分离工程作业答案.doc

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二 4。一液体混合物的组成为：苯0。50;甲苯0.25;对二甲苯0。25（摩尔分率）。分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在100kPa时的平衡温度和汽相组成。假设为完全理想系。
苯：1n =20。7936—2788。51/（T—52。36）；
         甲苯:1n =20.9065-3096。52/（T—53。67）；
         对 —二甲苯:1n =20。989 1-3346。65/(T-57.84)；
解1:（1)平衡常数法. 假设为完全理想系。设t=95℃
苯： ；

甲苯： ；

对二甲苯：;

;

选苯为参考组分：；
解得t2=94.61℃
；
；
=0。6281 =0.2665

故泡点温度为94。61℃，且；
；
(2）相对挥发度法
设t=94。61℃,同上求得=1。552,=0。6281，=0。2665
，，

故泡点温度为94。61℃，且;
；
温度为94。61℃，，

满足完全理想系的相平衡条件
解2:(1）平衡常数法： 设T=368K 用安托尼公式得：
； ;

由式（2-36）得：
; ；
； ； ；
由于>1.001，表明所设温度偏高。
由题意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得:
可得
重复上述步骤：
； ；
； ； ；
在温度为367.78K时,存在与之平衡的汽相，组成为：苯0。7765、甲苯0。1511、对二甲苯0。066675.
（2)用相对挥发度法:
设温度为367.78K，取对二甲苯为相对组分。计算相对挥发度的：
； ；
组分i
苯(1）
甲苯（2）
对二甲苯(3）

0.50
0.25
0.25
1.000

5。823
2。356
1。000

2.9115
0。589
0。2500
3。7505

0。7760
0.1572
0。0667
1.0000

二 11、组成为60%(mol)苯，25％甲苯和15%对二甲苯的100kmol液体混合物，
在101。3kPa和100℃下闪蒸.试计算液体和气体产物的量和组成。假设该物系为理想溶液。用安托尼方程计算蒸气压。
解：①在373K下
苯：

甲苯：

对二甲苯：

②核实闪蒸温度：
假设100℃为进料的泡点温度，则

假设100℃为进料的露点温度，则

说明进料的实际泡点温度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。
③令Ψ1=0.1

因f（0.1)＞0，应增大Ψ值；
由（2—73）得：

由（2—72）得

Ψ=0。7415，函数f接近0。
④用式（2—67）、(2-68）分别计算xi，yi
，
x1=0。3819,y1=0.6760
同理： x2=0.3129，x3=0。3048
y2=0.2281,y3=0。0960
⑤计算V、L
V=74。15kmol L=25.85kmol
解法2：①在373K下
苯：

甲苯：

对二甲苯：

②计算混合组分的泡点Tb Tb=364。076K
计算混合组分的露点Td Td=377.83K

此时：x1=0。38,x2=0.3135，x3=0。3074,L=74。77kmol；
y1=0。6726，y2=0.2285，y3=0.0968，V=25。23kmol.

三 7、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=0.3， zX=0。1,zC=0。4 (mol）。塔顶采用全凝器,饱和液体回流.相对挥发度数据为：=2。25,=1.0,=0.33，=0。21。规定异丙苯在釜液中的回收率为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（T）为轻关键组分，异丙苯（C）为重关键组分，
则苯（B)为轻组分，二甲苯（X）为中间组分。
以重关键组分计算相对挥发度.

由分离要求计算关键组分在塔顶釜的分配.

所以
由与求出非关键组分的分布
苯: =0，=2000。2=40mol/h
二甲苯：，+=2000。1=20
求得=1。06 mol/h，=18.94 mol/h，
物料平衡结果见下表:
组分

苯(B)
0.2
40
0.396
0
0
甲苯（T)
0.3
59.9
0.592
0。3
0.003
二甲苯(X）
0。1
1.06
0.010
18。94
0.191
异丙苯(C)
0.4
0.16
0。002
79.84
0.806

100。92
1.00

99。08
1.00
三 14。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①系统是否形成共沸物？②共沸温度是多少？
解:①假设汽相是理想气体，液相为非理想溶液，则 ，
相对挥发度:
当x1=0，x2=1,p=p2s，代入解得，T=344。68K，且

当x1=1，x2=0，p=p1s,代入解得，T=352.79K，且

由于是x1的连续函数，当x1由0变化到1时，由1。055变化到0。572,中间比然经过的点，且,均大于1，所以此溶液在99。75Kpa时汽液平衡形成最低恒沸物。
② 设T为350K
则A=1.7884-4.2510-3350=1.7884—1.4875=0。3009
;=91。0284 kPa
；=119。2439 kPa
因为在恒沸点
S
由得
P
）
（
）
（
1
2
1
2
2
2
1
1
2
2
1
2
1
ln
ln
ln
ln
x
A
x
x
A
P
S
-
=
-
=
-
=
=
g
g
g
g

）
（
1
2
1
3009
.
0
91 0284
.

119.2439
.

ln
x
-
=

解得：x1=0。0513，x2 =0。9487
2
1
9487
.
0
3009
.
0
ln
´
=
g
；=1。3110
2
2
0513
.
0
3009
.
0
ln
´
=
g
；=1。0008
P==1。31100。051391。0284+1.00080。9487119。2439
=119。3393 kPa kPa
设T为340K
则A=1。7884-4.2510-3340=0。3434
；=64.7695 kPa
;=84.8458 kPa
P
由）
（
1
1
2
2
1
ln
x
A
P
S
S
-
=
;）
（
1
2
1
3434
.
0
7695
.
64
8458
.
84
ln
x
-
=

解得： x1=0.1069，x2=0。8931
2
1
8931
.
0
3434
.
0
ln
´
=
g
；=1.3151
2
2
1069
.
0
3434
.
0

ln
´
=
g
；=1。0039
P==1。31510.106964.7695+1.00390。893184。8458
=85。1769 kPa kPa
设T为344。6K
则A=1。7884-4。2510-3344.6=0.3239
344.6
4050
0826
.
16
ln
1
-
=
S
P
；=75。9324 kPa
344.6
4050
3526
.
16
ln
2
-
=
S
P
;=99。4687 kPa
由）
（
1
1
2
2
1
ln
x
A
P
S
S

-
=
P
；）
（
1
2
1
3239
.
0
9324
.
75
4687
.
99
ln
x
-
=

=0.0832 =0。9168
2
1
9168
.
0
3239
.
0
ln
´
=
g
；=1。3129
2
2
0832
.
0
3239
.
0
ln
´
=
g
；=1.0022
P==1。31290.083275.9324+1。00220.916899.4687
=99.69 kPa kPa

所以，此溶液形成最低共沸物，共沸温度为344。6K。

四 9、某原料气组成如下：
组分 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i—C5H12 n-C5H12 n—C6H14
y0 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95%。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。95
=0.560。95=0.532
（2）理论板数的计算:
操作液气比
=1。10.532=0。5852

（3)尾气的数量和组成计算：
以甲烷为例：
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（原料气量假设为100kmol/h）
组分

kmol/h
Ki

CH4
76。5
17。4
0.034
0。034
2。601
73。899
0。927
C2H6
4。5
3.75
0.156
0.156
0.702
3.798
0。048
C3H8
3.5
1.3
0.45
0。45
1.575
1。925
0。024
i-C4H10
2.5
0。56
1.045
0。95
2。375
0.125
0.0016
n-C4H10
4。5
0。4
1.463
0.998
4.491
0.009
0。0001
i-C5H12
1。5
0.18
3。251
1.00
1.500
0.0
0。0
n—C5H12
2.5
0。144
4.064
1.00
2.500
0.0
0.0
n-C6H14
4.5
0.056
10.45
1。00
4。500
0.0
0。0
合计
100。0
-
—
-
20。244
79.756

（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+=79.756+
联立求解得=62。719Kmol/h。 =42.475Kmol/h

五 7、简述超临界流体和超临界流体萃取的特点。
答:超临界流体的特点：超临界流体具有低粘度、高密度、扩散系数大的特点，因此，超临界流体有类似于液体的超强的溶解能力和近似于气体的较快的扩散能力和渗透特性.
超临界流体萃取的特点：
（1）优点：①用超临界流体萃取具有与液体相近的溶解能力，比液体溶剂渗透快，渗透深,能更快达到萃取平衡，大大缩短分离时间。
②操作参数主要为压力和温度，比较容易控制。
③超临界流体萃取集精馏和液液萃取特点于一体，可能分离一些常规方法难以分离的物系。
④超临界流体可在常温下操作，故特别适合于热敏性、易氧化物质的提取和分离。
⑤超临界流体具有极强的溶解能力,能实现从固体中提取有效成分。
⑥萃取剂的分离回收容易。
（2）缺点：①高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏；
②高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求也高；
③超临界流体中溶质浓度相对还是较低，故需大量溶剂循环；
④超临界流体萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。

五 8、试讨论反胶团萃取过程的主要影响因素.
答：(1)与反胶团有关的因素：表面活性剂的种类、浓度，有机溶剂的种类，助表面活性剂及其浓度。
（2)与水相有关的因素:pH值，离子种类，离子强度。
(3）与萃取物有关的因素：分子大小,浓度，电荷情况等。
（4)与环境有关的因素：系统温度、压力等。