分離過程例題與習(xí)題

1、506070例題3-1計(jì)算乙烯在311K和3444.2kPa下的汽液平衡常數(shù)（實(shí)測值為K=1.726）。例題3-2已知一乙烯精餾塔，釜液乙烯的摩爾分率為0.043,塔的操作壓力為2100kPa，求塔釜溫度。（乙烯精餾塔可近似視為分離關(guān)鍵組分乙烯和乙烷的塔）例題3-3已知某氣體混合物的組成數(shù)據(jù)如下。序號(hào)123456組分甲烷乙烷丙烯丙烷異丁烷正丁烷總和組成0.050.350.150.200.100.151.00當(dāng)操作壓力p=2.776MPa時(shí)，求此混合物的露點(diǎn)。例題3-4有烴類混合物，正丁烷20%（摩爾分率），正戊烷50%，正己烷30%，在壓力1.01MPa溫度132C條件下進(jìn)行平衡汽化。求汽化率

2、和平衡的汽、液組成。組分正丁烷正戊烷正己烷Zi0.20.50.3K2.131.100.59x；(e=0.5)0.12780.47620.37740.9814x：(e=0.7)0.11170.46740.42080.9999y；(e=0.7)0.23790.51400.24841.0001習(xí)題1、某精餾塔的操作壓力為101.33kPa，其進(jìn)料組成為組分止丁烷正戊烷正己烷正庚烷正辛烷組成（摩爾分率）0.050.170.650.100.031.00試求1）露點(diǎn)進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度；2）泡點(diǎn)進(jìn)料時(shí)進(jìn)料溫度。習(xí)題2、一烴類蒸汽混合物含有甲烷5%（摩爾分率），乙烷10%，丙烷30%，及異丁烷55%求該混合物在2

3、5C時(shí)的露點(diǎn)壓力，并確定在壓力1.013MPa,25C下的平衡汽化率。平K-舟戊烷異戊烷正丁烷異丁烷癸烷13壬烷巧辛烷庚烷己烷“udmox/-R出09000ooO98765432一一:一-:一-二-rL二L-E,-$190170160150平衡常數(shù)k=P-1十20102030401ZN板式吸收塔計(jì)算示意圖（自上而下的板序）板式吸收塔計(jì)算示意圖（自下而上的板序）例題5-1某廠裂解氣的組成如下，13.2%氫、37.18%甲烷、30.2%乙烯、9.7%乙烷、8.4%丙烯和1.32%異丁烷。擬用C4餾分作吸收劑，從裂解氣中回收99%的乙烯。該吸收塔處理的氣體量為100kmol/h，操作壓力為4.053

4、MPa，平均操作溫度-14C。試計(jì)算（1）最小液氣比；（2）操作液氣比為最小液氣比的1.5倍時(shí)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(yīng)加入的吸收劑的量。組分進(jìn)料各組分的量v/kmolh-iN+1吸收因子A吸收率被吸收量vo/kmolh-1N+1塔頂尾氣數(shù)量VN+1/kmolh-1(1-o)組成X%氫13.200013.234.68甲烷37.180.34490.3412.6424.5464.48乙烯30.21.4850.9929.90.30.79乙烷9.72.0580.99829.680.020.05丙烯8.47.12818.400異丁烷1.3218.4311.3

5、200求和10061.9438.06100習(xí)題5-1已知原料氣組成如下，組分CH4C2H6C3H6i-C4H10nG%i-C5H12nCH摩爾分率0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045擬用不揮發(fā)的烴類液體作吸收劑在板式塔中進(jìn)行吸收，操作壓力為1.013MPa，平均操作溫度38C，要求i-C4H10的回收率為90%。計(jì)算：最小液氣比；操作液氣比為最小液氣比的1.1倍時(shí)所需的理論板數(shù)；各組分的吸收率和塔頂尾氣的數(shù)量和組成；塔頂應(yīng)加入的吸收劑的量。查組分CH4C2H6C3H6i-C4H10n-C4H10H12n-C5H12n-C6H14m17.43.751.

6、30.560.40.180.1440.056得在1.013Mpa和38C下各組分的相平衡常數(shù)列表如下。1VnVn+1VN+1題5-2某吸收塔有20塊實(shí)際塔板，板效率為20%,在0.507MPa下操作，進(jìn)塔原料氣溫為32C，其組成為甲烷28.5%、乙烷15.8%、丙烷24.0%、正丁烷16.9%、正戊烷14.8%。吸收劑可設(shè)為nC8，其中含有在循環(huán)中8未脫完的正丁烷和正戊烷分別為2%和5%,流率為原料氣的1.104倍，溫度為32C。試計(jì)算產(chǎn)物的流率和組成。解：取每小時(shí)處理100kmol原料氣為基準(zhǔn)，則吸收劑的量應(yīng)為110.4kmo1/h。假設(shè)吸收過程中由于溶解熱效應(yīng)求吸收因子進(jìn)A=廠均mV均N+

7、1而使平均吸收溫度為37C。由于現(xiàn)不知總吸收量，無法計(jì)算平均的液氣比，故暫按計(jì)算以n-C4為例。行估算。其計(jì)算結(jié)果如表5-1所示。VnHV1二0.90即16.9V1二0.90v-v16.9-1.75N+10表5-1初步估算結(jié)果(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)m(37C,0.507MPa)ALv一vv0lN組分VN+1l0查列線圖0vmN+11v一v(3)/(5)v1(2)+(3)-(8)C1C228.5038.5N+10.0287N+100.0287027.680.8215.808.050.1380.138013.622.18C3n-C424.002.810.3940.3

8、94014.559.4516.92.210.8651.260.901.753.315.81n-C514.85.520.293.821.001.441.4418.88n-C80102.670.015571.51.001.441.44101.23E100.0110.462.03148.37所以v=16.9-0.90(16.9-1.75)=3.3kmol/h1故l=v+1-v=16.9+2.21-3.3=15.81kmohNN+101從初步估算得到的L和V值，可知吸收量還是很大的，所以，應(yīng)在此基礎(chǔ)上再算N1一次平均吸收因子=110.4+100-62.032=129.4kmol/hV=100-均100

9、62.032(l=81kmo1/h則一(V丿129.481=1.60(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(F丄v一vN+11組分VN+1l0mIV丿均mv一vN+10V0v1InC1C228.5038.50.0420.042027.31.2015.808.050.200.20012.643.16C3n-C424.002.810.570.55010.813.216.92.210.8651.850.951.192.017.11n-C5n-C8E14.85.520.295.541.01.01.019.320102.670.01551031.01.01.0101.67100.0110

10、.454.74155.66采用平均液氣比(L/V)對吸收液和尾氣再進(jìn)行次計(jì)算，其結(jié)果列于表5-2。表5-2用平均液氣比計(jì)算結(jié)果結(jié)果雖然第二次計(jì)算的吸收量與第一次有相當(dāng)大的距離，但原設(shè)定的平均溫度尚未進(jìn)行校核。溫度校核可以采用熱量衡算方法進(jìn)行。一般塔頂尾氣的溫度可取比吸收劑進(jìn)塔溫度高2-8C，考慮到本題中規(guī)定的吸收溫度較高，吸收劑用量也較大，故初設(shè)溫差為3C,即尾氣離塔溫度為35C，然后計(jì)算焓值如下表。表5-3原料氣、尾氣及吸收劑的焓值(焓值零點(diǎn)為-129C即飽和液體)組分原料氣t0=32C尾氣tN=35C吸收劑t=32CN+1HHxvHHxv1hhx1丄0C113054370702130543

11、54803100000C22309636610023096292880165690C33188276525431882343506167360n-C4410036945441422828432071146024n-C55071075312051128511282435113514n-C87949608012480124361923715392E294972012049923895304離塔吸收液的熱量為2949720-1204992+3895304=5640032kJ/h離塔吸收液的溫度用試差法求取，如表5-4。表5-4用試差法求離塔吸收液的溫度離塔吸收液組成設(shè)-=50C設(shè)t=60C組分lNh

12、hxlhhxlC11.2010711N1284512552N15062C23.1616945535551769856066C313.21841024350919916263592n-C417.11230543947024518418400n-C519.32274055280212887055229n-C8101.67410034175632435144435040E155.6654085315745469用插入法求得5640032-5408531t二50+56400325408531x10二57Cn5745469-5408531利用公式（I,II,III）計(jì)算各板的流率和溫度V二100 xn(

13、54.74、4n亠14100丿L二L+V-VTOC o 1-5 h zn0n+11L二110.4+V-54.74nn+1ttN11n丨1(tt)nNV-VN0N+115757-100-Vn+1(57-32)100-54.74100-Vn+1x2545.26計(jì)算結(jié)果如表5-5。表5-5各板流率和溫度的初步估算原料氣n=4n=3n=2n=1吸收劑V100.086746454.7L155.7141.7141.9119.7110.4(L/V)1.8111.921.922.19v0-V14262645.3T325749423732下面按有效吸收因子法進(jìn)一步計(jì)算。由第一板和第四板的吸收因子利用式算出有效吸

14、收因子Ae如表于5-6。AeUAN（A1+1）+0.25-0.5表5-6有效吸收因子A的計(jì)算組分m4m1（L/V）41(L/V)11AA1AC1C242.538.51.8112.190.0430.0560.04410.38.051.8112.190.17580.2680.188C3n-C43.962.811.8112.190.4570.770.531.390.8651.8112.191.3032.491.69n-C5n-C0.490.291.8112.193.707.145.010.0360.01551.8112.1950.3139.083.4如果把有效吸收因子A近似看做有效吸收因子A相等，則

15、式（W）可導(dǎo)出與式（V）形式相同的公式,ee可由理論板數(shù)N和有效吸收因子A算出相對吸收率爲(wèi)r進(jìn)而可求得尾氣量和吸收液量。其結(jié)果見表ev-v5-7。N+10要用這一次求得的流率和上次的溫度分布數(shù)據(jù)，再作一次熱量衡算，并用式I、II、III計(jì)算出各板的流率和溫度，所得結(jié)果如表5-8。與表5-5所計(jì)算的各板溫度和流率比較，差別較小，計(jì)算可到此結(jié)束。最后計(jì)算的尾氣和吸收液的數(shù)量和組成列表于5-9。IIIN+1rvX1IVN+1N-n+1N丿L二L+V-Vn0n+11ll+vvn0n+11 HYPERLINK l bookmark46 t-tV-VNnN+1n+1t-tV-VN0N+11IIv-vN+1

16、1vN+11-l0AveN+1丫An+1Aee人An+11evvAN+1AN+11申vvAN+11N+10IVV表5-7根據(jù)A計(jì)算出的尾氣及吸收液量e-i組分vN+1l0e|Aev0vvv1LnN+11vvN+10C1C228.500.04400.04427.221.2815.800.18800.18812.713.09C3n-C424.000.5300.5211.612.416.92.211.691.310.932.416.71n-C5n-C8E14.85.525.011.061.01.0619.260102.6783.41.151.01.15101.52100.0110.456.14154

17、.26表5-8第二次計(jì)算的各板流率和溫度原料氣n=4n=3n=2n=1吸收劑V100.086.574.764.756.1L154.3140.8129.0119.0110.4（叫1.791.892.022.14V-V13.525.335.343.9N+1ntn1325749423732表5-9計(jì)算結(jié)果組分AInv1XNy.C1C20.0441.2827.220.0080.4870.1883.0912.710.0200.228C3n-C40.5312.411.60.0800.2021.6916.712.40.1080.043n-C5n-C8E5.0119.261.060.1250.01983.41

18、01.521.150.6590.021154.2656.141.0001.000應(yīng)當(dāng)指出，以上的計(jì)算是在假設(shè)塔頂尾氣的溫度情況下進(jìn)行的，但計(jì)算過程中并未對此溫度校核。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算方法，應(yīng)根據(jù)計(jì)算確定的各物流的流率與組成，從塔底逐板而上作熱量衡算求出各板溫度，這樣求出的頂板溫度與所設(shè)溫度一致，計(jì)算才能結(jié)束。否則應(yīng)重新調(diào)整所設(shè)的頂板溫度，重復(fù)前述各步的計(jì)算，直到兩者一致為止。294.4K,101.3kPakmoilh,yC=,347.5,0.9936,3.5,0.013294.4K,101.3kPakmoilh,yC=,12.5,0.053C0,236.5,0.953例題6-1，用如圖所示的連續(xù)過程將環(huán)境條件下含60%（摩爾組成，下同）丙烯和丙烷混合氣體分離成處于環(huán)境溫度和壓力下