分離工程習(xí)題解答

例2-3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)）之烴類混合物在0.2MPa壓力下的泡點(diǎn)溫度。B. 露點(diǎn)溫度a.解：因各組分都是烷烴，所以汽、液相均可看成理想溶液， K i 只取決于溫度和壓力。如計(jì)算要求不高，可使用烴類的 pTK 圖（見圖 2-1）。假設(shè) T 50， p 0.2MPa，查圖求 K i ，組分 xiKiyi=Kixi正丁烷 0.15 2.5 0.375正戊烷 0.40 0.76 0.304正已烷 0.45 0.28 0.126 說(shuō)明所設(shè)溫度偏低,選正丁烷為KG ,。查p-t-k圖t為58.7,再設(shè) T 58.7，重復(fù)上述計(jì)算得 故泡點(diǎn)溫度為 58.7。解：B. 露點(diǎn)溫度, 假設(shè) T 80， p 0.2MPa，查圖求 K i ，組分 xiKiyi/Ki=xi正丁烷 0.15 4.2 0.036正戊烷 0.40 1.6 0.25正已烷 0.45 0.65 0.692 選正戊烷為參考組分，則由,查圖2-1a得t=78K1=4，K2=1.56， K3=0.6， 故混合物在78。例2-7進(jìn)料流率為 1000kmol/ h的輕烴混合物，其組成為：丙烷 (1)30% ；正丁烷 (2)10% ；正戊烷 (3)15% ；正已烷 (4)45%( 摩爾 ) 。求在 50 和 200kPa 條件下閃蒸的汽、液相組成及流率。 解：該物系為輕烴混合物，可按理想溶液處理。由給定的 T 和 p ，從 p - T - K 圖查 K i ，再采用上述順序解法求解。 (1)核實(shí)閃蒸溫度假設(shè) 50為進(jìn)料泡點(diǎn)溫度，則 假設(shè) 50為進(jìn)料的露點(diǎn)溫度，則說(shuō)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 ，令 1 =0.1(最不利的初值) =0.8785因 f (0.1)0，應(yīng)增大 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) 的一個(gè)方程: 計(jì)算 R - R 方程導(dǎo)數(shù)公式為： 當(dāng) 1 =0.1時(shí),由(2-62): 以下計(jì)算依此類推，迭代的中間結(jié)果列表如下： 迭代次數(shù) f ( ) df ( )/ d ( ) 1 2 3 4 0.1 0.29 0.46 0.51 0.8785 0.329 0.066 0.00173 4.631 1.891 1.32 f (4)數(shù)值已達(dá)到 p - T - K 圖的精確度。 (3)用式(2-57)計(jì)算 x i ，用式(2-58)計(jì)算 y i 由類似計(jì)算得: x 2 =0.0583, y 2 =0.1400 x 3 =0.1670, y 3 =0.1336 x 4 =0.6998, y 4 =0.2099 (4) 求 V ， L kmol/h kmol/h (5)核實(shí) 和 ， 因 值不能再精確，故結(jié)果已滿意。 (1)(2)(3) 一烴類混合物含甲烷5%(mol)，乙烷10%，丙烷30%及異丁烷55%，試求混合物在25時(shí)的泡點(diǎn)壓力和露點(diǎn)壓力。解1：因?yàn)楦鹘M分都是烷烴，所以汽、液相均可以看成理想溶液，值只取決于溫度和壓力?？墒褂脽N類的P-T-K圖。 泡點(diǎn)壓力的計(jì)算：75348 假設(shè)P=2.0MPa，因T=25，查圖求組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)0.050.100.300.551.008.51.80.570.260.4250.180.1710.1430.919=0.9191，說(shuō)明所設(shè)壓力偏高，重設(shè)P=1.8MPa組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)0.050.100.300.551.009.41.950.620.280.470.1950.1860.1541.005=1.0051，故泡點(diǎn)壓力為1.8MPa。 露點(diǎn)壓力的計(jì)算：假設(shè)P=0.6MPa，因T=25,查圖求組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)0.050.100.300.551.0026.05.01.60.640.00190.020.18750.85941.0688=1.06881.00，說(shuō)明壓力偏高，重設(shè)P=0.56MPa。組分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)異丁烷(4)0.050.100.300.551.0027.85.381.690.680.00180.01860.17750.80881.006=1.0061，故露點(diǎn)壓力為0.56MPa。解2：(1)求泡點(diǎn)壓力：設(shè)P1=1000KPa，由25，1000KPa，查P-T-K列線圖得=16.5=3.2=1.0=0.43所以選異丁烷為參考組分，查得P=1771KPa在此條件下求得=1.021，繼續(xù)調(diào)整，查得P=1800KPa求得：，故混合物在25的泡點(diǎn)壓力為1800KPa序號(hào)組分1000KPa2000KPa1770KPa1800KPa1甲烷0.0516.50.8258.40.429.60.489.40.472乙烷0.103.20.321.750.1751.950.1951.920.1923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)P1=1000KPa，由25，1000KPa，查P-T-K列線圖得=16.5=3.2=1.0=0.43所以選異丁烷為參考組分由25，=0.694查得P=560KPa，查得各組分的值求得故混合物在25時(shí)的露點(diǎn)壓力為560Kpa序號(hào)組成組成1000KPa560KPa1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0.550.431.280.6940.7931.6140.990P866).以烴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時(shí)的露點(diǎn)壓力與泡點(diǎn)壓力，并確定在t=25，p=1MPa大氣壓時(shí)的氣相分率。解：a.求混合物在25時(shí)的露點(diǎn)壓力設(shè)p=1MPa=101.3kPa，由t=25查圖2-1a得：K1=165，K2=27， K3=8.1， K4=3.2選異丁烷為參考組分，則由和t=25查圖2-1a得p=650kPa：K1=28，K2=5.35， K3=1.7， K4=0.681故混合物在25時(shí)的露點(diǎn)壓力為650kPa。b.求混合物在25時(shí)的泡點(diǎn)壓力設(shè)p=1MPa=101.3kPa，由t=25查圖2-1a得：K1=165，K2=27， K3=8.1， K4=3.2選異丁烷為參考組分，則由和t=25查圖2-1a得p=2800kPa：K1=6.1，K2=1.37， K3=0.44， K4=0.2114 由和t=25查圖2-1a得p=1550kPa：K1=11.0，K2=2.2， K3=0.70， K4=0.306由和t=25查圖2-1a得p=1800kPa：K1=9.6，K2=1.9， K3=0.62， K4=0.27則混合物在25時(shí)的泡點(diǎn)壓力為1800kPa。 c.t=25，p=1MPa=101.3kPaK1=165，K2=27， K3=8.1， K4=3.2 故在t=25，p=1MPa大氣壓時(shí)的氣相分率等于1。1. 某精餾塔的操作壓力為0.1Mpa，其進(jìn)料組成為組 分 正丁烷 正戊烷 正己烷 正庚烷 正辛烷 總合組成（摩爾分?jǐn)?shù)）0.05 0.17 0.65 0.10 0.03 1.00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，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選正己烷為參考組分，則由和p=100kPa，查圖2-1a得t=78：K1=9.5，K2=3.2， K3=1.315， K4=0.56，K5=0.25由和p=100kPa，查圖2-1a得t=74：K1=8.5，K2=2.9， K3=1.119， K4=0.48，K5=0.20故露點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度為74。泡點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度設(shè)t=20，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 由和p=100kPa，查圖2-1a得t=50：K1=5.2，K2=1.6， K3=0.54， K4=0.21，K5=0.085由和p=100kPa，查圖2-1a得t=54：K1=5.5，K2=1.76， K3=0.60， K4=0.25，K5=0.095故泡點(diǎn)進(jìn)料的進(jìn)料溫度為54。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.0.366，在t=94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K1=1.42，K2=0.86，K3=0.72。解：設(shè)=0.5，由t=94，p=2.41MPa=2410kPa，K1=1.42，K2=0.86，K3=0.72得：故混合物處于兩相區(qū)，可進(jìn)行閃蒸計(jì)算。故=0.594。由， 得；或；或P185例4一4(1) 某原料氣組成如下：組分 CH4 C2H6 C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12 n-C6H14y0(摩爾分率) 0.7650.045 0.0350.025 0.0450.0150.0250.045先擬用不揮發(fā)的烴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。(2) 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)。(3) 各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成。(4) 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=0.56 0.85=0.476(2)理論板數(shù)的計(jì)算：操作液氣比=1.20.476=0.5712(3)尾氣的數(shù)量和組成計(jì)算：非關(guān)鍵組分的吸收率被吸收的量為，塔頂尾氣數(shù)量塔頂組成按上述各式計(jì)算，將結(jié)果列于下表組分Kmol/hKiCH476.517.40.0330.0322.52473.980.920C2H64.53.750.1520.1520.6843.8160.047C3H83.51.30.4390.4361.5261.9740.025i-C4H102.50.561.020.852.1250.3750.0047n-C4H104.50.41.4280.954.2750.2250.0028i-C5H121.50.183.171.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.971.002.5000.00.0n-C6H144.50.05610.21.004.5000.00.0合計(jì)100.0-19.81080.190(4)塔底的吸收量塔內(nèi)氣體平均流率：Kmol/h塔內(nèi)液體平均流率： 而，即100+=80.37+聯(lián)立求解得=61.33Kmol/h. =41.70Kmol/h解2：由題意知，i-C4H10為關(guān)鍵組分由P=1.013Mpa，t平=38查得K關(guān)=0.56 (P-T-K圖)(1)在最小液氣比下 N=，A關(guān)=中關(guān)=0.9=0.56 0.9=0.504(2)=1.10.504=0.5544所以 理論板數(shù)為(3)它組分吸收率公式 ，計(jì)算結(jié)果如下：組分進(jìn)料量相平衡常數(shù)Ki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-C5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-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：=V1(CH4)=(1-)VN+1=(1-0.032)76.5=74.05（3） 塔內(nèi)氣體平均流率：Kmol/h塔內(nèi)液體平均流率：L=由=0.5544=40.05Kmol/h3. 擬進(jìn)行吸收的某廠裂解氣的組成如下。組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i -C5H10n-C5H10n-C6H140.7650.0450.0650.0250.0450.0150.0250.0151.000當(dāng)在1.013Mpa壓力下，以相對(duì)分子質(zhì)量為220的物質(zhì)為吸收劑，吸收劑溫度為30，而塔中液相平均溫度為35。試計(jì)算異丁烷（i-C4H10）回收率為0.90時(shí)所需理論塔板數(shù)以及各組分的回收率。操作液氣比為最小液氣比的1.07倍，求塔頂尾氣的數(shù)量和組成。解：選異丁烷為關(guān)鍵組分，查得在1.013Mpa和35下各組分的相平衡常數(shù)列于下表。a.最小液氣比的計(jì)算在最小液氣比下，b.理論板數(shù)的計(jì)算操作液氣比關(guān)鍵組分的吸收因子為理論板數(shù)c.各個(gè)組分的回收率和塔頂尾氣的數(shù)量和組成由和以及；進(jìn)行計(jì)算結(jié)果見表。組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i -C5H10n-C5H10n-C6H140.76