化工原理蒸餾吸收萃取計算題

例:將15000kg磨推0%（質(zhì)量分率）和弟瑞的溶液，在連續(xù)精餡塔中進行分離，要求釜殘液中含苯不高翻塔頂餡出液中苯的回收遂娜試求餡出液燙釜殘液的流量及組成，以摩爾流量和摩爾分率表示。解進料組成*=4078=財彳尸407^6092278釜殘液組成/= =0.0235保爾必w278+9892平均分子量虬=044x7&~05或92=S5Skg;kmolF第五節(jié)雙組分連續(xù)精餡塔的計算

三、進料熱狀況和進料方程例：求下列各種進料狀況對應(yīng)的q值。 i如已知進料中，蒸汽量:液體量=3:1 q=a原料的液化率為1/3 。N每千摩爾原料液變成飽和蒸汽所需熱量等于原料液的千摩爾汽化潛熱的1.2倍。原料液流量：F=150085.8=YlSS^kmolihDx已知：=^^=0.971F=>Dx=0.971x175x0.44\ ,一人心,,,D \(D=8Q.Qkmolih全塔物衡：D+W=F=175 m\W=95.Qkmol/hDx+Wx=Fx/l%=°?935DWF/即:Dxd+0.0235iy=175x0.442第五節(jié)雙組分連續(xù)精餡塔的計算

三、進料熱狀況和進料方程飽和蒸汽進料（露點進料）。=°飽和液體進料（泡點進料）q=1冷液進料江五加[；茸'+C& < T S' 過熱蒸氣進料-I-(I-I)q=vF=FV~

1C(￡一t)=■+pmBFC(I])mm例2：雙組分混合液，在一連續(xù)精餡塔中進行分離，已知料液泡點t=367kx=0.45x=0.96x=0.05R=1.50L7V，=l.50,料液平均比弒C=158Bj/(kmolI)，平均汽化潛熱r=30400kj/kmolP求：料液進塔時的溫度ty解.芝_七- _。?96-0.05_22?Dx-x0.45-0.05Fwr V'一E-W~RD+qF-(F-D)~?FR+9DRD+qFR+qn1.50=1.50+2.25q解得q=1.02r+C(q=t~1.50+fl-少ID)-t) …30400+158xG67-Q—r~ 1.02= ?304009.4完9.4完5W=60切吧4D=4Qkmol/^xD=0.94解得t=363k

F解：(l)f=〃+W=100切吧，F(xiàn)x=Dx+Wx

F DW(Dx)，(Fx)=0.94DF>第五節(jié)雙組分連續(xù)精餡塔的計算例：在常壓操作的連續(xù)精餡塔中分離含甲醇0.4與水0.6（摩爾分率）的溶液，進料的熱狀況參數(shù)為上升的蒸汽流量O1,原料液流量為100kmol/h,要求塔頂易揮發(fā)組分的回收率不低于0.94,釜液組成為0.04（以上均為易揮發(fā)組分的摩爾分率），回流比為2.5,試求產(chǎn)品的流量、精餡段和提餡段的操作線方程及提餡段根設(shè)氣液相回為恒摩流動。上升的蒸汽流量O一）第五節(jié)雙組分連續(xù)精餡塔的計算J三、進料熱狀況和進料方程⑵精餡段操作線方程：TOC\o"1-5"\h\zR1 2.5 0.94 …匹V= x+ x= x+ =0.714r+0*269”+i1?+1?2?+1D2.5+1?2.5+1 ?(3) %=R=25nL=2.5x40=100曲吧^L=L+qF=100+1.1x100=21Qkmo^提餡段操作線方程：T' W/=———丫_ —x=1.4xr-0.016Lf-WmLf-Wwm(4)vL=V+W=210-60=15Qkmo^另?.v=v+(q—1)”^V=V-(l-q)F=(L+D)-(1-^)F=(100+40)-(1-1.1)x100=15^mol//n第五節(jié)雙組分連續(xù)精餡塔的計算

三、進料熱狀況和進料方程求 由第n板的物料衡算可得：V(y-y)=L(x-x)n+1n n-1n2(0.823-0.75)=x-0.65n-1VL=RDV=(R+1)DLR1 .—=—~~-=-n1?=1VR+l2方法2：???七和X，滿足精饞段操作線關(guān)系。nn-l例：在一兩組份連續(xù)精餡塔中，進入精餡塔中第n層理論板的氣相組成為0.75,從該板流出的液相組成為0.65(均為摩爾分?jǐn)?shù))，塔內(nèi)氣液比V/L=2,物系的相對揮發(fā)度為a=2.5,求：①從該板上升的蒸汽組成；②流入該板的液相組成；③回流比R。解：①巳知y1=。?75,x=0.65,n+1 n七和七成平衡J=：氏、=*^=0.823?l+(a-l)x1+1.5x0.65>第五節(jié)雙組分連續(xù)精餡塔的計算=三、進料熱狀況和進料方程jr+3=0.823+L=jr+3=0.823”A+l?-iR+ln2?-iR1V= R1V= X+ X充+1 1?+1nA+ldTOC\o"1-5"\h\z=【x0.65+烏=0.752 2nx=0.85D=>*=0.796n-1=>*=0.796n-1—xx+ =0.823n-l2例：某苯與甲苯的混合原料，苯的摩爾分率為0.4。擬采用精餡塔加以分離，原料液處理量為100kmol/h。要求塔頂產(chǎn)品含量為0.9,苯的回收率不低于90%,原料預(yù)熱至泡點加入塔內(nèi)。塔頂采用全凝器冷凝，回流比為1.875。已知在操作條件下，物系的相對揮發(fā)度為2.47。求為完成分離任務(wù)所需要的理論板數(shù)及加料"求提餡段操作線方程L^qF WV'= x— X、蜘(L^qF-W)m(L+^F-W)wL=RD=1.875x40=75q=1*?^m+1=1,522rm-0,0359W=60f=ioox=0.0667」w求相平衡方程由)=四 yl+(a-l)x=*一a-(a-l)y2.47-1.47y計算精餡段理論板數(shù)y=x=0.9=^x= 1氣c 12.47-1.47j= =0.785 12.47-1.47x0.9

解：1.逐板計算法:⑴求D,W(Dx)/(Fx)=0.90]DFF=100七=。?4x(Dx)/(Fx)=0.90]DFF=100七=。?4x=0.9 」DF=D+W=1001?nD=4。皿%*nW=6()m%(2)求精餡段操作線方程

R1x+ x?R+lD\x=0.9D玲叫七+W七”w=0?0667y=?+1起+1R=1.875*=y=0.652r+0.313

n+1 n由7=0.652r+0313=匕=0.652x0.785+0313=0.825n+1 n 《 ?x ?x=0.656

2—x^=0.536—?X=0.4434—?x=0.379

5x<x=0.45F第5塊板為加料板―?j3=0.74 ?V=0.662—?y=0.602,^5N=5—1=4T(精餡段)以下計算提餡段操作線方程代替精餡段操作線方程18第五節(jié)雙組分連續(xù)精館塔的計算

五、回流比的影響及選擇解：（1）門==0,9D=0.9 =>〃="誑妃TOC\o"1-5"\h\zaFx100x0.4 /hF.F=D+WnW=F-D=100-40=60kmo^?.?Fx-Dx+Wxnx=—f ?-FDWW W100x0.4-40x0.9= 60=0.0667例：某混合物在一常壓連續(xù)精情塔進行分離。進料中輕組分A含量為0.4牌爾分率），流量為100切以海要求塔頂餡出液中含A為0.9,A的回收率不低于0.90泡點進料，取回流比為最小回流比的1.5倍，塔釜間接蒸汽加熱.且知系統(tǒng)的相對揮發(fā)度為a=2.5。試求⑴塔頂產(chǎn)品流量D,塔底產(chǎn)品流量W及組成f⑵最小回流比；（3）精餡段和提餡段操作線方程;?從塔底數(shù)起的第二塊理論板上（塔底可視為第一塊理論板）流下的液體組成；（5）操作時，若第一塊板下降的液體中含苯0.8,求該板的氣相默弗里板效率勺洲第五節(jié)雙組分連續(xù)精餡塔的計算

五、回流比的影響及選擇⑵x-ySR=n七miny—xqq.??泡點進料ax ax\x=x=0.4ny= 9 = f qf ql+(a-l)xl+(a-l)xq FD X-y0.9-0.625=_2&0.4_nmin=y-x=0.625-0.4 1+(Z5T)xO.4=1.222qq =0.625

=1.222(3)R=1.5R.=1.5x1.222=1.833min精餡段操作線：R1TOC\o"1-5"\h\zV= X+ X"+1R+lnA+lD=0.647x+0.3177

=0.647x+0.3177

n x+ +1”1.833+1提餡段操作線:,n WL!, Wy= x- x=—x-—xm+l (L-W) m(L'-W) Wym V W2222第五節(jié)雙組分連續(xù)精餡塔的計算

五、回流比的影響及選擇(3)R=1.5R.=1.5x1.222=1.833min精餡段操作線：R1TOC\o"1-5"\h\zV= X+ X"+1A+lnR+lD=0.647*+0.3177

n=0.647*+0.3177

n x+ +1?1.833+1提餡段操作線:,r WL! , Wv= x— X———X———Xm+1 (I/-W) m(Z/-W) WV m V> W

⑹計算提餡段理論板數(shù)由y=1.522r-0.0359中。+1 mx=x=0379i=>七=1522<0l379-(M)359=0l5421 5―?x*=0.3242―'=0.457―?x*=0.2543 x'=0.179A ?y*=0.350―?j'=0.237—>x*=0.1125—?j'=0.134—?x*=0.059<0.0667：.N =6-1=5（不含再沸器）r（提饞段）N =6（含再沸器）N=10（含再沸器）［7r（提饞段） Tv H/1rf第五節(jié)雙組分連續(xù)精餡塔的計算J五、回流比的影響及選擇L=L+qF=RD+qF=1.833x40+1x100=1733伽，E ，Wy= X— Xm+l(〃—W)m(V-W)W173.32-60173.32-60或v=v'+(i—a)〃=>V‘=V-(l-g)F=(J?+l)D-(l-g)F=2833x40=11A32切1*, L',WTOC\o"1-5"\h\z:.V =—X XJm+1V??VW,60x0.0667113.32= x' =L5293x-0.0353113.32? 11332 max 2.5x0.0667 _..(4)?,y=—:——=— =0.15163-wl+(fl-l)x 1+(2.5-1)x0.0667W又y=L5293V-0.0353W N,y+0.03530.1516+0.0353…“n*= = =0.1222n1.5293 1.5293(5)(E)=yn-yn+in(E)=yry2MVny*—y MV1y*—yJnn+1 "1J2vv=x=0.9Dy=0.647x+0.3177=0.647x0.8+03177=0.8353Ji iax 2.5x0.8 …丘…y*= 1 = =0.90910.9-0.83531l+(a-l)x l+(2.5-l)x0.80.9-0.8353=>(E)=_^2-=————~—=87.6%必】匕一七。9091一0?8353在常壓連續(xù)精餡塔內(nèi)分離苯和甲苯混合液，混合液的流量為1000kmol/h,其中含苯40%,要求塔頂餡出液中含苯90%,塔釜殘液中含苯2%(均為摩爾分率)。泡點進料，塔頂冷凝器為全凝器，塔釜間接蒸汽加熱，取回流比為最小回流比的1.5倍。全塔平均相對揮發(fā)度為2.5。試求：塔頂與塔底產(chǎn)品量D、W；回流比R；精餡段操作線方程；從上往下數(shù)的塔內(nèi)第二塊理論板上升氣體組成；若在塔操作中，將進料狀態(tài)改為飽和蒸汽進料，而保持F、R、D、xF不變，此時能否完成分離任務(wù)？簡單分析為什么？第一節(jié)氣液相平衡

四、相平衡與吸收過程的關(guān)系若以y=0.05的含氨混合氣與x=0.1的氨水接觸(2)y*=mx=0.94x0.1=0.094y=0.05<y*=0.1解吸x=0.1>x*=0.053解吸指明過程的極限

\ 第二節(jié)氣液相平衡0四、相平衡與吸收過程的關(guān)系例：設(shè)在latm,20°C下氨氣在水中的E=95.25kPa.*略4(1)使含氨y=0.L的混合氣和x=0.05的氨水相接觸*略4解：(1)m=號=x*=^r=—=0.106x=0.05<x*=0.106吸收1m0.94 i iy*=mx=0.94x0.05=0.047y=0.1>j*=0.047吸收第三節(jié)傳質(zhì)機理與吸收速率J f傳質(zhì)機理例：一氨水貯槽直徑為2m,槽內(nèi)裝有農(nóng)業(yè)氨水，濃度為10%(底量派度)，敞口，盤以芬子擴泳方云揮發(fā)而損失。假定擴散時是通過一層厚度為5皿的靜止空氣層，平均溫度為20°C。在latmT,氨的擴散系數(shù)為0.0647m2/h。試計算一晝夜內(nèi)氨的揮發(fā)損失量。E=268.8kPa,假設(shè)氨水濃度不變。解：x=解：x==0.1050./17+0.9/18p=Ex=268.8x0.105=28.2JtP?Al 1氨在空氣中的分壓P=。A2

A 第三節(jié)傳質(zhì)機理與吸收速率J 、傳質(zhì)機理p=P-p=13AkPaTOC\o"1-5"\h\zBl Alp=P-p=lQ1.3kPaB2 A2_P~P101.3-73.1P—.產(chǎn)_..bi= —=85.5kPaBmln(pp)ln1013E2趴 73.1>TDPz、wkmolN= (p-p)=0.175 aRTzpaiai m2-hBm水槽表面積A=—x22=3.14m2

4揮發(fā)量=2.975x3.14x24=224.2%/day—=3.622x104—=3.622x104nK=2.76x10-5kmoWiib.s)Ijk>>m/k 故為氣膜控制y x⑵Ijk>>m/k 故為氣膜控制y x⑵n=k(y-y*)“r4.0101.33-4.00.01Y=—^P-PX=X\us=o.OlOl =084x0.0101=0.008481-x1-0.01 .=0.0411/y*=mXN=0.899xlQ^kmol/(m2?s)A例：P=101.33kPatf,用水吸收含例：P=101.33kPatf,用水吸收含A的混合氣體,A的分壓為4.0kPa,液相中x=0.01,平衡關(guān)系服從亨利定律，氣瞬=2.776x103^(1113s)，液膜系數(shù)y,k=3.86x10-3kmoli(m2-s),m=0.84,(i)求、，并分析控制因素。(2)求％解：(1) ,—grm工1 1 」…八-a1m氣膜阻力—= =3.6x1041_1,m 皿阻刀k 2.776xl0-5Kkk ，血0.84cVG5Yyx'液膜阻力廠= — =2.18x10k3.86x10-3第三節(jié)傳質(zhì)機理與吸收速率

三、吸收速率方程式第三節(jié)傳質(zhì)機理與吸收速率

三、吸收速率方程式例:用填料塔進行吸收操作，已知k=kx=0.026kmol/(nus)kocG?.7分別計算當(dāng)m=0.l和晶種祐況下，氣體流量增加一倍時，總傳質(zhì)阻力的變化情況。解：⑴m=0.1原工況：—=—+—=—-—+°’=42.3m2-s/kmolKkk0.0260.026yx流量增J_=Jl+^=——1——+_?J_=27?5加一倍：K*k'k2o.7x0.0260.026y x

第三節(jié)傳質(zhì)機理與吸收速率

三、吸收速率方程式第三節(jié)傳質(zhì)機理與吸收速率

三、吸收速率方程式咚=竺=。.65171T423Y原工況:1 5 1 0.0260.026=230.8原工況:1 5 1 0.0260.026=230.8TOC\o"1-5"\h\zyx流量增加一倍:1/K'1 Im 1流量增加一倍:1/K' — _|_ = + =216k-207x0.0260.026-y x—— =0.936UK23(18竺曲rate或&=100 273竺曲rate或&=100 27322.4273+20=AA6kmol/h惰性組分的摩爾流量為：G=G\1-七)=4.16x(l-0.09)=3.79kmo^進塔氣體中SO的摩爾比為:Y=^i-=地=0.09911-y 1-0.09出塔氣體41SO?的摩爾比為：Y=7(1-9)=0.099x(1-0.90)=0.00992 1A

例:擬設(shè)計一填料吸收塔，處理某制藥廠含so,的廢氣。用水逆流吸收爐氣中的SO。氣量100m3H-i,爐氣溫度20°C,含S0.9%(體積)。套求S09的回收率為90%,吸收劑用量甬最小用量1.3倍。自知操作壓力和fift^l01.33kPa#20°C,平衡關(guān)系為Y=36X-0.0162。⑴當(dāng)X=0.0003時，求L和X；(2)當(dāng)X，=0時,求X。2 1 2 1解：(1)總的氣體摩爾流量為:=4.16x10^,.4.16饑％c，=4.16x10^,.4.16饑％—京—8.314x(273+20)與Y］平衡的液相濃度為:X*與Y］平衡的液相濃度為:X*1F+0.01620.099+0.0162]36= 36=0.0032最小液用量為:Y-YL=G—Y-YL=G—t-

minX*—X1 2=3.79x0.099—0.0099

0.0032-0.0003=116.44"%實際液用量為：L=1.3L.=1.3x116.44=151.37曲。妃min /n

出塔液相濃度為:X=—(Y-Y)+X3.79151.371L3.79151.37(0.099-0.0099)+0.0003=0.00253(2)最小液用量為:I!minY-Y=Gt1 2=3.79x0.099-0.00990.0032I!minY-Y=Gt1 2=3.79x0.099-0.00990.0032=105.53暨^例：以清水在填料塔內(nèi)逆流吸收空氣?氨混合氣中的氨，混合氣含氨4.0%(體積),要求回收率為0.96,氣相流率為0.0123切1”海密)，采用的液氣比為最小液氣比的1.4倍，平街關(guān)系為Y*=0.92X,總傳質(zhì)系敬=0.043切10“'伽3$),試求:①塔底液相濃度X1；②所需填料層高度Ho解：Y=七=0.04Mm- -0.04171-y 1-0.04Y=7(l-(p)=0.0417x(1-0.96)=0.00171實際液用量為：L=L3E.=1.3x105.53=137.19曲。上min /n出塔液相濃度為：Xr=—(Y-Y)+Xr

1]J1 2 279= (0.099-0.0099)+0=0.00246137.19結(jié)論：X葬小，需要的L減小。0.0417-0.0017,>TY-YN= a-ogafmAF=Y-Y*=0.0417-0.0417-0.0017,>TY-YN= a-ogafmAF=Y-Y*=0.0417-0.92x0.0324=0.0119af=y-y*=0.0017-0=0.00172②對數(shù)平均推動力法:Aym2 2Ay-ay=1 2-,ayIn——rAY

20.0119-0.0017=OQ524in球0.00170.0417-0.0017…

=7.63N 一一—OG0.00524nZ=HN=0.274x7.63=2.0%iOGOGT T Y-Y0.0417“XI*—V0.92TOC\o"1-5"\h\z/=1.4(亍皿=1.4(亍r)=L4x(0.0417“XI*—V0.92(1)G(Y-Y)=L(X-X)1 2 1 2V 1X=-(Y-Y)+X= (0.0417-0.0017)=0.0324iLi2 21235(2)Z=HNOGOG?G0.0123x0.96=H= = =0.274mOGKaA0.043y①解吸因數(shù)法:+0.745)=7.631LY-Y—①解吸因數(shù)法:+0.745)=7.631LY-Y—t GX-X1 20.05-0.02=03060.0981 Y-Y*N=——S)—+S]og1-S f-f*L0.92 …仁= =0.7451.235v1 .5…g°?0417-0=>N= ln[(l-0.745) OG1-0.745 0.0017-0=Z=HN=0.274x7.631=2.09mOGOG第三節(jié)吸收塔的計算

三、填料層高度的計算例：在一填料吸收塔內(nèi)用純吸收劑吸收某氣體混合物中的可溶組分，溶質(zhì)的初始含量為0.05,回收率為60%,吸收液出口含量為0.098（均為摩爾比）。操作條件下的氣液平衡關(guān)系為〃=o.5A,兩相逆流接觸。已知該過程為氣相阻力控制，試求液體流量增加一倍時，可溶組分的回收率有何變化？解：Y=y（l-（p）=0.05x04=0.022 1 A原工況下的液氣比為原工況下的傳質(zhì)單元數(shù)為=473(0.05-0.5x0.098)-0.02=473(0.05-0.5x0.098)-0.02一',0.05-0.5x0.098In N= ogAKm0.02氣相阻力控制，故憤加,甚產(chǎn)及反。所似不變N*=-1-ln[(l-S*)(^^r)+S*]=4.73TOC\o"1-5"\h\zOG1-S* Y-mX2 21 YN*= ln[(l-S,)-r+S,]=4.73OG1-S' Y*上一頁下—頁2上一頁下—頁到含36%A的萃取相，試?yán)?-1在一定混度下通得A、B、S三元物系兩平所液相的平衡數(shù)據(jù)M本題附表所示。表中數(shù)據(jù)為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。試求：（1）洛解度曲線和輔助曲線；（2）。界混潛點的組成；（3）當(dāng)萃余相中xA=20%時的分圖系數(shù)kA和選擇性系數(shù)8；（4）在100kg含30%A的原料波中加入多少用S才能便溫合液分層？（5）到含36%A的萃取相，試確定萃余相的組成及溫合液的總組成。例4-1附表A、B、S三元物系平衡數(shù)據(jù)12345678910li121314s相Ya07.9152126.23033.836.53942.544.5454341.6Ts9082