分离工程-叶庆国---副本

1一.例题详解1.填空题(1)分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（熵减过程）。(2)分离过程是（混合过程）的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。(3)衡量分离的程度用（分离因子）表示，处于相平衡状态的分离程度是（固有分离因子）.(4)工业上常用（分离因子）表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（固有分离因子）。(5)分离因子表示任一分离过程所达到的（分离程度），其定义为（2211jijisijxxxx）。(6)分离因子（等于1），则表示组分i及j之间不能被分离。(7)分离剂可以是（能量ESA）或（物质MSA），有时也可两种同时应用。(8)平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不等）的原理，常采用（平衡级）作为处理手段，并把其它影响归纳于（效率中）。(9)速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种（推动力）作用下经过某种介质时的（传质速率）差异而实现分离。(10)分离过程是将一混合物转变为组成（互不相同）的两种或几种产品的哪些操作。(11)固有分离因子是根据（汽液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。(12)分离工程研究分离过程中分离设备的（共性规律）。1.填空题(1)分离剂可以是（）或（），有时也可两种同时应用。(2)平衡分离的分离基础是利用两相平衡（）的原理，常采用（）作为处理手段，并把其它影响归纳于（）中。(3)速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种（）作用下经过某种介质时的（）差异而实现分离。(4)分离过程是将一混合物转变为组成（）的两种或几种产品的哪些操作。单级平衡分离例题详解1.填空题(1)汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。(2)当混合物在一定的温度、压力下，满足（1,1iiiiKzzK）条件即处于两相区，可2通过（物料平衡和相平衡）计算求出其平衡汽液相组成。2.简答题(1)什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理？露点温度（压力）是在恒压（温）下冷却气体混合物，当气体混合物开始冷凝出现第一个液滴时的温度（压力），简称露点。精馏塔塔顶温度即为对应塔顶汽相组成的露点。(2)怎样判断混合物在T，P下的相态，若为两相区其组成怎样计算？对进料作如下检验。=1BTT进料处于泡点，0iiZk1TBT可能为汽液两相区，01TBT进料为过冷液体，=1DTT进料处于露点，1iikZ1TDT可能为汽液两相区，11TDT进料为过热蒸汽计算时，所指定的温度应在泡露点温度之间，这样才会出现汽液两相，否则只会是单相不必进行等温闪蒸的计算。只有)(iikZ1和iiZk1时，混合物始处于汽液两相区（01），需要进行等温闪蒸的计算。(3)用逐次逼近法进行等焓闪蒸计算时，什么情况下汽化率作为内循环，温度T作为外循环，为什么？宽沸程混合物的闪蒸计算，所谓宽沸程混合物，是指构成混合物的各组分的挥发度相差悬殊，在很宽的温度范围内，易挥发组分主要在蒸汽相中，而难挥发组分主要留在液相中。进料热焓的增加将使平衡温度升高，但对汽液流率V和L几乎无影响。因此宽沸程的热量衡算更主要地取决于温度，而不是v。根据序贯算法迭代变量的排列原则，最好是使内层循环中迭代变量的收敛值将是下次内层循环运算的最佳初值，因此的宽沸程闪蒸，由于v对T的取值不敏感，所以v作为内层迭代变量较为合理。(4)简述绝热闪蒸计算的计算方法。①作图法思路：先假设一个2t（2t应在BDTT与之间），这样可按闪蒸来计算产生的汽液两相组成和量，即得出vT关系，闪蒸曲线，然后再由进出料热焓相等的原则来校核2t，即等焓平衡线，交点为2t，v。⑴闪蒸曲线（vT曲线）a、试差求2P下的BDTT,；b、在BDTT,之间设22,tt…，试差求21,vv…。⑵等焓平衡线a、在上述BDTT,之间所设22,tt…下，由求出的iiyx,并根据22,TP查出iLiVHH,，求出LVHH,，LVLHHHHv1*1b、作*2vT等焓平衡线，交点即为2t，v，由此求出iiyxLV,,,②手算或计算机计算思路：yHHiiRNTHHHyxvkHTPLV0,122,211,12迭代设结束调整2T33.计算题(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2.90350.58830.25003.74184iijiijxx0.77600.15720.06681.0000解2：(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95℃苯：96.11)36.5215.27395/(5.27887936.20ln1sP；PaPs5110569.1甲苯：06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln2sP；PaPs4210358.6对二甲苯：204.10)84.5715.27395/(65.33469891.20ln3sP；PaPs4310702.2569.11010569.15511PPKs；6358.022PPKs2702.033PPKs011.125.06358.025.02702.05.0596.1iixK选苯为参考组分：552.1011.1569.112K；解得T2=94.61℃05.11ln2sP；PaPs4210281.619.10ln3sP；PaPs43106654.22K=0.62813K=0.266519997.025.02665.025.06281.05.0552.1iixK故泡点温度为94.61℃，且776.05.0552.11y；157.025.06281.02y；067.025.02665.03y(2)相对挥发度法设t=95℃，同上求得1K=1.569，2K=0.6358，3K=0.2702807.513，353.223，13374.325.0125.0353.25.0807.5iix50.174.325.0174.325.0353.274.35.0807.5iiiiixxy故泡点温度为95℃，且776.074.35.0807.51y；157.074.325.0353.22y；067.074.325.013y(2)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0.00190.020.18750.85941.06886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=0.437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1.6140.990(3)含有80%(mol)醋酸乙酯(A)和20%乙醇(E)的二元物系，液相活度系数用VanLaar方程计算，AEA=0.144，EAA=0.170。试计算在101.3kPa压力下的泡点温度和露点温度。安托尼方程为：醋酸乙酯：15.5750.27900444.21lnTPSA乙醇：68.4198.38038047.23lnTPSE(PS：Pa；T：K)解1：⑴泡点温