2022年分离过程典型例题

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1、学习必备欢迎下载典型例题-计算题1.已知第一脱甲烷塔的进料组成及操作条件下各组分的相平衡常数如下表所示，要求甲烷的蒸出率为98%，乙烯的回收率为96%，试分别按清晰分割和不清晰分割方法计算馏出液和釜液的组成，并比较两种计算结果。序号1 2 3 4 5 6 7 组分H2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4 xiF/摩尔%33.8 5.8 33.2 25.7 0.50 0.20 0.70 Ki/1.7 0.28 0.18 0.033 0.022 0.004 解：取 100Kmol 进料为基准，选取甲烷为轻关键组分，乙烯为重关键组分。按清晰分割的概念，组分1 为轻组分，全部从塔顶馏

2、出液在采出，组分4、5、6、7 为重组分，全部从塔釜液中采出。由于甲烷的蒸出率为98%KmolD684.598.08.52；KmolB116.0684.58.52乙烯的回收率为 96%KmolB872.3196.02.333；KmolD328.1872.312.333KmolDDDD812.40328.1684.58.33321KmolDFB188.59812.40100或KmolBBii188.5970.030.050.07.25872.31116.072828.0812.408.3311DDxD；139.0812.40684.522DDxD033.0812.40328.133DDxD002

3、.0188.59116.022BBxB；538.0188.59872.3133BBxB434.0188.5970.2544BBxB；008.0188.5950.055BBxB005.0188.5930.066BBxB；012.0188.5970.077BBxB将计算结果列表如下：组分iziDxiBxiDiBH2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 0.338 0.58 0.332 0.257 0.005 0.828 0.139 0.033/0.002 0.538 0.434 0.008 33.8 5.684 1.328/0.116 31.872 25.70 0.50 精选学习资料 -名师归纳

4、总结-第 1 页，共 12 页学习必备欢迎下载C3H8 C4 0.003 0.007 1.000/1.000 0.005 0.012 1.000/40.812 0.30 0.70 59.188 不清晰分割物料衡算由HiiHKK计算各组分的相对挥发度，结果列表。序号1 2 3 4 5 6 7 组分H2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4 xiF/摩尔%33.8 5.8 33.2 25.7 0.50 0.20 0.70 Ki/1.7 0.28 0.18 0.033 0.022 0.004 i3/6.071 1.0 0.643 0.118 0.079 0.014 92.3071.6

5、lg116.0872.31328.1684.5lglglg232332BBDDNm由于氢气的相对挥发度很大，该组分全部从塔顶馏出液中采出。由333BDBDmNiii和iiiBDF分别计算组分 4、5、6、7 的分布。对组分 4：0074.0872.31328.1643.092.333444BDBDmN；而447.25BD由此计算得189.04D；511.254B对组分 5：00001.0872.31328.1118.092.333555BDBDmNi；而555.0BD由此计算得0.05D；50.05B将计算结果列表如下：组分iziDxiBxiDiBH2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C

6、3H8 C4 0.338 0.58 0.332 0.257 0.005 0.003 0.007 1.000 0.824 0.139 0.032 0.005/1.000/0.002 0.540 0.432 0.008 0.005 0.012 1.000 33.8 5.684 1.328 0.189/41.001 0.116 31.872 25.511 0.50 0.30 0.70 58.999 2.要求在常压下分离环己烷a.（沸点 80.8）和苯 b.（沸点 80.2），它们的恒沸组成为苯 0.502（摩尔分数），共沸点 77.4，现以丙酮为恒沸剂进行恒沸精馏，丙酮与环己烷形成恒沸物，共沸组成为

7、0.60（环己烷摩尔分数），若希精选学习资料 -名师归纳总结-第 2 页，共 12 页学习必备欢迎下载望得到几乎纯净的苯，试计算：所需恒沸剂量。塔顶、塔釜馏出物量各为多少。（以 100kmol/h 进料计）解：以 100kmol/h 进料为基准，设丙酮恒沸剂的用量为Skg，恰好与料液中的环己烷组成恒沸物，进料量和塔顶恒沸物的量和组成分别为DiFixxDF,。对环己烷作物料平衡11FDFxDx；kmolxFxDDF8360.0498.010011恒沸剂 S 的用量为kmolDxSD2.3340.0833由于塔釜希望得到几乎纯净的苯，kmolFxWWF2.50502.0100223.甲醇 a.-丙

8、酮 b.在 55.7时形成恒沸物，其恒沸组成为198.01x，水和苯均可作为萃取剂进行萃取精馏以分离甲醇和丙酮，试通过计算确定水c.与苯 d.的选择度，并据理说明哪种萃取剂更佳及塔顶馏出液各为何种物质？已知：)(8.0molxS；2798.012A；2634.021A；3794.013A；2211.031A；9709.023A；5576.032A；8923.014A；7494.041A；2012.024A；1533.042A解：以水作萃取剂2716.022634.02798.0)(21211212AAA3002.022211.03794.0)(21111SSSAAA7643.025576.09

9、709.0)(21222SSSAAA5025.0)198.021(2716.07643.03002.0 8.0)21(lg1122112xAAAxSSSS13144.012S以苯作萃取剂，82085.027494.08923.0)(21111SSSAAA17725.021533.02012.0)(21222SSSAAA3836.0)198.021(2716.017725.082085.0 8.0)21(lg1122112xAAAxSSSS1419.212S以苯作为萃取剂进行萃取精馏分离甲醇和丙酮更佳，而水作为萃取剂比不加入萃取剂时的效果更差。由于甲醇的沸点（64.7）高于丙酮（55.7），则塔

10、顶馏出物为丙酮，塔釜馏出物为甲醇和苯。4.乙酸甲酯 a.和甲醇 b.混合物在 45时为恒沸物，今以水为溶剂进行萃取精馏，已知其组成为7.01x，8.0Sx；447.012A；411.021A；3.113A；82.031A；36.023A；22.032A。试求其选择度，并说明塔顶馏出何物？精选学习资料 -名师归纳总结-第 3 页，共 12 页学习必备欢迎下载解：429.02411.0447.0)(21211212AAA06.1282.03.1)(21111SSSAAA29.0222.036.0)(21222SSSAAA7533.0)7.021(429.029.006.1 8.0)21(lg112

11、2112xAAAxSSSS1666.512S由于甲醇的沸点（64.7）低于乙酸甲酯（），则塔顶馏出物为甲醇酮，塔釜馏出物为乙酸甲酯和水。5.某裂解气组成如下表所示。组分H2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 i-C4H10 iy,00.132 0.3718 0.3020 0.097 0.084 0.0132 1.000 现拟以 i-C4H10馏分作吸收剂，从裂解气中回收99%的乙烯，原料气的处理量为 100kmol/h，塔的操作压力为4.052Mpa，塔的平均温度按-14计，求：为完成此吸收任务所需最小液气比。操作液气比若取为最小液气比的1.5 倍，试确定为完成吸收任务所需理论板数。各个组

12、分的吸收分率和出塔尾气的量和组成。塔顶应加入的吸收剂量。解：选乙烯为关键组分，查得在 4.052Mpa和-14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N，9.0关关A9，7128.099.072.0min关关KVLb.理论板数的计算操作液气比0692.17128.05.15.1minVLVL关键组分的吸收因子为485.172.00692.1关关VKLA理论板数868.81485.1lg199.0485.199.0lg1lg1lgAANc.各个组分的吸收分率和出塔尾气的量和组成精选学习资料 -名师归纳总结-第 4 页，共 12 页学习必备欢迎下载由iiiVKLKKAA关关

13、和111NiiNiiiAAA以及iNiivv,1,11；ivV,11；1,1,1Vvyii进行计算结果见表。组分H2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 i-C4H10 iNy,10.132 0.3718 0.3020 0.097 0.084 0.0132 1.000 Ki/3.15 0.72 0.50 0.145 0.056 iN,1，kmol/h 13.2 37.18 30.2 9.7 8.4 1.32 100.0 A/0.3394 1.485 2.1384 7.374 19.093 0 0.3394 0.99 0.995 1.000 1.000,113.2 24.561 0.302 0

14、.0485 0 0 38.1115 iy,10.3464 0.6445 0.0079 0.0013 d.吸收剂量塔内气体的平均流率为：hkmolV/056.6921115.38100塔内液体的平均流率为：944.302)8885.61(000LLLL由0692.1VL，得hkmolL/89.4206.在一精馏塔中分离苯（B），甲苯（T），二甲苯（X）和异丙苯（C）四元混合物。进料量 200mol/h，进料组成 zB=0.2,zT=0.1,zX=0.4(mol)。塔顶采用全凝器，饱和液体回流。相对挥发度数据为：BT=2.25，TT=1.0，XT=0.33，CT=0.21。规定异丙苯在釜液中的回收

15、率为99.8%，甲苯在馏出液中的回收率为 99.5%。求最少理论板数和全回流操作下的组分分配解：根据题意顶甲苯为轻关键组分，异丙苯为重关键组分，从相对挥发度的大小可以看出，二甲苯为中间组分，在作物料衡算时，初定它在馏出液和釜液中的分配比，并通过计算修正物料衡算如下组分进料馏出液id釜液iWB 40 40-T 60 600.995 600.005 X 20 2 18 C 2 0 080D40002.0W998.080解得D=101.86 W=98.14 精选学习资料 -名师归纳总结-第 5 页，共 12 页学习必备欢迎下载TDx=0.5861 TWx=0.0031 CDx=0.00157 CWx

16、=0.8135）（）（）（CTWCTDTCmxxxxN1lglg）（21.01lg0031.08135.00016.05861.0lg=7.35 NmcTxTccxxWdWd）（）（20 xxWd解得xd=1.05mol；xW=18.95mol 组分进料idiWB 40 40 T 60 600.995 600.005 X 20 1.05 18.95 C 80 91.100002.08009.99998.080组分dixwixB 0.3964 0 T 0.5916 0.0030 X 0.0104 0.1912 C 0.00158 0.8057）（）（）（CTWTCDCTmxxxxN1lglg）（

17、21.01lg0030.08051.00016.05916.0lg=7.37 NmcTxTccxxWdWd）（）（20 xxWd组分进料馏出液釜液数量Mol%数量mol%数量mol%苯40 20 40 39.643 甲苯60 30 59.7 59.167 0.3 3.02 二甲苯20 10 1.04 1.03 18.96 19.13 精选学习资料 -名师归纳总结-第 6 页，共 12 页学习必备欢迎下载异丙苯20080100409.10016.000.100159.01.9984.7900.10055.807.某原料气组成如下：组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10 i-C5H

18、12 n-C5H12 n-C6H14 y0(摩尔分率)0.765 0.045 0.035 0.025 0.045 0.015 0.025 0.045 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：为完成此吸收任务所需的最小液气比。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。各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。求塔底的吸收液量解：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）在最小液气比下N=，A关=中关=

19、0.9 关关）（AKVLmin=0.56 0.9=0.504.min1.1）（VLVL=1.10.504=0.5544 99.056.05544.0关关关VKLA所以 理论板数为48.9199.0log9.019.099.0log1log1log）（）（AAN它组分吸收率公式iiVKLA，111NiNiiAAA计算结果如下：组分进料量相平衡常数 Ki iAi被吸收量塔顶尾气数量组成CH476.5 17.4 0.032 0.032 2.448 74.05 0.923 C2H64.5 3.75 0.148 0.148 0.668 3.834 0.048 C3H83.5 1.3 0.426 0.42

20、6 1.491 2.009 0.025 i-C4H102.5 0.56 0.99 0.90 2.250 0.250 0.003 n-C4H104.5 0.4 1.386 0.99 4.455 0.045 0.0006 精选学习资料 -名师归纳总结-第 7 页，共 12 页学习必备欢迎下载i-C5H121.5 0.18 3.08 1.00 1.500 0.0 0.0 n-C5H122.5 0.144 3.85 1.00 2.500 0.0 0.0 n-C6H144.5 0.056 9.9 1.00 4.500 0.0 0.0 合计100.0 19.810 80.190 以 CH4 为例：iA=0

21、32.04.175544.0iVKLi=32.01032.099.0032.0148.9148.9V1（CH4）=（1-i）VN+1=（1-0.032）76.5=74.05 923.05.7605.7411144VVyCHCH）（）（塔内气体平均流率：10.902190.80100vKmol/h 塔内液体平均流率：L=905.9281.19000LLL）（由vl=0.5544；0L=40.05Kmol/h 8.乙醇-苯-水系统在 101.3kPa，64.86形成恒沸物，其组成为 22.8mol%乙醇 a.，53.9mol%苯 b.和 23.3mol%水 c.，利用恒沸点气相平衡组成与液相组成相

22、等这样有利条件，计算在 64.86等温分离该恒沸混合液成为三个纯液体产物所需的最小功。解：在等温等压条件下，将其分离成纯组分时所需最小功为FiFiFiFTxxnRTWlnmin,设为理想溶液，1Fi，若kmolnF1FiFiTxxRTWlnmin,kmolkJ/2836233.0ln233.0539.0ln539.0228.0ln228.0)15.27338.64(31.89.含乙烯 32.4%的乙烯-乙烷混合物于 2Mpa 压力下进行蒸馏，塔顶为纯乙烯，温度为 239K，塔釜为纯乙烷、温度为260K，正常操作下，塔釜加入热量为8800kJ/kg乙烯，试计算分离净耗功为多少？解：设环境温度KT

23、2980，kmolnF1，乙烯的量为kg424.826324.01kmolkJTTQTWHL/6.7465)26012391(2988800424.8)11(0净10.计算题 9 的热力学效率。精选学习资料 -名师归纳总结-第 8 页，共 12 页学习必备欢迎下载解：FiFiFTyyRTnWlnmin,kmolkJ/1560676.0ln676.0324.0ln324.029831.8209.06.74651560min净WW11.试求环境温度下，下表所示的气体分离过程的最小功。组分C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 进料 kmol/h 30 200 370 350 50 1000 产品

24、 1 kmol/h 30 192 4 226 产品 1 kmol/h 8 366 350 50 774 解：求出各物流的组成组分C2 C3 n-C4 n-C5 n-C6 进料 kmol/h 30 200 370 350 50 1000 xiF 0.03 0.20 0.37 0.35 0.05 1.00 产品 1 kmol/h 30 192 4 226 xi10.133 0.850 0.017 1.00 产品 1 kmol/h 8 366 350 50 774 xi20.010 0.473 0.452 0.065 1.00)017.0ln017.085.0ln85.0133.0ln133.0(2

25、26298314.8)0 6 5.0ln065.0452.0ln452.0473.0ln473.001.0ln01.0(774)05.0ln05.035.0ln35.037.0ln37.02.0ln2.003.0ln03.0(1000k m o lkJ/10188.1612.将含丙稀 80%（摩尔）和丙烷 20%的料液在常压下分离为含丙稀99.6%和 5%的两股产品，试求分离最小功。设料液和产品均处于环境温度298K，料液可以当作理想溶液。解：设料液量为 1kmol，计算两股产品的量：8.0105.0996.021QQnn121QQnn联列解得：1Qn0.7928kmol,2Qn0.2072k

26、mol 分离最小功由式（6-15）计算：minw=0.7928(0.996ln0.996+0.004ln0.004)+0.2072(0.05ln0.05+0.95ln0.95)-(0.8ln0.8+0.2ln0.2)RT0=0.4386R T0=1087.4KJ/Kmol料液13.一轻烃混合物进行精馏塔的计算，求得最小回流比Rm=1.45,最小理论板数Nm=8.6。求回流化为 R=1.25Rm,全塔平均板效率为n0.60，所需最小塔板出进)ln()ln(,min,jijijkikikTyynyynRTW精选学习资料 -名师归纳总结-第 9 页，共 12 页学习必备欢迎下载板数。R1.25 1.

27、45=1.8125 由此图查，得：由于，Nm8.6 所以，N19.43 实际板数为：19.43/0.6=32.4=33块14.某厂裂解气组成（摩尔%）如下：13.2%氢、37.18%甲烷、30.2乙烯、9.7%乙烷、8.4%丙烯、1.32 异丁烷、所用的吸收剂中不含所吸收组分。要求乙烯的回收率达到 99%。该吸收塔处理的气体量为100kmo1/h，操作条件下各组分的相平衡常数如下：氢甲烷乙烯乙烷丙烷异丁烷3.10.720.520.150.058 操作液气化为最小液气比的1.5 倍试求:(1)最小液气化;(2)所需理论板数;(3)各组份的吸收因子、吸收率(4)塔顶尾气的组成及数量；(5)塔顶应加

28、入的吸收剂量解：(1)最小液气化(2)所需理论板数 N 精选学习资料 -名师归纳总结-第 10 页，共 12 页学习必备欢迎下载(3)各组份的吸收因子、吸收率吸收因子，以甲烷为例：吸收率，以甲烷为例：(4)塔顶尾气的组成及数量（见表）N+1 A N+1 1y1H 13.2 0 0 0 13.2 34.68 C1037.2 3.449 0.34 12.64 24.56 64.48 C2=30.2 1.485 0.99 29.90 0.030 0.79 C209.7 2.058 0.9982 9.68 0.020 0.05 C3=8.4 7.128 1.000 8.40 0.00 0.00 iC4

29、0 1.32 18.48 1.000 1.32 0.00 0.00 61.94 38.06 100.00(5)塔顶加入的吸附剂的量15.在内径为 D=0.4 的立式吸附器中,装填堆积比重为220千克/米的活性炭,其床层高度为 1.1 米。今有含苯蒸汽的空气以14米/分的速度通过床层。苯的初始浓度为 39 克/米。假设苯蒸汽通过床层后完全被活性炭吸附其出口浓度为零。精选学习资料 -名师归纳总结-第 11 页，共 12 页学习必备欢迎下载活性炭对苯的动活性为7%（重），床层中苯的残余为0.5%（重）。试求：a.每一使用周期可吸附的苯量；b.吸附器每一周期使用的时间；c.每一周期该吸附器所处理的笨-空气混合物的体积。解：a.被吸附的体量=G(动活性-残余活性)=30.395*（7%-0.5%）=1.976kg b.c.16.今从空气混合物中吸收石油气，空气混合气的流量为3450m3/h，石油气原始含量为，CO=0.002kg/m3按设备截面积计算混合气的线速为u=0.33m/s。活性炭对石油气的动活性为0.07（重）脱附残余吸附量为0.08（重），活性炭的堆积比重=300kg/m3，吸附剂量再生时的吹扫、脱附冷却的时间为14.5 小时候。求所需填充的活性炭量，吸附床层的直经和高度。解：精选学习资料 -名师归纳总结-第 12 页，共 12 页