO4 =D NH3 ，問：（1）為使吸收過程以較快的速度進(jìn)行，不受液膜中液

10、膜擴散的限制，過程為氣膜控制時吸收劑硫酸的濃度至少應(yīng)為多少？（p140）（2）當(dāng)吸收劑硫酸濃度為0.08kmol/m3時，吸收速率為多少？分別增加氣液相擾動對吸收速率有何影響？ 解：（1）已知： PA=0.05atm kg=8.33x10-3kmol/(m2 、atm s) kl=3x10-3m/s 此吸收劑的臨界濃度為： 由不等式 要使其為氣膜控制則吸收劑的濃度至少為0.069kmol/m312b 2431H SONHDdD331/2 8.33 100.050.069/31 3 10gcAkmolmbllbkCPdk 30.069/cblblCCkmol m （2）當(dāng)Cbl=0.08kmol

11、/m3 時有 其過程為氣膜控制，吸收速率為NA=kgpA=8.33x10- 3 x0.05=4.165x10-4 kmol/(m2s) 此時的反應(yīng)為快速反應(yīng)，其吸收速率僅取決于 ,DAl和CAt ，而與Kl,S1無關(guān)，所以增加液相擾動對其吸收速率無影響，增加氣相擾動提高A的濃度可提高吸收速率。(133) cblblCC*Ik2-8：2-9：2-10：某氣體混合物含甲烷95，正丁烷5，現(xiàn)采用不揮發(fā)的烴油進(jìn)行吸收，油氣比為1 1，進(jìn)塔溫度均為37，吸收在3atm（絕壓）下操作, 現(xiàn)從氣體中吸收80的丁烷，求所需理論板數(shù)。（p168,169）解：查P-T-K圖，得正丁烷 K=0.95由吸收因子A=L

12、/KG 得 L/G=AK=0.95A=1解得A=1.053由題知，= 0.8 =1-=1-0.8=0.2根據(jù)公式（3-295）取整數(shù)得理論板數(shù)為4.6 . 3053. 1ln053. 112 . 0053. 111lnln111lnAAANA3.萃取塔(連續(xù)接觸式)中兩相的液泛速度受哪些因素影響?就其實質(zhì)而言,它與液滴什么速度相當(dāng)?(p209)答：（1）液泛速度的影響因素：外加能量的大小，流量以及系統(tǒng)的物性。（2）它與液滴的特性速度相當(dāng)。5.試畫出具有軸向返混時萃取塔的實際操作線,并討論軸向返混對分離的影響。微分接觸萃取塔塔高的簡化計算法是如何計算軸向反混的？（p201） 答：（1）操作性參考

13、課本內(nèi)容畫，（2）軸向返混造成了塔內(nèi)實際推動力的下降，使萃取率隨之降低，也就是說軸向混合的存在極大地影響了萃取塔的性能。(3）看課本相關(guān)內(nèi)容8.超臨界流體的主要特點有哪些？超臨界萃取又有哪些特點？（1）超臨界流體的主要特點：超臨界流體的主要特點：粘度小、密度、擴散系數(shù)、溶劑化能力等性質(zhì)隨溫度和壓力變化十分敏感：粘度和擴散系數(shù)接近氣體，而密度和溶劑化能力接近液體。（2）超臨界流體萃取的主要特點：超臨界流體萃取的主要特點：通過調(diào)節(jié)溫度和壓力可全部或選擇性地提取有效成分或脫除有害物質(zhì)；選擇適宜的溶劑如CO2可在較低溫度和無氧環(huán)境下操作，分離、精制熱敏性物質(zhì)和易氧化物質(zhì)；臨界流體具有良好的滲透性和溶解

14、性，能從固體或粘稠的原料中快速提取有效成分；降低超臨界相的密度，很容易使溶劑從產(chǎn)品中分離，無溶劑污染，且回收溶劑無相變過程，能耗低；兼有蒸餾和萃取雙重功能，可用于有機物的分離、精制。存在的不足有：高壓下萃取，相平衡較復(fù)雜，物性數(shù)據(jù)缺乏；高壓裝置與高壓操作，投資費用高，安全要求亦高；超臨界流體中溶質(zhì)濃度相對還是較低，故需大量溶劑循環(huán)；超臨界流體萃取過程固體物料居多，連續(xù)化生產(chǎn)較困難。9.分析溫度對超臨界流體溶解度的影響 一般而言，物質(zhì)在超臨界流體的溶解度變化往往出現(xiàn)最低值。一方面，溫度升高流體密度降低，溶解能力下降；另一方面隨著溫度的升高，被萃取物的蒸氣壓升高，使物質(zhì)在超臨界流體中溶解度增加。在

15、一定溫度以下，前一因素主導(dǎo)，而在一定溫度之后是后一因素主導(dǎo)，所以，超臨界流體的溶解能力隨溫度的升高先降低后增加。所以選擇適宜的超臨界流體萃取溫度很重要。 4-2：25下以1,1,2-三氯乙烷為萃取劑從丙酮水溶液中連續(xù)逆流萃取丙酮。水相進(jìn)料流率為1000kg/h，含45%(wt)丙酮；出口萃余相中含有10%(wt)丙酮。根據(jù)以下數(shù)據(jù)，進(jìn)行圖解計算(列出圖解過程)： （1）作出萃取體系的等邊三角形相圖；(p188) （2）求萃取溶劑最低進(jìn)料流率； （3）估算當(dāng)萃取相流率為最低流率的1.5倍時所需的萃取級數(shù)； （4）計算萃取相流率為最低流率的1.5倍時，離開各級的萃取相、萃余相流率和組成。4-2，解：（本題只給出相關(guān)求解方法，具體結(jié)果大家自己畫圖求解。）（1）等邊三角形相圖A：丙酮 B：水 S：三氯乙烷BSA204060802020404060608080 B，%S，%A，%等邊三角形相圖（2）最低進(jìn)料流率圖解方法最小溶劑比的確定 為確定(S/F)min,需首先確定Dmin。根據(jù)最小溶劑比(S/F)min時聯(lián)線和級聯(lián)線重合，將三角形相圖中操作范圍內(nèi)的聯(lián)線延長，分別與級聯(lián)線 相交。如果交點位于三角形相圖左側(cè)時，溶劑比越小，交點離B點越近。將聯(lián)線延長和級聯(lián)線的延長線相交得到的交點中選離B點最遠(yuǎn)的點，即為所求的Dmin。如圖8.3.9中D2