分离工程习题讲解

归一方程
y 1 x 1
i i i i
yi K i x i
(i 1, , c )
相平衡常数式 K i f i ( P , T , x , y )
( i 1, , c )
当 Ki=f(T，P)可手算，则泡点温度计算步骤为：
y P , xi 设Tbo K i S y K i xi 1 S y Tb , yi , K i
k I* 于
,DAl和CAt ，而与Kl,S1无关，所以增加液相
扰动对其吸收速率无影响，增加气相扰动提高 A 的浓度可提高吸收速率。(133)
2-8：
2-9：
2-10 ：某气体混合物含甲烷 95 ％，正丁烷 5 ％，现采 用不挥发的烃油进行吸收，油气比为 1∶1 ，进塔温 度均为37℃，吸收在3atm（绝压）下操作, 现从气体 中吸收80％的丁烷，求所需理论板数。（p168,169） 解：查P-T-K图，得正丁烷 K=0.95 由吸收因子A=L/KG 得 L/G=AK=0.95A=1 解得A=1.053 由题知，η= 0.8 Φ=1-η=1-0.8=0.2 根据公式（3-295）
答：（1）液泛速度的影响因素：外加能量的大小， 流量以及系统的物性。（2）它与液滴的特性速度 相当。
5.试画出具有轴向返混时萃取塔的实际操作线,并讨 论轴向返混对分离的影响。微分接触萃取塔塔高的 简化计算法是如何计算轴向反混的？（p201） • 答：（1）操作性参考课本内容画，（2）轴向返 混造成了塔内实际推动力的下降，使萃取率随之 降低，也就是说轴向混合的存在极大地影响了萃 取塔的性能。(3）看课本相关内容
3，化学吸收增强因子 β的意义是什么？提高它的目 的是什么？(p122) • 答： • （1）化学吸收增强因子是指：在推动力相同时， 化学吸收速率比纯物理吸收速率所增加的倍数。 • （2）提高它的目的是降低液膜阻力，提高吸收速 率。
4，对一级不可逆化学反应： 。在什么情况下 可看做物理吸收？在什么情况下可看做气膜控制？ （p130）
1 1 1 1 ln 1 A ln 1 0.2 A A 1.053 1.053 N 3.6 ln A ln 1.053
取整数得理论板数为4.
3.萃取塔(连续接触式 )中两相的液泛速度受哪些因 素影响?就其实质而言,它与液滴什么速度相 当?(p209)
• 对于三元体系：因存在多个精馏区，则塔顶和塔 底产物取决于料液与夹带剂的混合液位于哪个精 馏区，位于不同的精馏区可以产生不同的塔顶和 塔底产物。
11 ，板效率随塔径如何变化？请说明变化原因。 (p82)
EMV 随塔径变化有一极值，其范围在1.5～6m。 • 塔径小，近似全混 ，EMV＝EOG ； • • 塔径↑，板上有部分混合，存在浓度梯度， EMV>EOG； 塔径太大，板上液相的不均匀流动，板间汽相的 不完全混合产生，使EMV ↓；
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计算式是什么？(p16) 答： ˆ iL yi V 适用于中压下非理想弱的烃类系统 ① Ki ˆ x
i i
②
yi f i 0 i Ki ˆ iV xi P
适用于中压下液相非理想强的系统
3，当气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。 （p31） 答：基本方程如下： 相平衡关系
• 解:(1)用1,2,3,4依次编号甲烷，乙烯，丙烯，丁烯。 由题意可知乙烯为轻关键组分，丙烯为重关键组 分，甲烷为轻组分，丁烯为重组分。 • 则由清晰分割法可得： • d1=100x0.10=10kmol/h b1=0 • d2=100x0.40-b2=40-b2 b2 • d3 b3=100x0.2-d3=20-d3 • d4=0 b4=100x0.3=30kmol/h
E MV E OG
1
1.5—6m
D
2-2：
2-3：
2-5：
• 2-8:某精馏塔分离四元烃类混合物，操作压力为 85atm，进料量为100kmol/h。已知： 进料组成 xF 甲烷 0.10 乙烯 0.40 丙烯 0.20 丁烯 0.30
分离要求：塔顶的丙烯含量˂ 3 %（摩尔分率），塔 底的乙烯含量˂ 5 %（摩尔分率），求： (1)用清晰分割法计算塔顶、塔底的组成及产量 (2)塔在正常操作时可达指定分离要求现测得釜温为 105oC，操作是否正常？（计算说明）
• 答： （1）组分2和3是分布组分，组分1和4是非分布组分 （2）参考课本图2-18（p53） （3）看课本(p54) （4）3是轻关键组分，2是重关键组分，1是重非关键 组分，4是轻关键组分 （5）p52 x xhk 42 . 86 21 . 43 lk lg( )D ( )B lg( * ) xhk xlk 1.07 2.14 =8.6 N Nm = m lg 2 lg lk ,hk
组分 XDi XBi 甲烷 0.2044 0 乙烯 0.7656 0.05 丙烯 0.03 0.3628 丁烯 0 0.5872
• （2）当釜温为105oC时，求塔顶温度 • 设塔顶温度T=105oC • 查P-T-K图得：K甲=27 K乙=13 K丙=4.55
XDi 0.2044 0.7656 0.03 0.071 Ki 27 13 4.55 i
8.超临界流体的主要特点有哪些？超临界萃取又有哪 些特点？
（1）超临界流体的主要特点：粘度小、密度、扩散系数、溶 剂化能力等性质随温度和压力变化十分敏感：粘度和扩散系数 接近气体，而密度和溶剂化能力接近液体。 （2）超临界流体萃取的主要特点： 通过调节温度和压力可全部或选择性地提取有效成分或脱除有 害物质；选择适宜的溶剂如 CO2可在较低温度和无氧环境下操 作，分离、精制热敏性物质和易氧化物质；临界流体具有良好 的渗透性和溶解性，能从固体或粘稠的原料中快速提取有效成 分；降低超临界相的密度，很容易使溶剂从产品中分离，无溶 剂污染，且回收溶剂无相变过程，能耗低；兼有蒸馏和萃取双 重功能，可用于有机物的分离、精制。 存在的不足有：高压下萃取，相平衡较复杂，物性数据缺乏； 高压装置与高压操作，投资费用高，安全要求亦高；超临界流 体中溶质浓度相对还是较低，故需大量溶剂循环；超临界流体 萃取过程固体物料居多，连续化生产较困难。
c bl
0.05 0.069 kmol / m
3
3
Cbl C 0.069kmol / m
• 要使其为气膜控制则吸收剂的浓度至少为0.069kmol/m3
c • （2）当Cbl=0.08kmol/m3 时有 Cbl Cbl 其过程为气
膜 控 制 ， 吸 收 速 率 为 NA=kgpA=8.33x10-3 x0.05=4.165x10-4 kmol/(m2· s) • 此时的反应为快速反应，其吸收速率仅取决
9，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？(p76,77) • 答：对于二元体系：（1）如图2-36(a),系统中不 存在恒沸物时，无论进料组成如何，只要塔的分 离能力足够，总能从塔顶得到较纯的轻组分，塔 底得到较纯的重组分。（2）如图2-36(b),存在最 低恒沸物时，形成了两个浓度区域。当进料浓度 落在0~Xa区内，从塔底可得到较寸组分2，但塔 顶只能得到恒沸物；当进料浓度在Xa~1范围内， 则从塔底得到较纯组分1，塔顶仍为恒沸物。
6，对于瞬时反应和慢反应的化学吸收，应分别用何 种塔型？ 答： 填料塔反应器主要用于气液相反应，由 于液体沿填料表面下流，在填料表面形成液 膜而气相接触进行反应，故液相主体量较少， 适用于快速和瞬间反应过程，能获得较大的 液相转化率。所以瞬时反应用填料塔。 鼓泡塔反应器适用于液相也参与反应的 中速、慢速反应和放热量大的反应，所以慢 反应用鼓泡塔。
• 2-7:用硫酸吸收混合气中氨气，反应式如下 NH3 + ½H2SO4 → ½(NH4)2SO4 已 知 ： 氨 的 分 压 为 0.05atm 。 气 相 传 质 分 系 数 kg=8.33x10-3 kmol/(m2· atm· s), 液 相 传 质 分 系 数 kl=3x10-3 m/s，D H2SO4 =D NH3 ，问： （1）为使吸收过程以较快的速度进行，不受液膜中 液膜扩散的限制，过程为气膜控制时吸收剂硫酸 的浓度至少应为多少？（p140） （2）当吸收剂硫酸浓度为0.08kmol/m3时，吸收速率 为多少？分别增加气液相扰动对吸收速率有何影 响？
• 4-2：25℃下以1,1,2-三氯乙烷为萃取剂从丙酮水溶 液中连续逆流萃取丙酮。水相进料流率为 1000kg/h，含45%(wt)丙酮；出口萃余相中含有 10%(wt)丙酮。根据以下数据，进行图解计算(列 出图解过程)： • （1）作出萃取体系的等边三角形相图；(p188) • （2）求萃取溶剂最低进料流率； • （3）估算当萃取相流率为最低流率的1.5倍时所 需的萃取级数； • （4）计算萃取相流率为最低流率的1.5倍时，离 开各级的萃取相、萃余相流率和组成。
调整TБайду номын сангаас
N
F (T ) 1 Ki xi
6 ，有一分离四个组分混合物的精馏塔，已知条件如 Fi di wi ai 下： 组分
1 2 3 4 10.0 22.5 45.0 22.5 0.00 1.07 42.86 22.50 10.00 21.43 2.14 0.00 0.25 0.50 1.00 2.00
说明塔顶温度低了，即正常操作时，塔顶温 度应大于 105oC ，此时若釜温为 105oC ，即塔 顶温度大于塔底温度，不合常理，故釜温为 105oC时，不能正常操作。
2 ，何谓传质模型？试述双模论、渗透论、和表面更 新论等传质模型的优缺点并加以比较。（p116~119， 137） • 答：传质模型是指表示物质进行传递的机理的模 型。
1 • 解：（ 1 ）已知： b 3kmol/(m2 2