分离工程考题

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1、二、已知在0.1013MPa压力下甲醇（1）－水（2）二元系的汽液平衡数据，其中一组数据为：平衡温度T＝71.29℃，液相组成x1＝0.6，气相组成y1＝0.8287（摩尔分率）。试计算汽液平衡常熟，并与实测值比较。解：该平衡温度和组成下第二维里系数[]纯甲醇纯水交互系数混合物B11B22B12B－1098－595－861－1014在71.29℃纯甲醇和水的饱和蒸汽压分别为：；液体摩尔体积的计算公式为：甲醇：水：计算液相活度系数的NRTL方程参数；①汽、液相均为非理想溶液A．计算汽相逸度系数由于本题已知平衡条件下的第二维里系数，故采用维里方程计算

2、逸度系数。将式（2－31）用于二元物系，（A）（B）将式（2－33）变换成用该式求露点温度下混合蒸汽的摩尔体积解得压缩因子将、、、值代入（A）和（B）A．计算饱和蒸汽的逸度系数使用维里方程计算纯气体i的逸度系数的公式如下：（C）式中――纯气体i在温度T的第二维里系数；――纯气体i在温度T、压力P下的摩尔体积。对本计算特定情况，P即为――相应的压缩因子对甲醇，将、、等数据代入下式得由式（C）＝0.949同理＝0.993B．计算普瓦廷因子和基准态下得逸度由已知条件求甲醇的液相摩尔体积：同理可求出A．计算液相活度系数应用NRTL方程计算、同理；已知液相

3、组成x1＝0.6，x2＝0.4同理E．计算按式（2－35）计算各组分的汽液平衡常数①汽相为理想气体，液相为非理想溶液按式（2－38）②汽、液均为理想溶液应用公式计算纯甲醇和水在0.1013MPa和344.44K时汽相逸度系数同理按式（2－41）将各种方法计算的K值列表如下：组分实验值按式（2－35）按式（2－36）按式（2－38）按式（2－41）甲醇1.3811.3651.29751.3831.279水0.4280.4360.32500.42900.3297比较实验值和不同方法的计算值可以看出，对于常压下非理想性较强的物系，汽相按理想气体处理，液

4、相按非理想溶液处理是合理的。由于在关联活度系数方程参数也做了同样简化处理，故按式（2－38）的计算值更接近于实验值。三、已知氯仿（1）－乙醇（2）溶液的浓度为（摩尔分率），温度为55℃。试求泡点压力及气相组成。该系统的Margules方程常数为：，。55℃时，纯组分的饱和蒸汽压，，第二维里系数：，，。指数校正项可以忽略。解：将式（2－35）代入（2－50）中，并忽略指数项，得：（A）令对于二元系统，将其代入式（A）（B）因故（C）同理（D）在时，由Margules方程求得：同理因为及是及的函数，而及又未知，故需用数值方法求解。为了确定及之初值，可

5、先假设，由式（B）求出及和。因，故得及。以这个及，为初值，就可由式（C）和（D）算出及。再由此及算出新的及，。这样反复进行，直至算得的与和假设值相等（或差数小于规定值）时为止。以和、代入式（B），得：；将及，值代入式（C）和（D）中求出：；以上述及值代入式（B），得：故由于此计算结果与第一次试算结果已相差甚小，故不再继续试算下去。因此，，四、设计一个脱乙烷塔，从含有6个轻烃的混合物中回收乙烷，进料组成、各组分的相对挥发度和对产物的分离要求见设计条件表。试求所需最少理论板数及全回流条件下馏出液和釜液的组成。脱乙烷塔设计条件编号进料组分mol%1CH

6、45.07.3562C2H635.02.0913C3H615.01.0004C3H820.00.9015i-C4H1010.00.5076n-C4H1015.00.408设计分离要求馏出液中C3H6浓度≤2.5mol%釜液中C2H6浓度≤5.0mol%解：根据题意，组分2（乙烷）是轻关键组分，组分3（丙烯）是重关键组分，而组分1（甲烷）是轻组分，组分4（丙烷）、组分5（异丁烷）和组分6（正丁烷）是重组分。要用芬斯克公式求解最少理论板数需要知道馏出液和釜液中轻、重关键组分的浓度，即必须先由物料衡算求出及。取100摩尔进料为基准。假定为清晰分割，即，

7、，，，则根据物料衡算关系列出下表：编号组分进料，fi馏出液，di釜液，wi1CH45.05.00－2C2H6（LK）35.031.893.113C3H6（HK）15.00.9514.054C3H820.0－20.005i-C4H1010.0－10.006n-C4H1015.0－15.00100.037.8462.16用式（3-11）计算最少理论板数：为核实清晰分割的假设是否合理，计算塔釜液重CH4的摩尔数和浓度：（摩尔分率）同理可计算出组分4，5，6在馏出液中的摩尔数和浓度：，，，，可见，CH4、i-C4H10和n－C4H10按清晰分割是合理的。

8、C3H8按清晰分割略有误差应再行试差。其方法为将d4的第一次计算值作为初值重新做物料衡算列表求解如下：编号组分进料，fi馏出液，di釜液