分离工程习题与思考题

分离工程习题与思考题（2010.4）分离工程习题第二章精馏1.欲分离苯(1)-甲苯(2)-二甲苯(3)三元混合物，精馏塔的进料、塔顶和塔釜产品的组成如下：组成mol分率苯甲苯二甲苯塔顶0.9950.0050.000塔底0.0050.7440.251进料0.6000.3000.100的操作压强为1atm（绝对）。试求：1)塔顶分凝器温度和塔釜温度；2)若进料温度为92℃，判断进料状态。假定液相服从拉乌尔定律，汽相可当作理想气体，三个组分的蒸汽压分别按下式计算：123ln15.90082788.51/(52.36)ln16.01373096.52/(53.67)(,)ln16.13903366.99/(58.04)SSSiSpTpTpmmHgTKpT⎫=−−⎪=−−−−⎬⎪=−−⎭苯：甲苯：二甲苯：2．异丙醇(1)-水(2)系统的无限稀释活度系数为，试用此对数值计算Wilson常数，并由此计算129.78,3.22γγ∞∞==1221ΛΛ和10.1665x=(mole分率)时的汽相组成y1和泡点温度tB。系统处于常压（设为1atm绝对压）。已知：异丙醇和水的蒸汽压方程可分别用下列各式计算：123640.20ln18.692953.54(,)3816.44ln18.303646.13SSpTPmmHgTKpT⎫=−⎪⎪−−−⎬⎪=−⎪−⎭异丙醇：水：（提示：试差求时，可取初值Λ12＝0.1327）1221ΛΛ和3．用常规精馏塔分离下列烃类混合物：组分：CH4C2H4C2H6C3H6C3H8nC4H10Mol%：0.5224.98.838.73.0554.0工艺规定塔顶流出液中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。1分离工程习题与思考题（2010.4）4．设工艺规定C3H6为轻关键组分，C4为重关键组分，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。假设轻组分全部从塔顶馏出。试计算：（1）用Underwood方程计算Rm和C3H6在塔两端产品中的分布，算出两端产品的量和组成（设F=100Kmol/h，泡点进料）。（2）计算Nm。各组分的相对挥发度如下：0014223317.47.185.002.172.01.00CCCCCCαααααα======＝＝（3）取R＝1.5Rm，求N。5.某料液的组成如下：组分丙烯丙烷异丁烷mol分率0.78110.21050.0084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％，塔底产品中丙烯mole分率≤5％。计算：（1）分离所需的Rm；取R＝2Rm，计算所需的理论板数N。（2）如果塔顶精丙烯产品中丙烯丙烯浓度达99.7％，塔底产品组成保持不变，计算此时能耗比生产99.5％产品时的增加多少？已知相对挥发度：1222321.121841.00.54176ααα＝＝＝特殊精馏习题1.某合成橡胶厂欲用萃取精馏法分离丁烯-1（1）和丁二烯（2），以乙腈作为萃取剂。原料流量为100Kmol/h，含丁烯-1为0.7，丁二烯为0.3（mol分率），于露点加入塔中。塔内萃取剂浓度基本保持在xs=0.8。工艺要求塔釜液脱乙腈后丁二烯纯度达99.5％；塔顶丁二烯浓度小于0.05％，乙腈含量小于0.1％。计算所需的理论板和溶剂用量。12120.8,1.6719.211.51.5SSSSxRRmααα=====已知：时，，，取。2．由乙酸乙酯和乙醇组成的二元系，在常压下汽相可以作为理想气体处理，液相的活度系数可由范拉尔方程计算，范拉尔常数为A12=0.8552，A21=0.7526。试判断72.6℃时此系统是否是恒沸物？如存在其组成如何？12ln16.15162790.50/(57.15)ln18.91193803.98/(41.68)SSiSpTpmmHgpTT=−−−=−−−已知：两组分的蒸汽压可以按下列方程计算：乙酸乙酯：乙醇：K2分离工程习题与思考题（2010.4）3.某二元混合液用恒沸精馏方法进行分离，加入的夹带剂S和组分A形成最低恒沸物，从塔顶蒸出，应用空气冷却器使它全部冷凝，部分作为回流，部分作为塔顶产品。设定空冷器的空气进出口温度分别为35℃和45℃，要求空冷器的有效温差为10℃。a)试估算塔的操作压力最小为多少？b)计算恒沸物的组成。ASln15.75272766.63/(5050)ln16.65132940.46/(35.93)ssAisSpTPmmHgTKpT⎫=−−−⎪⎬−=−−⎪⎭已知：组分和夹带剂的饱和蒸汽压可分别由下式计算：22ln1.5ln1.5==ASSAxxγγ两者的活度系数按下列方程计算：汽相可以作为理想气体处理。第三章吸收1.气体混合物中的SO2用水吸收，此时水溶液中发生如下电离过程：22SOHOHHSO+++R3吸收温度20℃，常压操作。试求：当气相中SO2的mol分率为0.04时，SO2在水中被吸收的平衡总浓度kgSO2/m3。已知：上述电离过程的平衡常数为2332[][]1.710/[]HHSOKkSO+−−==×molm，20℃时SO2的溶解度常数HSO2=0.613atm/(kmol/m3)。2.一级不可逆反应的化学吸收过程。已知：k1=10-4m/s，DL=1.5*10-9m2/s，试讨论：（1）反应速度常数k1*高于什么值时，将在液膜中进行快速反应过程；k1*低于什么值时，将在液流主体中发生慢反应？（2）如果k1*＝0.1s-1，试问液相主体体积与液膜体积之比αL大于多少，反应方能在液相主体中完成？（3）如果αL＝30，k1*＝0.2s-1，试求增强因子β多大？3.计算25℃，用浓度为0.8Kmol/m3的NaOH溶液吸收CO2的速率NA。已知：k1=2×10-4m/s，CO2的溶解度常数HCO2’=3×106Pa/(kmol/m3)，气相中CO2分压PA=105Pa，扩散系数DAL=DBL=1.5×10-9，kg＝3×10-2kmol/(m2.s.atm)，反应速度常数k2*=8800m3/kmol.s。（提示：计算时可首先假设CAi＝pA/HA，再校正）。3分离工程习题与思考题（2010.4）4.某易溶于水的气体A的亨利系数HA=0.5atm/mole分率，难溶于水的气体B的亨利系数HB=50000atm/mole分率，溶液的mole密度CM=55.6Kmol/m3。（1）如果是物理吸收，分别计算这两种气体的气膜阻力和液膜阻力之比。此时，kl＝10-3cm/s，kg＝1.67×10-5mol/(cm2.s.atm)。（2）试分析对于哪一种气体应用快速反应的化学吸收增强作用会更大一些。5.空气中含有有害杂质A需要除去，要求其含量由0.1％减至0.02%(mol)。试计算下列三种逆流吸收的填料层高度。1)纯水吸收；kga＝32kmol/(m3.h.atm)，kla＝0.1h-1。A在纯水中的溶解度常数HA=0.125atm/(Lmol/m3)，气液两相流率分别为L=63.5kmol/m2.h，G=9.1kmol/m2.h，液相的摩尔密度CM=56.1kmol/m3。常压吸收。2)用CB＝0.8kmol/m3（即0.8N）的强酸溶液进行吸收，已知：DAL＝DBL，kAL＝kBL，瞬间反应A+B→P；3)用CB=0.128kmol/m3（即0.128N）的强酸溶液进行吸收。6.某厂脱乙烷塔的塔顶气体组成如下：组分C2H6C2H4C2H2总和摩尔流率12.687.00.4100拟用丙酮作吸收剂除去其中乙炔，操作压力为18绝对压，操作温度为-20C，此条件下各组分的相平衡常数为：组分C2H6C2H4C2H2K3.252.250.3乙炔的回收率为0.9995，用吸收因子法计算脱乙烷塔的（1）完成此任务所需的最小液气比（L/G)min。（2）取操作液气比为最小液气比的1.83倍所需的理论板数N。（3）各组分的回收率和出塔尾气组成η，y1。（4）进料为100kmol/h，塔顶应加入吸收剂丙酮的用量L0。7.用纯水吸收混合气体中的A。气体中A的浓度为0.01，塔内的液气比L/V=10，操作压力P=3.039×105Pa。已知：当t＝10℃，HA＝2.453Mpa，尾气中A的浓度达到0.001。当t＝30℃，HA＝4.852Mpa。问：用30℃水吸收时尾气中A的含量为多少？4分离工程习题与思考题（2010.4）分离工程思考题1.汽液相平衡系统分几类？各类相应的Ki计算式怎样？2.工程计算中求取相平衡常数的常用途径有哪两条？各自的Ki计算式怎样？3.应用状态方程计算LiViϕϕ和的方程相同，那么如何确定算得的结果是LViiϕϕ和？4.现有乙烷，丙烷和异丁烷组成的三元混合物，采用SRK方程计算它们的相平衡常数Ki，试问需要查取哪些解除数据才能计算它们的Ki？5.现有乙醇，水和正丙烷组成的三元混合物，采用Wilson活度系数和Virial方程计算气相逸度系数，试问需要查取哪些解除数据才能计算它们的Ki？6.何谓真实气体的理想溶液？当汽液两相均可作为理想溶液处理时，Ki取决于哪些因素？7.以局部组成概念为基础的活度系数方程用来预计多元系的汽液平衡，比起Whol型一类方程有哪些优点？8.教材介绍的泡点计算的框图用来计算压力不十分高系统泡点十分有效，试分析原因。9.当汽液两相均可作为理想溶液处理时，泡点温度计算的基本方程是什么？写出泡点温度计算的框图。10.如何比较简单判别一个混合物状态？试归纳相态判别的关系式。11.等温闪蒸计算机的计算，采用目标函数和迭代变量是什么？用它们有什么优点？12.构成一个计算机计算的要点是什么？试以Wang-Hanke法为例进行剖析并由此说明该算法的局限性。13.试推导多级分离过程的MESH方程组。14.三对角线的BP法和SR法的框图怎样？两法各自适用的物系是哪些？15.精馏塔操作压力的上、下限各由什么因素决定？增大操作压力对分离效果和能耗有什么影响？16.何谓关键组分？精馏分离的多元混合物可能含有哪些组分？17.有A、B、C、D（以挥发度递减次序排列）四组分组成的料液加入精馏塔中进行分离。试对A、B，B、C或C、D是轻重关键组分时，塔在Rm下操作时塔中的恒浓区位置进行分析。因为什么组分的变化引起恒浓区位置的变化？18.估算精馏塔塔顶和塔底产品的量和组成有哪两种方法？各自的基本假定有哪些？19.试应用教材中推导的α12/S计算式（式2-153），说明萃取精馏中溶剂的作用。如果原料中两组分的相对挥发度十分接近于1，靠加入溶剂的什么作用才可能使α12/S较大地偏离1？20.何谓萃取精馏溶剂的选择性？其值是否一定要大于1？21.萃取精馏捷算法计算溶剂用量，回流比与理论级数的假定有哪些？22.预测压强不高时物系恒沸点的基本关系式怎样？一般两组分的沸点差在什么范围内才能形成恒沸物？如何判断计算得到的恒沸物是最低恒沸物，还是最高恒沸物？23.分别画出恒沸精馏塔塔顶产物是三元非均相恒沸物和两元均相恒沸物的流程。24.决定恒沸精馏塔塔顶产物和塔底产物的基本原则有哪几条？25.实际板和理论板的差异有哪些？AICHE的效率估算法是如何计算这些差异的？哪些差异尚未考虑到？玻璃OldShaw筛板塔测得的板效率与工业规模大塔的什么效率在什么条件5分离工程习题与思考题（2010.4）下相当？一般此测得的效率比大塔的效率大还是小？为什么？27.板效率随塔径如何变化？请说明变化的原因？28.试分析精馏正负系统的适宜工况。29.NT和NOG间如何换算？在什么条件下才相等？30.化学反应是如何影响吸收相平衡的？当物理溶解量可以忽略时，化学吸收相平衡有何特点？31.化学吸收速率中增强因子有哪两种定义？β=1时，吸收速率是否有所增强？32.当吸收速率式表示为(ALAiALNKCC)β=××−时，在溶质A的气相分压不变的条件下，吸收速率是否增大了β倍？33.化学吸收促使传质速率增大的原因是什么？对于气膜控制物系还是液膜控制物系其增强作用更大？34