分離工程作業(yè)答案

1、二4.一液體混合物的組成為：苯 0.50;甲苯0.25;對二甲苯0.25(摩爾分率)。分別用平衡常數(shù)法和相對揮發(fā)度法計算該物系在100kPa時的平衡溫度和汽相組成。假設(shè)為完全理想系。苯：1n 宀=20.7936-2788.51/( T-52.36)；甲苯：1n - =20.9065-3096.52/( T-53.67)；對-二甲苯：1n 二=20.989 1-3346.65/(T-57.84);解1： (1)平衡常數(shù)法。假設(shè)為完全理想系。設(shè)t=95C苯：ln P1s20.7936 2788.5/(95 273.15 52.36) 11.96 ；s5P11.569 10 Pa甲苯：ln P2s2

2、0.9065 3096.52 /(95 273.15 53.67) 11.06 ；s4P26.358 10 Pa對二甲苯：ln P3s20.9891 3346.65/(95 273.15 57.84)10.204 ；s4P32.702 10 PaK1P% 1.569 105105 1.569 ； K20.6358K3 Bp 0.2702K必1.596 0.5 0.2702 0.25 0.6358 0.25 1.011 1選苯為參考組分：K11.5691.011552 ；由 K1 PJ ,Rs 1.552 105 Pa解得 t2=94.61Csln P211.05 ；ln P3s 10.19 ；

3、K2=0.6281s4P26.281 10 PaP3s 2.6654 104 PaK3 =0.2665Kixi1.552 0.5 0.6281 0.25 0.2665 0.25 0.99971故泡點溫度為94.61 C,且y11.552 0.50.776 ；y20.6281 0.25 0.157y30.2665 0.250.067(2)相對揮發(fā)度法設(shè) t=94.61 C，同上求得 k1=1.552, k2 =0.6281, K3 =0.2665yi故泡點溫度為K1KIiBXi竺L 5.824 ,0.26655.824iB XiiB Xi94.61 C,且0.5 2.3575.824 0.53.

4、755.824yi232.357，0.25 1 0.252.357 0.253.753313.75竺1.03.75y2 攀晉 0.157 ； y3.75050.776 ;3.751 0.250.0673.75溫度為 94.61 C, Rs 1.552105Pa30.5 Py1100 10s5P X11.552 105滿足完全理想系的相平衡條件解2: (1)平衡常數(shù)法：設(shè)T=368KP 156.24kPa由式(2-36)得：0.7767.76 104用安托尼公式得:QP263.28kPa;P3s 26.88 kPaKi1.562；K20.633； K30.2690.781；y 1.001，表明所

5、設(shè)溫度偏高。y20.158； y0.067；yi 1.006yi由于由題意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得:K1仝1.553 可得 T yi367.78K重復(fù)上述步驟：K11.553；K20.6284； K30.2667y10.7765;y20.1511; y30.066675; yi1.0003在溫度為367.78K時，存在與之平衡的汽相，組成為：苯 0.7765 甲苯 0.1511、對二甲苯 0.066675。(2)用相對揮發(fā)度法：設(shè)溫度為367.78K，取對二甲苯為相對組分。計算相對揮發(fā)度的：135.823；232.356；331.000組分i苯(1)甲苯對二甲苯(3)Xi0.

6、500.250.251.000ij5.8232.3561.000ij X2.91150.5890.25003.7505ijxi0.77600.15720.06671.0000ijxi二11、組成為60%(mol)苯，25%甲苯和15%對二甲苯的lOOkmol 液體混合物，在101.3kPa和100C下閃蒸。試計算液體和氣體產(chǎn)物的量和組成。 假設(shè)該物系為理想溶液。用安托尼方程計算蒸氣壓。解：在373K下苯：ln P1S20.79362788.51 T52.36P1S179.315kPaK11.77甲苯：Sln P220.90653096.52 T53.67P2S73.834kPaK20.729對

7、二甲苯:lnP3S20.9813346.65 T57.84P3S31.895kPaK30.315核實閃蒸溫度：假設(shè)100C為進料的泡點溫度，則4KiZi 1.77 0.6 0.729 0.25 0.315 0.15 1.2915 1i 1假設(shè)100C為進料的露點溫度，則4 Zi0.60.250.1511.158 1i 1 Ki1.77 0.729 0.315說明進料的實際泡點溫度和露點溫度分別低于和高于規(guī)定的閃蒸 溫度，閃蒸問題成立。令1=0.1(1.77 1)(0.6)f()1(1.770.4621 0.77(0.729 1)(0.25)(0.315 1)(0.15)1(0.729 1)0.

8、0680.1031 0.2711 0.6851)1(0.315 1)0.4620.068f(0.1)1 0.77 0.1 1 0.271 0.1 因f(0.1) 0,應(yīng)增大值； 由(2-73)得：噸 0.24851 0.685 0.1(1.77 1)2(0.6)(0.729 1)2(0.25)(0.315 1)2(0.15)f ( )21(1.77 1)0.3561 0.77j21(0.7290.01821 0.27121)2121(0.315 1)0.070.6850.356H 10.77 0.1 20.0180.07由（2-72） 得2 0.1f (0.711)0.24850.7110.4

9、0660.4621 0.77 0.711f (0.711)0.35630.711f (0.7415)210.2710.10.0681 0.271 0.7111 0.77 0.711 20.01820.406610.685 0.10.1031 0.685 0.7110.013521 0.2710.7110.0720.442310.685 0.7110.01350.74150.44230.4621 0.77 0.74151 0.2710.068 0.7415 10.1030.6850.7415O。003 0=0.7415，函數(shù)f接近0。用式（2-67）、（2-68）分別計算Xi, yiKiZ 1)

10、yiKiXi1(KiX1=0.3819, y1=0.6760同理：X2=0.3129,X3=0.3048,y2=0.2281,y3=0.0960計算V、LV=74.15kmolL=25.85kmol解法2:在苯：373K 下ln P1S20.79362788.51 T52.36RS179.315kPa甲苯:K1ln P2S1.7720.9065 3096.52 T53.67P2S73.834kPaK20.729對二甲苯：ln P3S 20.9813346.65 T 57.84 P3S 31.895kPaK30.315 計算混合組分的泡點TbT b=364.076K計算混合組分的露點TdTd=3

11、77.83K373 364.07610.65377.83 364.076Zi Ki 111 Ki 10.040443Zi Ki 1 21 Ki 1 20.4140.74770.0024此時：X1=0.38, X2=0.3135, X3=0.3074, L=74.77kmol ;y1=0.6726, y2=0.2285, y3=0.0968, V=25.23kmol。三7、在一精餾塔中分離苯（B）,甲苯（T），二甲苯（X）和異丙苯（C）四 元混合物。進料量 200mol/h，進料組成 Zb=0.2, zt=0.3, zx=0.1，zc=0.4 （mol）。塔頂采用全凝器，飽和液體回流。相對揮發(fā)度

12、數(shù)據(jù)為：bt =2.25， tt=1.0， xt =0.33， ct=0.21。規(guī)定異丙苯 在釜液中的回 收率為99.8%，甲苯在餾出液中的回收率為99.5%。求最少理論板數(shù) 和全回流操作下的組分分配。解：根據(jù)題意頂甲苯（T）為輕關(guān)鍵組分，異丙苯（C）為重關(guān)鍵組分， 則苯（B）為輕組分，二甲苯（X）為中間組分。以重關(guān)鍵組分計算相對揮發(fā)度。BC 2.2%.21 1071TC 1.%.21 4.762xc 0.3%.211.5714cc 1由分離要求計算關(guān)鍵組分在塔頂釜的分配。Wc2000.40.99879.84mol / hdc2000.579.840.16mol/hdT2000.30.9955

13、9.7mol /hdB =200 0.2=40mol/h二甲苯：dx1.5714737 0.160.056，dx+wx =200 0.1=20wx79.84求得 dX =1.06 mol/h , wX =18.94 mol/h , 物料平衡結(jié)果見下表：組分XFidiXDiwiXWi苯(B)0.400.390026甲苯(T)0.59.90.590.30.00323二甲苯(X)0.1.060.0118.90.191041異丙苯(C)0.0.160.0079.80.804246100.91.0099.01.0028所以Nm叫Jlg TCwT宀乖叫7.37Ig 4.762由-wiNmir-與fiwrd

14、iWi求出非關(guān)鍵組分的分布苯:d bWb10.717370.1679.847.8 104Wb=0三14.某1、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為ln 1 Ax；，2ln 2 Ax1，端值常數(shù)與溫度的關(guān)系：A=1.7884-4.25 10-3T(T，K)蒸汽壓方程為ln P1S16.08264050Tln P2S16.35264050T(P: kPa: T: K)假設(shè)汽相是理想氣體，試問99.75kpa時系統(tǒng)是否形成共沸物? 共沸溫度是多少？解：假設(shè)汽相是理想氣體，液相為非理想溶液,pysiXiPi，s相對揮發(fā)度:1P1122 p2當(dāng)X1=0, X2=1，p=p2s，代入解得，T=344.68K

15、，In 11.7884 4.25 10 3 344.68 0.323511.382s4050ln 口 16.08264.3326344.68sp 76.14kpas1.0551P176.14 1.382122p2s1 99.75當(dāng)X1=1，X2=0, p=p1s，代入解得，T=352.79K,ln 21.7884 4.25 10 321.33535279 0.289Qln p216.35264050352.794.8727sp2130.67kpaS1 P1122 p21 99.751.335 130.670.572由于12是X1的連續(xù)函數(shù)，當(dāng)X1由0變化到1時，12由1.055變化到0.572

16、,中間比然經(jīng)過12 1的點，且1，2均大于1,所以此溶液在99.75Kpa時汽液平衡形成最低恒沸物。設(shè)T為350K則 A=1.7884-4.25 10-3 350=1.7884-1.4875=0.3009ln RS 16.0826 進0_s350 ； P =91.0284 kPaSH-UUUIn P2S 16.3526s350 ； P2 =119.2439 kPa因為在恒沸點lPS 11P2S12177S由2p2得2 RPSIn 丄 In 音 In 1 In 2 A (x； x A (1 2x1)0.300(12 P 1解得：X1=0.0513, X2 =0.94870.3009 .94872

17、;1 =1.3110;2 =1.0008In 20.30090.05132P=ixiP=1.31100.051391.0284+1.0008 0.9487In119243991.0284=119.3393 kPa 99.75 kPa119.2439設(shè)T為340K則 A=1.7884-4.25 10-3 340=0.3434In RS16.08264050340 -呼=64.7695 kPaIn P2S16.35264050340 -Pf =84.8458 kPa由解得:P SIn 2 AP1S(12x).84.8458 In64.76950.343(1 2x)X1=0.1069, X2=0.8

18、931In1.3434 .89312In2.3434.106921=1.31512 = 1.0039P=Si xi R= 1.3151 0.1069 64.7695+1.0039 0.8931=85.1769 kPa 99.75 kPa84.8458設(shè) T 為 344.6K則 A=1.7884-4.25 10-3 344.6=0.3239InPS 16.08264050344.6pS=75.9324 kPaIn矇 16.35264050344.6pf =99.4687 kPaPS由1A （1In 9946870.323（1 2x1）75.9324X1 =0.0832X2 =0.9168n 10

19、.3239 O.91682P=m 20.32390.08322，1 =1.31292=1.0022iXiP=1.3129 0.0832 75.9324+1.0022 0.9168 99.4687=99.69 kPa 99.75 kPas在此溫度下，P P1S,P2S；且1 黑P199.468775.93241.3121所以，此溶液形成最低共沸物，共沸溫度為344.6K。四9、某原料氣組成如下：組分 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H 12 n-C5H12 n-C6H 14yo 0.7650.045 0.035 0.025 0.045 0.015 0.0250

20、.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行吸收，平均吸收溫度為38C，壓力為1.013Mpa，如果要求將i-C4H10回 收95%。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，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)最小液氣比的計算：在最小液氣比下 N=, A關(guān)二關(guān)=0.95(Lv)min K關(guān) A關(guān)=0.56 0.95=0.532(2) 理論板數(shù)的計算：操作液氣比13.58log 1.045吸收率An 1 A770.0341458 0.0340.03410.03

21、4被吸收的量為vN 176.5 0.0342.601kmol/h，AL0.5852,小A關(guān)1.045K關(guān)V0.56L V 1.1(L v)min =1.1 0.532=0.5852log( 1)log Alog (1.0450.95)10.95(3) 尾氣的數(shù)量和組成計算:以甲烷為例：a vK-響2 0034塔頂尾氣數(shù)量VN 1 (1i) Vi 76.5(1-0.034)73.899kom/h塔頂組成y1iViV按上述各式計算，將結(jié)果列于下表(原料氣量假設(shè)為100kmol/h)組分VN 1 kmol/ hKiAiiVN 1 iviyiCH476.517.40.0340.0342.60173.8990.927C2H64.53.750.1560.1560.7023.7980.048C3H83.51.30.450.451.5751.9250.024i-C4H 102.50.561.0450.952.3750.1250.0016n-C4H 104.50.41.4630.9984.4910.0090.0001i-C5H121.50.183.2511.001.5000.00.0n-C 5H122.50.1444.0641.002.5000.00.0n-C6H 144.50.05610.451.004.5000.00.0合計100.0-20.2