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分离工程

一、判断下列各题的正误,并改正。

1、固有分离因子和分离因子可以用于计算一个实际的精馏塔的板效率。

2、计算溶液露点时,若

∑=>-C

i i i

K Z

1

01/,则说明计算的温度偏高。

3、在一定温度和组成下,A 、B 混合物的总蒸汽压为P ,若P P P P S

B S

A >>,,则该溶液形成最高恒沸物.

4三对角度矩阵法是在求得ji x 后由H 方程求各板的温度,用S 方程计算各板的流率。 5、当萃取塔塔顶产品不合格时,可采用加大萃取剂用量的方法来调节 6、最高恒沸物,压力增加使恒沸组成中汽化潜热小的组分增加

7、从塔釜往上逐板计算时,若由精馏段操作线方程计算的1)(+j H L x x 比由提馏段操作线方程计算的更大,则加料板为j+2板

8、当两个难挥发组分为关键组分时,则应从塔釜往下为起点进行逐板计算。 9、多组分吸收过程采用图解梯级法的依据是恒摩尔流。

10、吸收操作中,若要提高关键组分的相对吸收率应采用措施是增加吸收剂用量。 11、常用于吸收过程的相平衡表达式为i i i x k y =,在低压操作下有利于吸收。 12、对多组分物系的分离,应将含有腐蚀的组分放在最后进行分离。 13、分离最小功是在完全可逆过程中所消耗的功。 二、简答题

1、什么是恒沸精馏,如何用三角相图求解恒沸剂用量。

2、简述加盐萃取精馏是如何开发出来的

3、叙述用简捷法作普通精馏过程理论板数的步骤。

4、从二氧化碳的Pr 和ρr 图说明恒温超临界萃取的原理。

5、实际板和理论板的差异表现在那些地方,这些差异的影响应用什么方法来处理?

6、采用简单塔完全分离含C 个组分的物料为C 个产品,需几个塔?如何安排这些塔的序列? 三、非清晰分割的基本思想是什么?怎样做物料的预分布? 四、已知某液体混合物中各组分的汽液平衡常数与温度的关系如下:

分离工程

(1)求其常压下的该混合物的温度,误差判据可取0.001。 (2)上述混合物若温度为350K ,试分析是否有液相存在。

五、某精馏塔进料中含n-C6o0.33,n-C7o0.33,n-C8o0.34。要求馏出液中n-C7o 含量不大于

0.011,釜液中n-C6o 含量不大于0.015(以上均为摩尔分数)。若进料流率为100kmol/h 。 说明什么是关键组分,什么是非关键组分, 按清晰分割预算馏出液及塔釜液流量及组成。

六、拟进行吸收的某厂裂解气的组成在吸收塔内操作压为1Mpa 操作温度为308K 下的相平衡常数如下:

分离工程

计算操作液气比为最小液气比的1.2倍时异丁烷组分被吸收94%时所需的理论板数. 丙烷的吸收率。

七、某连续分离过程,在0.101MP ,21.3℃ 时,欲将60%(mol )丙烯的丙烯-丙烷混和物分离成99%的丙烯产品和95%的丙烷产品,分离过程及产品均处于环境温度及压力,试计算分离最小功。

八、乙酸甲酯(1)和甲醇(2)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7.01=x ,8.0=S x ;447.012=A ;411.021=A ;3.113=A ;82.031=A ;

36.023=A ;22.032=A 。试求其萃取剂选择性,并说明如何提高萃取剂选择性。

答案

一、判断下列各题的正误 1、正确

2、错误,应为计算的温度偏低。

3、正确

4、错误,应为三对角度矩阵法是在求得ji x 后由S 方程求各板的温度,用H 方程计算各板的流率。

5、正确

6、正确

7、错误,应为从塔釜往上逐板计算时,若由精馏段操作线方程计算的1)(+j H L x x 比由提馏段操作线方程计算的更大,则加料板为j 板

8、错误,当两个难挥发组分为关键组分时,则应从塔顶往下为起点进行逐板计算。 9、错误,应为贫气吸收。 10、正确

11、错误,常用于吸收过程的相平衡表达式为Av l =,在高压操作下有利于吸收。 12、错误,对多组分物系的分离,应将含有腐蚀的组分最先进行分离。 13、正确 二、简答题

1、恒沸精馏是在原溶液中添加恒沸剂S 使其与溶液中至少一个组分形成最低恒沸物,以增大原组分间相对挥发度差的非理想溶液的多元精馏,形成的恒沸物从塔

顶采出,塔釜引出较纯产品,最后将恒沸剂与组分分离。(2分)

分离工程

利用相图,作F 与S 连线BS 及A 连线,两线交点M 便是总物料点,再由杠杆规则确定恒沸剂S 的用量。

M

S M

F F S ?

=(2分) 2、溶盐精馏是在原料液中加入第三种组分—盐,使原来的两种组分的相对挥发度显著提高,从而可用普通精馏的方法使原来相对挥发度很小或者形成恒沸物的体系分离。但由于盐的回收十分困难,且循环使用中固体盐的输送加料及盐结晶引起堵塞、腐蚀等问题。(1分)

而萃取精馏是加入的新组分不和原物系中的组分形成恒沸物,只改变组分间的相对挥发度,而其沸点比物系中其它组分的沸点高,从精馏塔的塔釜引出。一般萃取剂的用量为60%-80%。(1分)

把盐加入到萃取精馏的溶剂中,既可以利用盐效应,提高待分离组分的相互挥发度,减少溶剂循环量,又克服了溶盐精馏中盐的输送回收困难等问题。由此开发出了加盐萃取精馏。(2分)

3、简捷法计算理论板数步骤

① 根据工艺条件及工艺要求,找出一对关键组分。 ② 由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成。

③ 根据塔顶塔釜组成计算相应的温度、求出平均相对挥发度。 ④ 用Fenske 公式计算m N 。

⑤ 用Underwood 法计算m R ,并选适宜的操作回流比R 。 ⑥ 确定适宜的进料位置。

根据m m N R R ,,,用Gilliland 图求理论板数N 。

4、超临界流体是指温度和压力处于临界点以上的流体。在超临界状态下流体具有气液两相的双重特点,即既具有与气体相当的扩散系数和低粘度,又具有和液体相近的密度和对物质良好的溶解能力。

从二氧化碳的Pr 和ρr 图可知超临界流体对溶质的溶解度会随操作条件的改变而改变,即在较高压力下使溶质溶解于超临界流体中,然后使温度升高或者压力降低,使溶质因超临界流体的密度下降,溶解度降低而析出,从而得到分离。 5、实际板和理论板的差异

1)理论板假定离开该板的汽、液两相达到平衡;

2)理论板上相互接触的汽液两相完全混合,板上液相浓度均一,等于离开该板溢流液的浓度;

3)实际板上汽液两相存在不均匀流动,停留时间有明显差异; 4)实际板存在雾沫夹带、漏液和液相夹带泡沫现象。 为考虑上述各种差异的影响,引进了几种效率 1)全塔效率,又称为总板效率 2)Murphree 板效率,又称干板效率 3)点效率

4)理论板当量高度(HETP ) 5)传质单元高度

6、采用简单塔完全分离含C 个组分的物料为C 个产品,需C-1个塔 安排分离流程的一些经验规则:

1)首选分离方法为能量分离剂的方法,其次选用是使用分离剂的方法; 2)易分离的组分先分;

3)易挥发组分先分(直接分离序列) 4)尽可能对分,(料液的等摩尔分割) 5)量多的组分先分;

6)分离要求高和最困难分离的组分后分;

7)有特殊组分的要先分

三、不清晰分割物料分布假定在一定回流比操作时,各组分在塔内的分布与在全回流操作时的分布相同,这样就可以采用Fenske 公式去反算非关键组分在塔顶塔釜的浓度。 Fenske 方程:av

LH L H

H

L

m W W D D N )lg(lg α???

??

?

?

=

H H Nm LH

L L W D W D α=∴

或: H

H

Nm iH i i W D W D α=∴, 先按清晰分割得到的组成分布来试算塔顶与塔釜的温度,即泡点、露点温度,再计算其相对挥发度,平均相对挥发度,计算m N 以及计算新的组成分布,反复试差至组成不变为止。

已知条件→→→→?????→?m LH W D Wi Di N T T x x α,,设为清晰分割

Wi Di m LH W D Wi Di x x N T T x x ,,,→→→→→α

分离工程

另还可采用图解法。

四:(1)设t=50℃,则33.0,56.0,25.25006.075.0543===?+-=C C C K K K

∑<=?+?+?=18751.032.033.045.056.023.025.2i

i

x

K

调整温度:选C 4为关键组分,则根据调整公式1)(

-∑=m i

i G

Gm k x K K 64.08751

.056

.02==

G K ;由此得t=55.5℃

则385.0,626.0,58.25.5506.075.0543===?+-=C C C K K K

∑≈=?+?+?=1999.032.0385.045.0626.023.058.2i

i

x

K

∴ t=55.5℃

(2)混合物温度为350K 即77℃时

6.0,884.0,8

7.37706.075.0543===?+-=C C C K K K

∑>=?+?+?=1583.16.033.0884.056.023.087.3i

i

x

K

B i

i T T x

K >>∑,1

∑>=++=177.16.33.0884.056.087.323.0i i

K y

∑<>D i i

T T K y

,1 混合物处于两相区 ∴有液相存在

五 (1)由题意:0

7C n -为重关键组分HK ,0

6C n -为轻关键组分LK ,0

8C n -为重组分HNK 。

∵h Kmol F x x LKW HKD 100,015.0,011.0===(3分)

∴h Kmol F x x x Z

D LKW

HKD LKW

n i i

LK

34.32100015

.0011.01015

.033.011

=?---=

---=

∑=

∴h Kmol D F W 66.6734.32100=-=-=(3分)

∴%9.98989.034

.32015

.066.6733.0100==?-?=-=

D Wx FZ x LKW LK LKD

h

Kmol W W Dx FZ x HK HKD HK HKD 64.32,482.066.67011

.034.3233.0100==?-?=-=

h Kmol W W FZ x HNK HNK HNK 34,503.066

.6734.0100==?==

h

Kmol W W W W h

Kmol D D D HNK HK LK LK HK 02.23464.3266.6735.099.3134.32=--=--==-=-=

∴馏出液中含:0

6C n - 31.99h Kmol 0.989 0

7C n - 0.35h Kmol 0.011

08C n - 0

釜液中:0

6C n - 2.02h Kmol 0.015 0

7C n - 32.64h Kmol 0.482

08C n - 34h Kmol 0.503

六:(1)∵关键组分为异丁烷 94.0=关?;当94.0==∞→关关时?A N ∵ 4982.053.094.0min

=?==???

??关关K A V L ∴

59784.04982.02.12.1min =?=???

??=V L V L 128.153.0598.0===

关VK L

A

由48.81128

.1lg 194.0128

.194.0lg 1lg 1

lg

=---=

---=

A

A N ?? ∴所需理论板数为8.5块

(2)由C i N i

N i i VK L

A A A ==++,11?得

498.02.1598

.0

==丙烷A 497.01

498.0498.0498.01

5.815.8=--=++丙烷? ∴丙烷的吸收率为0.497。 七:设进料流率为:s mol F 100=

由物料衡算:???==????-?+?=?+=s mol F s

mol F F F F F F F 8.392.60%)991(%99%602

12121(3分)

()()??

?

???-=-∑∑出进ij ij K ik ik K T y y y y RT W ln ln min,ηη

)05.0ln 05.095.0ln 95.0(8.39)01.0ln 01.099.0ln 99.0(2.60[45.294314.8+++?= mol W /1037.1)]4.0ln 4.06.0ln 6.0(1005?=+-

所以分离的最小功为mol W 5

1037.1?

八:1、∵()[]11221

1221lg x A A A x S S S S '-'-'-'= 06.1282

.03.1231131

=+=+='A A A S 29.0222

.036.0232232

=+=+='A A A S 429.02

411

.0447.02211212=+=+='A A A 47.08

.07.07.02111

=+=+='x x x x

∴[]595.0)47.021(429.029.006.18.0lg 12=?-?--?=S 94.312=S

2、提高萃取剂的选择性的方法

1)选择的萃取剂应与组分1形成正偏差非理想溶液,选择的萃取剂应与组分2形成负偏差非理想溶液或理想溶液。

2)012

>'∴A ,则5.01>'x ;012<'A ,则5.01<'x 。 3)s x S ∝12lg ;所以萃取剂浓度s x 越大越好,但s x 太大,处理的原溶液量减少,适宜的萃取剂浓度8.06.0-=s x 。