分离工程习题解答(13页).doc
-例2-3 求含正丁烷（1）0.15、正戊烷（2）0.4、和正已烷（3）0.45（摩尔分数）之烃类混合物在0.2MPa压力下的泡点温度。B. 露点温度 a. 解：因各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液， K i 只取决于温度和压力。如计算要求不高，可使用烃类的 pTK 图（见图 2-1）。 假设 T 50， p 0.2MPa，查图求 K i ， 组分 xi Ki yi=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 说明所设温度偏低,选正丁烷为KG ,。查p-t-k图t为58.7,再设 T 58.7，重复上述计算得 故泡点温度为 58.7。解：B. 露点温度, 假设 T 80， p 0.2MPa，查图求 K i ， 组分 xi Ki yi/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 选正戊烷为参考组分，则由,查图2-1a得t=78K1=4，K2=1.56， K3=0.6， 故混合物在78。例2-7进料流率为 1000kmol/ h的轻烃混合物，其组成为：丙烷 (1)30% ；正丁烷 (2)10% ；正戊烷 (3)15% ；正已烷 (4)45%( 摩尔 ) 。求在 50 和 200kPa 条件下闪蒸的汽、液相组成及流率。 解：该物系为轻烃混合物，可按理想溶液处理。由给定的 T 和 p ，从 p - T - K 图查 K i ，再采用上述顺序解法求解。 (1)核实闪蒸温度 假设 50为进料泡点温度，则 假设 50为进料的露点温度，则 说明进料的实际泡点和露点温度分别低于和高于规定的闪蒸温度，闪蒸问题成立。 (2)求 ，令 1 =0.1(最不利的初值) =0.8785 因 f (0.1)>0，应增大 值。因为每一项的分母中仅有一项变化，所以可以写出仅含未知数 的一个方程: 计算 R - R 方程导数公式为： 当 1 =0.1时, 由(2-62): 以下计算依此类推，迭代的中间结果列表如下： 迭代次数 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)数值已达到 p - T - K 图的精确度。 (3)用式(2-57)计算 x i ，用式(2-58)计算 y i 由类似计算得: 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)核实 和 ， 因 值不能再精确，故结果已满意。 (1)(2)(3) 一烃类混合物含甲烷5%(mol)，乙烷10%，丙烷30%及异丁烷55%，试求混合物在25时的泡点压力和露点压力。解1：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可以看成理想溶液，值只取决于温度和压力。可使用烃类的P-T-K图。 泡点压力的计算：75348 假设P=2.0MPa，因T=25，查图求组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)0.050.100.300.551.008.51.80.570.260.4250.180.1710.1430.919=0.9191，说明所设压力偏高，重设P=1.8MPa组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)0.050.100.300.551.009.41.950.620.280.470.1950.1860.1541.005=1.0051，故泡点压力为1.8MPa。 露点压力的计算：假设P=0.6MPa，因T=25,查图求组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)0.050.100.300.551.0026.05.01.60.640.00190.020.18750.85941.0688=1.06881.00，说明压力偏高，重设P=0.56MPa。组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)0.050.100.300.551.0027.85.381.690.680.00180.01860.17750.80881.006=1.0061，故露点压力为0.56MPa。解2：(1)求泡点压力：设P1=1000KPa，由25，1000KPa，查P-T-K列线图得=16.5=3.2=1.0=0.43所以选异丁烷为参考组分，查得P=1771KPa在此条件下求得=1.021，继续调整，查得P=1800KPa求得：，故混合物在25的泡点压力为1800KPa序号组分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异丁烷0.550.430.240.2560.1410.2850.1570.2790.1531.001.680.9071.021.001(2)求露点压力设P1=1000KPa，由25，1000KPa，查P-T-K列线图得=16.5=3.2=1.0=0.43所以选异丁烷为参考组分由25，=0.694查得P=560KPa，查得各组分的值求得故混合物在25时的露点压力为560Kpa序号组成组成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异丁烷0.550.431.280.6940.7931.6140.990P866).以烃类蒸汽混合物含有甲烷a.5%，乙烷b.10%，丙烷c.30%及异丁烷d.55%。试求混合物在25时的露点压力与泡点压力，并确定在t=25，p=1MPa大气压时的气相分率。解：a.求混合物在25时的露点压力设p=1MPa=101.3kPa，由t=25查图2-1a得：K1=165，K2=27， K3=8.1， K4=3.2选异丁烷为参考组分，则由和t=25查图2-1a得p=650kPa：K1=28，K2=5.35， K3=1.7， K4=0.681故混合物在25时的露点压力为650kPa。b.求混合物在25时的泡点压力设p=1MPa=101.3kPa，由t=25查图2-1a得：K1=165，K2=27， K3=8.1， K4=3.2选异丁烷为参考组分，则由和t=25查图2-1a得p=2800kPa：K1=6.1，K2=1.37， K3=0.44， K4=0.2114 由和t=25查图2-1a得p=1550kPa：K1=11.0，K2=2.2， K3=0.70， K4=0.306由和t=25查图2-1a得p=1800kPa：K1=9.6，K2=1.9， K3=0.62， K4=0.27则混合物在25时的泡点压力为1800kPa。 c.t=25，p=1MPa=101.3kPaK1=165，K2=27， K3=8.1， K4=3.2 故在t=25，p=1MPa大气压时的气相分率等于1。1. 某精馏塔的操作压力为0.1Mpa，其进料组成为组 分 正丁烷 正戊烷 正己烷 正庚烷 正辛烷 总合组成（摩尔分数）0.05 0.17 0.65 0.10 0.03 1.00试求：露点进料的进料温度。泡点进料的进料温度。解：露点进料的进料温度设t=20，p=0.1MPa=100kPa，由查图2-1a得：K1=2.1，K2=0.56， K3=0.17， K4=0.055，K5=0.017选正己烷为参考组分，则由和p=100kPa，查图2-1a得t=78：K1=9.5，K2=3.2， K3=1.315， K4=0.56，K5=0.25由和p=100kPa，查图2-1a得t=74：K1=8.5，K2=2.9， K3=1.119， K4=0.48，K5=0.20故露点进料的进料温度为74。泡点进料的进料温度设t=20，p=0.1MPa=100kPa，由查图2-1a得：K1=2.1，K2=0.56， K3=0.17， K4=0.055，K5=0.017 由和p=100kPa，查图2-1a得t=50：K1=5.2，K2=1.6， K3=0.54， K4=0.21，K5=0.085由和p=100kPa，查图2-1a得t=54：K1=5.5，K2=1.76， K3=0.60， K4=0.25，K5=0.095故泡点进料的进料温度为54。2. 某混合物含丙烷a.0.451（摩尔分数），异丁烷b.0.183，正丁烷c.0.366，在t=94和p=2.41Mpa下进行闪蒸，试估算平衡时混合物的气化分率及气相和液相组成。已知K1=1.42，K2=0.86，K3=0.72。解：设=0.5，由t=94，p=2.41MPa=2410kPa，K1=1.42，K2=0.86，K3=0.72得：故混合物处于两相区，可进行闪蒸计算。故=0.594。由， 得；或；或P185例4一4(1) 某原料气组成如下：组分 CH4 C2H6 C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12 n-C6H14y0(摩尔分率) 0.7650.045 0.0350.025 0.0450.0150.0250.045先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温度为38，压力为1.013Mpa，如果要求将i-C4H10回收90%。试求：(1) 为完成此吸收任务所需的最小液气比。(2) 操作液气比为组小液气比的1.1倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。(3) 各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。(4) 求塔底的吸收液量解：(1)最小液气比的计算：在最小液气比下 N=，A关=关=0.0.85=0.56 0.85=0.476(2)理论板数的计算：操作液气比=1.20.476=0.5712(3)尾气的数量和组成计算：非关键组分的吸收率被吸收的量为，塔顶尾气数量塔顶组成按上述各式计算，将结果列于下表组分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合计100.0-19.81080.190(4)塔底的吸收量塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率： 而，即100+=80.37+联立求解得=61.33Kmol/h. =41.70Kmol/h解2：由题意知，i-C4H10为关键组分由P=1.013Mpa，t平=38查得K关=0.56 (P-T-K图)(1)在最小液气比下 N=，A关=中关=0.9=0.56 0.9=0.504(2)=1.10.504=0.5544所以 理论板数为(3)它组分吸收率公式 ，计算结果如下：组分进料量相平衡常数Ki被吸收量塔顶尾气数量组成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合计100.0-19.81080.190 以CH4为例：=V1(CH4)=(1-)VN+1=(1-0.032)76.5=74.05（3） 塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率：L=由=0.5544=40.05Kmol/h3. 拟进行吸收的某厂裂解气的组成如下。组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i -C5H10n-C5H10n-C6H140.7650.0450.0650.0250.0450.0150.0250.0151.000当在1.013Mpa压力下，以相对分子质量为220的物质为吸收剂，吸收剂温度为30，而塔中液相平均温度为35。试计算异丁烷（i-C4H10）回收率为0.90时所需理论塔板数以及各组分的回收率。操作液气比为最小液气比的1.07倍，求塔顶尾气的数量和组成。解：选异丁烷为关键组分，查得在1.013Mpa和35下各组分的相平衡常数列于下表。a.最小液气比的计算在最小液气比下，b.理论板数的计算操作液气比关键组分的吸收因子为理论板数c.各个组分的回收率和塔顶尾气的数量和组成由和以及；进行计算结果见表。组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i -C5H10n-C5H10n-C6H140.7650.0450.0650.0250.0450.0150.0250.0151.000Ki19.04.01.370.590.440.200.150.055,kmol/h76.54.56.52.54.51.52.51.5100.0A0.02990.1420.41460.9631.2912.8403.78710.3270.02990.1420.41460.900.9871.0001.0001.00074.2133.8613.80510.250.058500082.190.9030.0470.0460.0030.0011.000d.吸收剂量塔内气体的平均流率为：塔内液体的平均流率为：由，得-第 13 页-
