分离工程.docx
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分离工程
1、欲分离苯
（1）、甲苯
（2）和二甲苯（3）的三元混合物，精馏塔的进料、塔顶产品和塔底产品的组成如下：
（1种解法）
组分
苯
甲苯
二甲苯
塔顶产品
0.995
0.005
0
塔底产品
0.005
0.724
0.251
进料
0.600
0.300
0.100
塔于常压下操作。
试求：
（1）塔顶分凝器和塔釜温度。
（2）若进料温度为92oC，确定进料相态。
假设液相服从拉乌尔定律，汽相可作为理想气体。
三个组分的蒸汽压分别用下列各式计算：
答案：
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习题1
解：
（1）塔顶分凝器温度，即分凝器出口蒸汽的露点温度。
（2）塔釜温度，即釜液组成的泡点温度。
（3）确定92℃时的进料状态。
2、异丙醇
（1）—水
（2）系统的无限稀释活度系数
试用此对数值计算wilson常数λ12和λ21，并计算x1=0.1665（mole分率）时的泡点温度和汽相组成y1。
已知：
异丙醇和水的蒸汽压可分别用下列各式计算：
（1种解法）
系统处于常压。
（提示：
试差求λ12和λ21时，可取初值λ12=0.1327）
答案：
习题2
解：
已知：
代入Wilson方程
设
由此反复迭代，直到 为止。
得：
Λ12＝0.1327，Λ21＝0.7393
将Λ12，Λ21代入Wilson方程，并计算x1＝0.1665，x2＝0.8335时的 。
得：
设该二元系汽相为理想气体，液相为实际溶液，则
设t＝100℃，计算，
设t＝80.0℃，计算，
设t＝84.1℃，计算。
计算汽相组成：
3、用常规精馏分离下列烃类混合物：
（1种解法）
组分
CH4
C2H4
C2H6
C3H6
C3H8
C4（烷烃）
mole%
0.52
24.9
8.83
8.7
3.05
54.0
工艺规定塔顶馏出液中C4浓度不大于0.002，塔釜残液中C3H8不大于0.0015，试应用清晰分割法估算塔顶和塔底产品的量和组成。
答案：
习题3
解：
设F=100Kmol/h
组分 di bi
CH4 0.52 0.0 0.0113 0.00
C2H4 24.9 0.0 0.5412 0.00
C2H6 8.83 0.0 0.1919 0.00
C3H6 8.70 0.0 0.1891 0.00
C3H8 2.97 0.081 0.0645 0.0015
nC4 0.092 53.908 0.002 0.9985
4、设工艺规定C3H6为轻关键，C4为重关键，上题料液在常规精馏塔中分离，要求C3H6在塔顶的收率为0.99，C4在塔底的收率为0.995。
假设全部轻组分全部从塔顶馏出。
试计算：
（1）用Underwood方程计算Rm和C3H8在两端产品中的分布，算出两端产品的量和组成（设F=100Kmol/h，泡点体进料）。
（2）计算Nm。
各组分的j如下：
（3）取R=1.5Rm，求N。
5、某料液的组成如下：
（1种解法）
组分
丙烯
丙烷
异丁烷
mole分率
0.7811
0.2105
0.0084
于泡点时加入常规精馏塔进行分离。
要求塔顶产品中丙烯的mole分率99.5%，塔底产品中的丙烯mole分率5%。
试计算：
（1）分离所需的Rm，并取R=2Rm，计算所需的理论板数N。
（2）如果塔顶精丙烯产品中精丙烯浓度达99.7%，塔底组成保持不变，试计算此时能耗比生产99.5%产品时的增加多少？
已知：
12=1.12184，22=1.0，32=0.54176。
答案：
习题5：
解：
第一部分
1）LK－丙烯，HK－丙烷，q＝1，xD丙烯≥99.5％，XB丙烯≤5％
第二部分：
6、某石油化工厂脱甲烷塔塔底产品组成如下：
组分C2=C20C3=C30
分子分数0.67300.13300.18300.011
操作压力35atm（绝）。
试确定该塔塔底温度。
7.脱乙烷塔塔顶汽相流出物组成如下：
组分
C1
C2=
C20
C3=
分子分数
0.0039
0.8649
0.1286
0.0026
操作压力26atm（绝）。
试确定该塔塔顶温度。
8.脱甲烷塔塔底产品经节流膨胀进入脱乙烷塔，进料量400公斤分子/小时，脱乙烷塔操作压力26atm（绝），塔顶产品经分凝器汽相出料。
分离要求：
塔顶产品含C3=≤0.1%，塔底产品含C20≤0.2%。
试确定塔顶、塔底产品的数量及组成等工艺条件。
9.已知某脱乙烷塔，操作压力28.8*0.1013MPa，塔顶采用全凝器，塔顶产品组成如下：
组分
C1
C2=
C20
C3=
总和
组成XDi
1.48
88.00
10.16
0.36
100%（分子%）
求塔顶温度。
10.某精馏塔操作压力1*0.1013MPa，其进料组成如下：
组成
n-C40
n-C50
n-C60
n-C70
n-C80
总和
组成XFi
0.05
0.17
0.65
0.10
0.03
1.00
求：
（1）露点进料的进料温度；
（2）泡点进料的进料温度。
11.已知某混合物组成如下：
组分
C20
C30
n-C40
n-C50
总和
组成XFi
0.08
0.22
0.53
0.17
100%（分子%）
压力为22*0.1013MPa泡点进料，而后绝热瞬间降压到13.6*0.1013MPa，试求等焓节流的汽化率与温度的关系，作出闪蒸曲线及等焓平衡线，找出汽化率及节流后温度。
12.某厂脱丙烷塔每小时进料量为53.24公斤分子/小时，进料组成如下：
组成
C20
C3=
C30
C4=
C40
C50
总和
组成XFi
0.0051
0.3070
0.3515
0.1465
0.1518
0.0381
1.0000
塔的操作压力为17.2*0.1013Mpa，进料泡点为66℃，要求塔顶馏出液中C4=不大于0.0051（分子%），塔釜残液中C30不大于0.0051（分子%）。
试用清晰分割法作物料衡算，并计算的C30，C4=回收率。
13.已知第一脱甲烷塔的进料组成如下：
组分
H2
CH4
C2H4
C2H6
C3H4
总和
组成
0.1280
0.2517
0.2310
0.3860
0.0033
1.000
Ki
26
1.7
0.34
0.24
0.051
塔的操作压力为34*0.1013Mpa，塔顶，塔底的平均温度为-50℃。
要求塔底乙烯回收率93.4%，塔顶甲烷回收率98.9%，按不清晰分割估算塔顶，塔底产品组成。
14.已知C2—C3塔的进料液，塔顶馏出液，塔釜液的组成如下：
C2H4
C2H6
C3H4
C4
总和
进料液
0.3414
0.0282
0.5017
0.1287
1.0000
塔顶液
0.9244
0.746
0.0010
——
1.0000
塔釜液
——
0.0010
0.7950
0.2040
1.0000
塔的操作压力为29*0.1013Mpa，泡点进料，试计算最小回流比。
15.某分离乙烷和丙烯的连续精馏，其进料组成如下：
（均为分子分数）
组分
CH4
C2H6
C3H6
C3H8
i-C4H40
n-C4H10
总和
组成
0.05
0.35
0.15
0.20
0.10
0.15
1.00
α平均
10.950
2.590
1.000
0.884
0.422
0.296
----
要求馏出液中丙烯浓度≤2.5%，残液中乙烷浓度≤5.0%，并假定残液中不出现甲烷，在馏出液中不出现丙烷及更重的组分。
试求：
（1）进料量为100公斤分子/小时，馏出液和残液的组成和流量。
（2）若按饱和液体进料，进料温度为26℃，平均操作压力为27.4*0.1013Mpa，试用简捷法计算理论塔板数（塔顶采用全凝器）。
（3）确定进料板位置。
16.某精馏塔共有三块理论板，示意图如下：
组分
1
2
3
总和
组成XFi
33.3
33.3
33.4
100
Ki
1
2
3
----
试用比流量法计算塔顶及塔釜各组分的量及组成。
（题16附图）
17.按16题的数据，试用三对角矩阵法，解物料平衡式（作一次物料平衡的计算，不作流率校正）
18.设计带侧线采出的乙烯精馏塔，要求乙烯纯度为99.9%，甲烷为0.01%，乙烷为0.09%，塔釜乙烯带出来；带出量不大于2%。
已知进料组成为：
组分
C1
C2=
C20
总和
组成XFi
0.16%
80.3%
19.54%
100%
塔操作压力为20.5*0.1013Mpa，进料状态q=0，已知拔顶数αC1C2==5.4，精馏数αC2=C20=1.415。
试求：
（1）拔顶气体量，乙烯产品量，釜液量（按进料量为100公斤分子/小时计）
（2）拔顶段和精馏段的理论板数。
19.10分子A，40分子B和50分子C组成三元非均相液体混合物，其中A，B互溶成为一相，C和A，B完全不互溶组成另一相。
试求与这两液相平衡的气相组成。
已知：
40℃
KA=1.8
KB=0.4
KC=0.19
50℃
KA=2.0
KB=0.5
KC=0.2
（题19附图）
20.根据分子总和方程
，和相对挥发度的定义αij=
=
推导yi=
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