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1、-分离过程计算题-第 9 页计算类型第一章：1：假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。求：（1） 总变更量数Nv; （2） 有关变更量的独立方程数Nc；（3） 设计变量数Ni;（4） 固定和可调设计变量数Nx , Na；解： 3股物流均视为单相物流：总变量数Nv=3(C+2)=3c+6独立方程数Nc物料衡算式 C个 热量衡算式1个 相平衡组成关系式C个1个平衡温度等式1个平衡压力等式 共2C+3个故设计变量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定设计变量NxC+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na02：满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求：（1） 设计
2、变更量数是多少？（2） 如果有，请指出哪些附加变量需要规定？解： Nxu 进料 c+2压力 9c+11=7+11=18Nau 串级单元 1 传热 1 合计 2NVU = Nxu+Nau = 20附加变量：总理论板数。第二章：1：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
3、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
4、.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。2：含有80%（mol）醋酸乙酯（A）和20%(mol)乙醇（E）的二元物系。液相活度系数用Van Laar方程计算，AAE=0.144，AEA=0.170。试计算在101.3kPa压力下的泡点温度和露点温度。 解：由Vanlaar方程得： ，得1.0075 ,得=1.1067 因为低压气体可视为理想气体，故 ，得 （1）泡点温度时，设T348.15K，由安托尼方程得 94
5、.377kPa,88.651kPa 故+= =0.9451，故所设温度偏低 重设T350.1K时0.9921 故露点温度为350.1K 3：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；或或第三章：1. 已知第一脱甲烷塔的进料组成及操作条件下各
6、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1234567组 分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C4xiF/摩尔%33.85.833.225.70.500.200.70Ki/1.70.280.180.0330.0220.004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%乙烯的回收率为96%或将计算结果列表如下：组
7、分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C40.3380.580.3320.2570.0050.0030.0071.0000.8280.1390.033/1.000/0.0020.5380.4340.0080.0050.0121.00033.85.6841.328/40.8120.11631.87225.700.500.300.7059.188不清晰分割物料衡算由计算各组分的相对挥发度，结果列表。序 号1234567组 分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C4xiF/摩尔%33.85.833.225.70.500.200.70Ki/1.70.280.180.0330.0220.00
8、4i3/6.0711.00.6430.1180.0790.014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。由和分别计算组分4、5、6、7的分布。对组分4：；而由此计算得；对组分5：；而由此计算得；将计算结果列表如下：组 分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C40.3380.580.3320.2570.0050.0030.0071.0000.8240.1390.0320.005/1.000/0.0020.5400.4320.0080.0050.0121.00033.85.6841.3280.189/41.0010.11631.87225.5110.500.300.7058.
9、9992. 某连续精馏塔的进料、馏出液、釜液组成以及平均条件下各组分对重关键组分的平均相对挥发度如下：组 分ABCD0.250.250.250.251.000.500.480.02/1.00/0.020.480.501.0052.510.2进料为饱和液体进料。试求：a.最小回流比，b.若回流比，用简捷法求理论板数。解：以F=100Kmol进料为基准，由题意选择B为轻关键组分，C为重关键组分。采用Fenske公式计算最少理论板数：采用Underwood法计算最小回流比：；由于进料为饱和液体进料，故，采用N-R法迭代求，设由题意，查吉利兰（Gilliland）关联图求得理论板数3. 甲醇a.-丙酮
10、b.在55.7时形成恒沸物，其恒沸组成为，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：；解：以水作萃取剂以苯作萃取剂，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），则塔顶馏出物为丙酮，塔釜馏出物为甲醇和苯。4. 试求总压力为86。695Kpa时，氨仿a.-乙醇b.之共沸组成与共沸温度。已知：设温度为55，则由饱和蒸汽压公式得P1s=82.372 P2s=37.311由恒沸物的特点有：由于ln1/2=0.59
11、x22-1.42x12+1.66x1x2故ln37.311/82.372=0.59x22-1.42x12+1.66x1x2又x1+x2=1由上式解得：x1=0.8475，x2=0.1525由活度系数公式得1=1.0475，2=2.3120所以P=1x1P1s+2x2P2s=86.2795. 某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为，端值常数与温度的关系：A=1.7884-4.2510-3T （T，K）蒸汽压方程为 （P：kPa：T：K）假设汽相是理想气体，试问99.75Kpa时系统是否形成共沸物？共沸温度是多少？解： 设T为352K则A=1.7884-4.2510-3352=0.2924=97
12、.2143；=127.3473由=0.9617=1-0.9617=0.0383=1.0004=1.3105P=1.00040.961797.2143+1.31050.0383127.3473=99.9202第四章：6. 某原料气组成如下：组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12n-C6H14y0(摩尔分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045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：为完成此吸收任务所需的最小液
13、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=0.9=0.56 0.9=0.504.=1.10.504=0.5544所以 理论板数为它组分吸收率公式 ，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.
14、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100.019.81080.190 以CH4为例：V1（CH4）=（1-）VN+1=（1-0.032）76.5=74.05塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率：L=由=0.5544；=40.
15、05Kmol/h7. 用烃油吸收含85%乙烷，10%丙烷和平演变%正丁烷（摩尔百分率）的气体，采用的油气比为1，该塔处理的气体量为100kmol/h操作压力为3大气压，实际板数为20块，板效率为25% 计算：a.平均温度为多少，才能回收90%的丁烷；b.各组份的平衡数；c.吸收因子、吸收率；d.尾气的组成。操作务件下各组分的平衡常数如下：乙烷： K=0.13333t+5.46667丙烷: K=0.06667+1.3333正丁烷:K=0.02857t+0.08571(t的单位为)(1)求平均温度解得t=26.09(2)各组份的平衡常数 K1=0.1333326.09=5.46667=8.945K2=0.0666726.09+1.13333=2.873 K3=0.0285726.09+0.08571=0.831(3)吸收因子、吸收率 以乙烷为例 其他组分的计算结果见表 (4)尾气的组成见表组分 N+1 吸收因子A 吸收率 尾气量 尾气组成乙烷 85 0.112 0.112 75.48 0.915丙烷 10 0.348 0.347 6.53 0.079正丁烷 5 1.203 0.900 0.50 0.006 82.51 1.000