分离工程作业题

1.海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M，式中C为溶解盐的浓度，g/cm3；M为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035g/cm3的海水中制取纯水，M=31.5，操作温度为298K。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa?答：渗透压π=RTC/M＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa。所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa。1.一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式的平衡温度和汽相组成。假设为完全理想系。解1：(1)平衡常数法：设T=368K用安托尼公式得：kPaPs24.1561；kPaPs28.632；kPaPs88.263由式(2-36)得：562.11K；633.02K；269.03K781.01y；158.02y；067.03y；006.1iy由于iy1.001，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：553.11'1iyKK可得KT78.367'重复上述步骤：553.1'1K；6284.0'2K；2667.0'3K7765.0'1y；1511.0'2y；066675.0'3y；0003.1iy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368K，取对二甲苯为相对组分。计算相对挥发度的：5.80713；2.35323；000.133组分i苯(1)甲苯(2)对二甲苯(3)ix0.500.250.251.000ij5.8072.3531.000iijx2.90350.58830.25003.7418iijiijxx0.77600.15720.06681.00002.一烃类混合物含甲烷5%(mol)，乙烷10%，丙烷30%及异丁烷55%，试求混合物在25℃时的泡点压力和露点压力。解1：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可以看成理想溶液，iK值只取决于温度和压力。可使用烃类的P-T-K图。⑴泡点压力的计算：75348假设P=2.0MPa，因T=25℃，查图求iK组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑ix0.050.100.300.551.00iK8.51.80.570.26iiixKy0.4250.180.1710.1430.919iixK=0.919＜1，说明所设压力偏高，重设P=1.8MPa组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑ix0.050.100.300.551.00iK9.41.950.620.28iiixKy0.470.1950.1860.1541.005iixK=1.005≈1，故泡点压力为1.8MPa。⑵露点压力的计算：假设P=0.6MPa，因T=25℃,查图求iK组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑iy0.050.100.300.551.00iK26.05.01.60.64iiiKyx0.00190.020.18750.85941.0688iiKy=1.0688＞1.00，说明压力偏高，重设P=0.56MPa。组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑iy0.050.100.300.551.00iK27.85.381.690.68iiiKyx0.00180.01860.17750.80881.006iiKy=1.006≈1，故露点压力为0.56MPa。解2：(1)求泡点压力：设P1=1000KPa，由25℃，1000KPa，查P-T-K列线图得iK1K=16.52K=3.23K=1.04K=0.43所以168.143.055.00.13.02.31.05.1605.0iy选异丁烷为参考组分282.0907.0256.04243iyKK，查得P=1771KPa在此条件下求得iy=1.021，继续调整279.002.1282.04344iyKK，查得P=1800KPa求得：1001.1iy，故混合物在25℃的泡点压力为1800KPa序号组分ix1000KPa2000KPa1770KPa1800KPaiKiyiKiyiKiyiKiy1甲烷0.0516.50.8258.40.429.60.489.40.472乙烷0.103.20.321.750.1751.950.1951.920.1923丙烷0.301.00.300.570.1710.630.1890.620.1864异丁烷0.550.430.240.2560.1410.2850.1570.2790.1531.001.680.9071.001(2)求露点压力设P1=1000KPa，由25℃，1000KPa，查P-T-K列线图得iK1K=16.52K=3.23K=1.04K=0.43所以614.143.055.02.310.05.1605.0iiiKyx选异丁烷为参考组分694.0614.143.04142ixKK由25℃，42K=0.694查得P=560KPa，查得各组分的iK值求得1990.0ix故混合物在25℃时的露点压力为560KPa序号组成组成1000KPa560KPaiKixiKix1甲烷0.0516.50.00327.50.0022乙烷0.103.20.0315.200.0193丙烷0.301.00.301.700.1764异丁烷0.550.431.280.6940.7931.6140.9903.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：在373K下苯：36.5251.27887936.20ln1TPSkPaPS315.179177.11K甲苯：67.5352.30969065.20ln2TPSkPaPS834.732729.02K对二甲苯：84.5765.3346981.20ln3TPSkPaPS895.313315.03K计算混合组分的泡点TBTB=364.076K计算混合组分的露点TDTD=377.83K65.0076.36483.377076.3643731040443.011111iiiKKzf414.01112121'iiiKKzf7477.01'112ff00024.02f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。1.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=0.1,zX=0.4(mol)。塔顶采用全凝器，饱和液体回流。相对挥发度数据为：BT=2.25，TT=1.0，XT=0.33，CT=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。71.1021.025.2BC762.421.00.1TC5714.121.033.0XC1CC由分离要求计算关键组分在塔顶釜的分配。hkmolWC/84.79998.04.0200hkmolDC/16.084.795.0200hkmolDT/7.59995.03.0200hkmolWT/3.07.593.0200所以37.7762.4lg3.084.7916.07.59lg[lg]lg[TCTCCTmWWDDN由HHNmiHiiWDWD与iiiWDF求出非关键组分的分布苯：437.7108.784.7916.071.10BBWDBW=0，BD=2000.2=40Kmol/h二甲苯：056.084.7916.05714.137.7XXWD，XD+XW=2000.1=20求得XD=1.06，XW=18.94，物料平衡结果见下表：组分FixiDDixiWWix苯(B)0.2400.39600甲苯(T)0.359.90.5920.30.003异丙苯(C)0.40.160.00279.840.806100.921.0099.081.001.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：(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2：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)(1)在最小液气比下N=∞，A关=中关=0.9关关）（AKVLmin=0.560.9=0.504(2)min1.1）（VLVL=1.10.504=0.554499.056.05544.0关关关VKLA所以理论板数为48.9199.0log9.019.099.0log1log1log）（）（AAN(3)它组分吸收率公式iiVKLA，111NiNiiAAA计算结果如下：组分进料量相平衡常数KiiAi被吸收量塔顶尾气数量组成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-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100.0---19.81080.190以CH4为例：iA=032.04.175544.0iVKLi=32.01032.099.0032.0148.9148.9V1(CH4)=(1-i)VN+1=(1-0.032)76.5=74.05923.05.7605.7411144VVyCHCH）（）（（4）塔内气体平均流率：10.902190.80100vKmol/h塔内液体平均流率：L=905.9281.19000LLL）（由vl=0.55440L=40.05Kmol/h