1、精品文檔典型例題 - 計算題1. 已知第一脫甲烷塔的進料組成及操作條件下各組分的相平衡常數如下表所示，要求甲烷的蒸出率為 98%，乙烯的回收率為 96%，試分別按清晰分割和不清晰分割方法計算餾出液和釜液的組成，并比較兩種計算結果。序 號1234567組 分H2CHCHC HCHC HC4424263638xiF / 摩爾 %33.85.833.225.70.500.200.70K/1.70.280.180.0330.0220.004i解： 取 100Kmol 進料為基準，選取甲烷為輕關鍵組分，乙烯為重關鍵組分。按清晰分割的概念，組分1 為輕組分，全部從塔頂餾出液在采出，組分4、5、6、7 為重

2、組分，全部從塔釜液中采出。由于甲烷的蒸出率為98%D2 5.8 0.985.684Kmol ； B25.85.6840.116Kmol乙烯的回收率為 96%B333.2 0.9631.872Kmol ； D333.2 31.872 1.328KmolDD1D2D333.85.684 1.32840.812KmolBFD 10040.81259.188Kmol7或 BBi0.11631.872 25.7 0.500.300.7059.188Kmoli2D133.8x1D0.828D40.812；x3DD 31.3280.033D40.812x2BB20.1160.002B59 .188；x4BB

3、425.700.434B59 .188；x6BB60.300.005B59.188；x2DD 25.684D0.13940.812x3BB331.8720.538B59.188x5BB50.500.008B59.188x7 BB70.700.012B59.188將計算結果列表如下：組分 zixiDxiBDiBiH0.3380.828/33.82CH40.580.1390.0025.6840.116C2H40.3320.0330.5381.32831.872C2H60.257/0.434/25.70C H0.005/0.008/0.5036。1歡迎下載精品文檔C3H80.003/0.005/0.

4、30C40.007/0.012/0.701.0001.0001.00040.81259.188不清晰分割物料衡算由 iHK i計算各組分的相對揮發度，結果列表。K H序號1234567組分H2CH4C2H4C2H6C3H6C3H8C4xiF / 摩爾 % 33.85.833.225.70.500.200.70Ki/1.70.280.180.0330.0220.004 i3/6.071 1.00.6430.1180.0790.014lg D2B3 lg 5.684 31.872N mD3B21.328 0.1163.92lg23lg 6.071由于氫氣的相對揮發度很大，該組分全部從塔頂餾出液中采

5、出。由DiNmD3和 FiDiBi分別計算組分 4、5、6、7 的分布。i3BiB3對組分4：D4N mD33.92 1.3280.0074 ；而 25.7D 4B4B44B30.64331.872由此計算得 D40.189 ； B425.511對組分5：D5N mD33.92 1.3280.00001；而 0.5D5B5B5i5B30.11831.872由此計算得 D50.0 ； B50.50將計算結果列表如下：組分zixiDxiBDiBiH20.3380.824/33.8CH40.580.1390.0025.6840.116C2H40.3320.0320.5401.32831.872C H

6、0.2570.0050.4320.18925.51126C H0.005/0.008/0.5036C3H80.003/0.005/0.30C40.007/0.012/0.701.0001.0001.00041.00158.9992. 要求在常壓下分離環己烷 a. （沸點 80.8 ）和苯 b. （沸點 80.2 ），它們的恒沸組成為苯 0.502 （摩爾分數），共沸點 77.4 ，現以丙酮為恒沸劑進行恒沸精餾，丙酮與環己烷形成恒沸物，共沸組成為 0.60 （環己烷摩爾分數），。2歡迎下載精品文檔若希望得到幾乎純凈的苯，試計算：所需恒沸劑量。塔頂、塔釜餾出物量各為多少。 （以 100kmol/h

7、 進料計）解：以 100kmol/h 進料為基準，設丙酮恒沸劑的用量為Skg，恰好與料液中的環己烷組成恒沸物，進料量和塔頂恒沸物的量和組成分別為F , D, xFi , xDi 。FxF 1100 0.498FxF 1 ；D83kmol對環己烷作物料平衡DxD1xD10.60恒沸劑 S 的用量為 SDxD 383 0.4033.2kmol由于塔釜希望得到幾乎純凈的苯，WW2 FxF 2 1000.50250.2kmol3. 甲醇 a.- 丙酮 b. 在 55.7 時形成恒沸物，其恒沸組成為x10.198 ，水和苯均可作為萃取劑進行萃取精餾以分離甲醇和丙酮，試通過計算確定水c. 與苯 d.的選擇

8、度，并據理說明哪種萃取劑更佳及塔頂餾出液各為何種物質？已知： xS0. 8( mol ) ； A0.2798 ； A0.2634 ； A0.3794 ； A0.2211 ；12211331A23 0.9709 ； A320.5576 ； A140.8923； A410.7494 ； A240.2012 ； A42 0.1533解：以水作萃取劑A121(A12A21 )0.27980.26340.271622A1S1(A1SAS1 )0.37940.22110.300222A1 ( AA)0.97090.55760.76432 S22 SS 22lg S12xSA1SA2SA12 (12 x1

9、)0.80.30020.7643 0.2716(1 20.198)0.5025S120.31441以苯作萃取劑，A1S1AS1 )0.89230.74940.82085( A1S22A1 ( AA)0.20120.15330.177252 S22 SS 22lg S12xSA1SA2SA12 (12x1 )0.80.820850.177250.2716(12 0.198)0.3836S122.4191以苯作為萃取劑進行萃取精餾分離甲醇和丙酮更佳，而水作為萃取劑比不加入萃取劑時的效果更差。由于甲醇的沸點（64.7 ）高于丙酮（ 55.7 ），則塔頂餾出物為丙酮，塔釜餾出物為甲醇和苯。4. 乙酸甲

10、酯 a. 和甲醇 b. 混合物在 45時為恒沸物，今以水為溶劑進行萃取精餾，已知其組成為 x0.7x0.8 A0.447 A0.411 A1.3 A0.821， S； 12； 21； 13； 31；A23 0.36 ； A32 0.22。試求其選擇度，并說明塔頂餾出何物？。3歡迎下載精品文檔解：A121(A12A21 )0.44720.4110.4292A1S1AS1 )1.30.82( A1S21.062A2 S1AS2)0.360.220.29( A2S22lg S12xS A1SA2SA12 (12x1 )0.81.06 0.29 0.429(1 2 0.7) 0.7533S125.66

11、61由于甲醇的沸點（ 64.7 ）低于乙酸甲酯（） ，則塔頂餾出物為甲醇酮，塔釜餾出物為乙酸甲酯和水。5. 某裂解氣組成如下表所示。組分H2CH4C2H4C2H6C3H6i-C 4H10y 0, i0.1320.37180.30200.0970.0840.01321.000現擬以 i-C 4H10 餾分作吸收劑，從裂解氣中回收99%的乙烯，原料氣的處理量為 100kmol/h ，塔的操作壓力為4.052Mpa，塔的平均溫度按 -14 計，求：為完成此吸收任務所需最小液氣比。操作液氣比若取為最小液氣比的1.5 倍，試確定為完成吸收任務所需理論板數。各個組分的吸收分率和出塔尾氣的量和組成。塔頂應加

12、入的吸收劑量。解：選乙烯為關鍵組分， 查得在 4.052Mpa 和-14 下各組分的相平衡常數列于下表。a. 最小液氣比的計算在最小液氣比下 N， A關關0.9 9，L關 K關 0.720.990.7128V minb. 理論板數的計算L1.5L1.5 0.7128 1.0692操作液氣比 VVminA關L1.06921.485VK 關0.72關鍵組分的吸收因子為lgAlg0.99 1.4851N10.9911 8.868lg Alg 1.485理論板數c. 各個組分的吸收分率和出塔尾氣的量和組成。4歡迎下載精品文檔AiA關K關LiiAi N 1AiAi N 1由K iVK i 和1以及 v1

13、,i1i vN 1,i； V1v1,i； y1,iv1,iV進行計算結果見表。1組 分HCHC HCHCHi-C4H 2424263610y N 1,i0.1320.37180.3020 0.0970.0840.01321.000Ki/3.150.720.500.1450.056N 1,i ，kmol/h13.237.1830.29.78.41.32100.0A/0.33941.4852.13847.37419.09300.33940.990.9951.0001.00013.224.5610.3020.04850038.11151,iy1,i0.34640.64450.00790.0013d.

14、 吸收劑量V10038.111569.056kmol / h2塔內氣體的平均流率為：LL0(L 061.8885)2L0 30.944塔內液體的平均流率為：L42.89kmol / h由 V 1.0692 ，得 L06. 在一精餾塔中分離苯（ B），甲苯（ T），二甲苯（ X）和異丙苯（ C）四元混合物。進料量 200mol/h ，進料組成 zB=0.2,z T=0.1,z X=0.4(mol) 。塔頂采用全凝器，飽和液體回流。相對揮發度數據為：BT =2.25 ，TT =1.0 ，XT =0.33 ，CT =0.21 。規定異丙苯在釜液中的回收率為 99.8%，甲苯在餾出液中的回收率為 99

15、.5%。求最少理論板數和全回流操作下的組分分配解：根據題意頂甲苯為輕關鍵組分，異丙苯為重關鍵組分， 從相對揮發度的大小可以看出，二甲苯為中間組分，在作物料衡算時，初定它在餾出液和釜液中的分配比，并通過計算修正物料衡算如下組分進料餾出液 d i釜液 WiB4040-T6060 0.995600.005X20218C800. 00240800. 998200DW解得D=101.86W=98.14。5歡迎下載精品文檔x TD =0.5861x TW =0.0031x CD =0.00157x CW =0.8135（ xC ）（ xT ）lgxTDxCWlg 0.58610.8135Nm（ 1）0.0

16、0160.0031lg（ 1）CTlg0.21=7.35（d x）（dc）（xTNmWxWc）cTd xWx20解得 d x=1.05mol ； Wx =18.95mol組分進料d iWiB4040T60600.995600.005X201.0518.95C80800. 00280 0. 998100 . 9199. 09組分x dix wiB0.39640T0.59160.0030X0.01040.1912C0.001580.8057（ xT）（ xC ）0.59160.8051lgxCD xTWlg0.00160.0030Nm=7.371（ 1）（）lg0.21lgCT（d x）（dc）（

17、xTNmWc）WxcTd xWx20組分進料餾出液釜液數量Mol% 數量mol%數量mol%苯40204039.643甲苯603059.759.1670.33.02二甲苯20101.041.0318.9619.13。6歡迎下載精品文檔異丙苯80400. 160. 15979. 8480. 55200100100.9100 . 0099. 1100 . 007. 某原料氣組成如下：組分CH4C2 H6 C3H8 i-C 4 H10n-C4H10i-C 5 H12 n-C5H12n-C6H14y0( 摩爾分率 )0.765 0.045 0.035 0.025 0.045 0.015 0.025 0

18、.045 先擬用不揮發的烴類液體為吸收劑在板式塔吸收塔中進行吸收，平均吸收溫度為 38，壓力為 1.013Mpa，如果要求將 i-C 4H10 回收 90%。試求：為完成此吸收任務所需的最小液氣比。操作液氣比為組小液氣比的1.1 倍時，為完成此吸收任務所需理論板數。各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成。求塔底的吸收液量解：由題意知， i-C 4H10 為關鍵組分由 P=1.013Mpa， t 平=38查得 K 關 =0.56 （ P-T-K 圖）在最小液氣比下 N=， A 關 =中關 =0.9（L ）K關A關=0.560.9=0.504Vmin .L1.（1L ）VV min =1.1 0.504

19、=0.5544A關L0.55440.99K 關V關0.56（ A）0.990.9log（）1log10.9N11 9.48所以 理論板數為log Alog 0.99LA N 1A它組分吸收率公式AiiVKi， iN 1Ai1計算結果如下：組分進料量相平衡常數 KiAii被吸收量塔頂尾氣數量組成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H2.50.560.990.902.2500.2500.00310n-C4H104.

20、50.41.3860.994.4550.0450.0006。7歡迎下載精品文檔i-C 5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6H144.50.0569.91.004.5000.00.0合計100.019.81080.190以 CH4為例：L0.5544Ai= VKi17.40.0320.0329.4810.99i= 0.0329.48 10.321V1（CH4）=（1-i ）VN+1=（ 1-0.032 ）76.5=74.05V（）74.05y（1CH4）0.9231 CH4V176.5塔內氣體平均

21、流率：塔內液體平均流率： L=10080.190v90.10Kmol/h2L0 （L019.81）9.9052L0lL 0 =40.05Kmol/h由 v =0.5544；8. 乙醇 - 苯- 水系統在 101.3kPa， 64.86 形成恒沸物，其組成為 22.8mol%乙醇 a. ，53.9mol%苯 b. 和 23.3mol%水 c. ，利用恒沸點氣相平衡組成與液相組成相等這樣有利條件，計算在 64.86 等溫分離該恒沸混合液成為三個純液體產物所需的最小功。解：在等溫等壓條件下，將其分離成純組分時所需最小功為Wmin, TRTnFxFi ln Fi xFi設為理想溶液， Fi1 ，若 n

22、F 1kmolWmin, TRTxFi ln xFi8.31(64.38273.15) 0.228ln 0.228 0.539ln 0.539 0.233ln 0.233 2836kJ / kmol9. 含乙烯 32.4%的乙烯 - 乙烷混合物于 2Mpa壓力下進行蒸餾，塔頂為純乙烯，溫度為 239K，塔釜為純乙烷、溫度為 260K，正常操作下，塔釜加入熱量為 8800kJ/kg 乙烯，試計算分離凈耗功為多少？解：設環境溫度 T0 298K， nF1kmol ，乙烯的量為10.324 26 8.424kgW凈 QT0( 11 )8.424 8800 298 ( 11 )7465.6kJ / k

23、molTLTH23926010. 計算題 9 的熱力學效率。8歡迎下載精品文檔解： Wmin, Tn F RTy Fi ln y Fi8.31 2980.324 ln0.324 0.676ln 0.676 1560kJ / kmolWmin1560W凈0.2097465.611. 試求環境溫度下，下表所示的氣體分離過程的最小功。組分C2C3n-C4n-C5n-C6進料 kmol/h30200370350501000產品 1 kmol/h301924226產品 1 kmol/h836635050774解：求出各物流的組成組分CCn-C4n-C5n-C623進料 kmol/h30200370350

24、501000xiF0.030.200.370.350.051.00產品 1 kmol/h301924226xi10.1330.8500.0171.00產品 1 kmol/h836635050774xi20.0100.4730.4520.0651.00Wmin, TRTn k ( yi ,k ln y i ,k )n j ( y i , j ln yi , j )出進8.314298 226 (0.133ln 0.1330.85ln 0.850.017ln 0.017)774(0.01ln 0.010.473ln 0.4730.452ln 0.4520.065ln 0.065)1000(0.03

25、ln 0.030.2 ln 0.20.37 ln 0.370.35 ln 0.35 0.05ln 0.05)1.188106 kJ / kmol12. 將含丙稀 80%（摩爾）和丙烷 20%的料液在常壓下分離為含丙稀 99.6%和 5%的兩股產品，試求分離最小功。設料液和產品均處于環境溫度298K，料液可以當作理想溶液。解：設料液量為1kmol，計算兩股產品的量：nQ10.996nQ 20.0510.8nQ1nQ21聯列解得： nQ10.7928kmol,nQ 20.2072kmol分離最小功由式（ 6-15 ）計算：w min =0.7928(0.996ln0.996+0.004ln0.00

26、4)+0.2072(0.05ln0.05+0.95ln0.95)-(0.8ln0.8+0.2ln0.2)RT0 =0.4386RT0=1087.4KJ/Kmol 料液13. 一輕烴混合物進行精餾塔的計算，求得最小回流比Rm=1.45,最小理論板數。9歡迎下載精品文檔Nm=8.6。求回流化為 R=1.25Rm,全塔平均板效率為 n 0.60 ，所需最小塔板板數。R1.25 ×1.45=1.8125由此圖查，得：由于， Nm 8.6 所以， N19.43實際板數為： 19.43/0.6=32.4=33塊14. 某廠裂解氣組成（摩爾 %）如下： 13.2%氫、 37.18%甲烷、 30.2 乙烯、 9.7%乙烷、 8.4% 丙烯、 1.32 異丁烷、所用的吸收劑中不含所吸收組分。要求乙烯的回收率達到 99%。該吸收塔處理的氣體量為 100kmo1/h，操作條件下各組分的相平衡常數如下：氫甲烷乙烯乙烷丙烷異丁烷3.10.720.520.150.05