分離工程作業(yè)及復(fù)習(xí)題

第一章緒論2.（第6-10組）利用如附圖所示的系統(tǒng)將某混合物分離成三個(gè)產(chǎn)品。試確定:1）固定設(shè)計(jì)變量數(shù)和可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù)；2）指定一組合理的設(shè)計(jì)變更量解：（1）進(jìn)料變量數(shù)c+2解：（1）進(jìn)料變量數(shù)c+2Nx壓力等級(jí)數(shù)N+M+2合計(jì)N+M+c+4串級(jí)單元數(shù)6Na側(cè)線采出數(shù)1分配器數(shù)1傳熱單元數(shù)2合計(jì)10（2）一組合理的設(shè)計(jì)變更量為：側(cè)線流率及側(cè)線采出口的位置。4.（第1-10組）確定如圖所示的吸收-解吸流程的設(shè)計(jì)變量數(shù)解：假設(shè)吸收塔進(jìn)料有c個(gè)組分。按設(shè)計(jì)變量數(shù)的確定原則:NxNa進(jìn)料變量數(shù)c+2壓力等級(jí)數(shù)2水蒸氣3合計(jì)c+7串級(jí)單元數(shù)傳熱單元數(shù)合計(jì)1235變量的選擇：情況1：吸收塔和解吸塔的操作壓力；壓力；水蒸氣的流率、進(jìn)料溫度和壓力;三個(gè)換熱器各自的一個(gè)出口溫度。情況2:固定設(shè)計(jì)變量的規(guī)定與“情況氣體原料的流率、組成、進(jìn)料溫度和吸收塔和解吸塔的塔板數(shù);1”的①②③相同； 吸收塔出口氣中CO2的摩爾分?jǐn)?shù)；解吸塔出口氣中CO2的摩爾分?jǐn)?shù)； 三個(gè)換熱器的換熱面積。5.(第2、4、6、8、105.(第并規(guī)定塔頂乙醇濃度,級(jí)代替再沸器分離乙醇和水的混合物。 假定固定進(jìn)料，絕熱操作，全塔壓力為常壓,并規(guī)定塔頂乙醇濃度,求：（1）設(shè)計(jì)變量是多少？（2）若完成設(shè)計(jì)，應(yīng)推薦哪些變量?解：（1）進(jìn)料變量數(shù)c+2NxNa則設(shè)計(jì)變量數(shù)為:壓力等級(jí)數(shù)水蒸氣合計(jì)串級(jí)單元數(shù)分配器數(shù)傳熱單元數(shù)進(jìn)料變量數(shù)c+2NxNa則設(shè)計(jì)變量數(shù)為:壓力等級(jí)數(shù)水蒸氣合計(jì)串級(jí)單元數(shù)分配器數(shù)傳熱單元數(shù)合計(jì)c+5(c=2)c+5+4=2+5+4=11（2） 若完成設(shè)計(jì)，應(yīng)推薦以下變量：回流溫度、流出液流率、進(jìn)料位置、總理論級(jí)數(shù)2.（第6-10組）在連續(xù)精儲(chǔ)塔中,2.（第6-10組）在連續(xù)精儲(chǔ)塔中,/h。若要求儲(chǔ)出液中回收進(jìn)料中加料量為100kmol分離下表所示的液體混合物。操作壓力為2780.0kPa加料量為100kmol91.1%乙烷，釜液中回收進(jìn)料中 93.7%的丙烯，試用清晰分割估算儲(chǔ)出液流量及各組分在兩產(chǎn)品中的組成。

序號(hào)123456組分甲烷乙烷丙烯丙烷異丁烷止」烷Xi0.050.350.150.200.150.10Otih10.952.5910.8840.4220.296解：根據(jù)題意，組分2（乙烷）是輕關(guān)鍵組分，組分3（丙烯）是重關(guān)鍵組分，而組分1（甲烷）是輕組分，組分4（丙烷）、組分5（異丁烷）和組分6（正丁烷）是重組分。清晰分割如下：X4,D^0,X5，D&0,X6,Dft0,X1,W&0,則根據(jù)物料衡算關(guān)系列出下表：序號(hào)123456組分甲烷乙烷丙烯丙烷異丁烷止」烷進(jìn)料fi5.035.015.020.015.010.0100.0儲(chǔ)出液di5.031.8850.945一一一37.83釜液COi一3.11514.05520.015.010.062.17Xi,D0.13220.84280.0250Xi,W0.05010.22610.32170.24130.16085.（第1-10組）擬以水為溶劑對(duì)醋酸甲酯 （1）一甲醇（2）溶液進(jìn)行萃取精微分離， 已知料液的Xfi=0.65,此三元系中各組分的端值常數(shù)為：A12 =1.0293; A21 =0.9464; A2s =0.8289 A’2 =0.5066; Ais =2.9934;Asi=1.8881試問(wèn)當(dāng)全塔萃取劑濃度為 Xs=0.6時(shí)，水能作為該體系的萃取劑嗎？若當(dāng)全塔萃取劑濃度為xs=0.8時(shí)，其萃取效果可提高多少？除萃取劑的濃度外，影響萃取效果的因素有那些??一一_ 1 1 解：依題意可得 A'12=—A12A21=—1.02930.9464=0.9878TOC\o"1-5"\h\z2 21 1A'1S=—asAS1=—2.99341.8881=2.44082 21 1A'2s A2sAS20.82890.5066=0.6678\o"CurrentDocument"2 2,X1 0.65=0.65x1- = =0.65X1X2 0.650.35那么當(dāng)那么當(dāng)xs=0.6時(shí),In=xs〔A'1s-A'2s-A'121-2x'1L0.62.4408-0.6678-0.98781-20.65L1.2416In即—=3.46>1 故水能作為該體系的萃取劑CL同理，當(dāng)xs=0.8時(shí)，ln'”xsA'1S—A'2S-A'12（1-2x'iy=0.8父12.4408-0.6678—0.9878x（1-2x0.65）］=1.6555l支）.飛's即一=5.236a's5.236從而——= =1.51:s3.461n'1n'=Ax2,1nG=Ax1端值常數(shù)與溫6.（第1-10組）某1、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為度的關(guān)系：A=1.7884-4.25父10-3T (T,K)s 4050s 4050lnP=16.0826 lnP2=16.3526-蒸汽壓方程為： T, T（P：kPa：T：K）假設(shè)汽相是理想氣體，試問(wèn) 99.75Kpa時(shí)：（1）系統(tǒng)是否形成共沸物？（ 2）共沸溫度是多少?解：T=344.3K(即71C)，則A=0.325p1=75.16kPa;p2=98.45kPa(1-2Xi(1-2Xi)ssln(PiP2)Aln(98.4575.16)

0.325得至U:x1=0.0846;x2=0.9154lnr1=0.325(0.9145)2 r1=1.313lnr2=0.325(0.0846)2,=1.002p=1.313'0.0846'75.16+1.002 '0.9154'98.45=98.65kPa<p規(guī)定設(shè)T=344.7K(即71.7C)

p:99.75kPa與給定總壓基本相等，故共沸溫度是 71.7C,共沸組成xi=0.083 摩爾分?jǐn)?shù)8.(第8、10組)已知甲醇-丙酮在不同壓力下均能形成共沸物，常壓下共沸物組成為含甲醇 46%(mol),而I.IMPa下共沸物組成變化為含甲醇62%(mol)。當(dāng)進(jìn)料中甲醇含量大于62%(mol)時(shí)，請(qǐng)判斷常壓塔與高壓塔的塔序，并畫(huà)出相應(yīng)的流程圖。解：先進(jìn)常壓塔，再進(jìn)高壓塔。 原因如下：當(dāng)進(jìn)料中甲醇含量大于 62%(mol)時(shí)，先進(jìn)入常壓塔后，塔頂儲(chǔ)出液為含甲醇46%(mol)的甲醇-丙酮共沸物，塔釜為純甲醇，然后再進(jìn)入高壓塔時(shí)， 因?yàn)镮.IMPa下的共沸組成為含甲醇62%(mol),故塔釜為純丙酮，塔頂為含甲醇 62%(mol)的共沸物儲(chǔ)出液循環(huán)進(jìn)入常壓塔。如此循環(huán)即可得將兩種物質(zhì)完全分離出來(lái)。流程圖如下：第十一章分離過(guò)程的節(jié)能HCl。根據(jù)如下數(shù)2.(第1-10組)某反應(yīng)器流出的是RHHCl。根據(jù)如下數(shù)組分HClRH3RCl3RH2ClRHCl2流率/(kmol/h)5258163014相對(duì)揮發(fā)度04.715.01.01.91.2純度要求/%80.085.098.095.098.0解：根據(jù)S1規(guī)則，因HCl具有腐蝕性，為減少設(shè)備投資，在各種塔序中HCl應(yīng)優(yōu)先被分出，而且HCl的純度要求最低，根據(jù)S2規(guī)則，HCl也可優(yōu)先分離，加上HCl的含量第二多，考慮HCl最先分離是合理的；RC13和RHC12之間的相對(duì)揮發(fā)度最小，相對(duì)最難分離，根據(jù)S2規(guī)則，RCI3和RHC12最后分離；RH3最易分離，且含量最多，根據(jù)C1規(guī)則，所以第二步應(yīng)分離RH3。第三步采用等摩爾分割RH2CI和RH3、RHC12,符合C2規(guī)則。該塔序如附圖一所示：同上，根據(jù)S1規(guī)則，HCl有腐蝕性，應(yīng)優(yōu)先分離；根據(jù)S2規(guī)則，RC13和RHC12之間的相對(duì)揮發(fā)度最小，相對(duì)最難分離，所以 RCl3和RHCl2最后分離。 與（1）不同的是分離RH3和RH2Cl的塔C因組成相對(duì)簡(jiǎn)單，塔徑和塔高減小，可導(dǎo)致設(shè)備投資相應(yīng)減小。但從分離難易程度和組分含量而言，顯然附圖一所示的的塔序比附圖二所示的塔序更合理。該塔序如附圖二所示:

附圖附圖3.（第6-10組）用普通精儲(chǔ)塔分離來(lái)自加氫單元的混合燒類(lèi)。進(jìn)料組成和相對(duì)揮發(fā)度數(shù)據(jù)如下表所示,試確定兩個(gè)較好的流程。組分進(jìn)料流率kmol/h相對(duì)揮發(fā)度組分進(jìn)料流率kmol/h相對(duì)揮發(fā)度丙烷10.08.1丁烯-2187.0