本文格式為Word版，下載可任意編輯——分開工程習題與思考題

分開工程

分開工程習題

其次章精餾

1.欲分開苯(1)-甲苯(2)-二甲苯(3)三元混合物，精餾塔的進料、塔頂和塔釜產(chǎn)品的組成如

下：

組成mol分率

塔頂

塔底

進料苯0.9950.0050.600甲苯0.0050.7440.300二甲苯0.0000.2510.100

的操作壓強為1atm（絕對）。試求：

1)塔頂分凝器溫度和塔釜溫度；

2)若進料溫度為92℃，判斷進料狀態(tài)。

假定液相聽從拉烏爾定律，汽相可當作理想氣體，三個組分的蒸汽壓分別按下式計算：苯：lnp1S=15.90082788.51/(T52.36)S=16.01373096.52/(T53.67)(piSmmHg,TK)甲苯：lnp2

S二甲苯：=16.13903366.99/(T58.04)lnp3

2．異丙醇(1)-水(2)系統(tǒng)的無限稀釋活度系數(shù)為γ1=9.78,γ2=3.22，試用此對數(shù)值計算Wilson常數(shù)Λ12和Λ21，并由此計算x1=0.1665(mole分率)時的汽相組成y1和泡點溫度tB。系統(tǒng)處于常壓（設為1atm絕對壓）。已知：異丙醇和水的蒸汽壓方程可分別用以下各式計算：∞∞

異丙醇：lnp1S=18.69293640.20

T53.54(PmmHg,TK)3816.44S=18.3036水：lnp2T46.13

（提醒：試差求Λ12和Λ21時，可取初值Λ12＝0.1327）

3．用常規(guī)精餾塔分開以下烴類混合物：

組分：

Mol%：

CH40.52C2H424.9C2H68.83C3H68.7C3H83.05nC4H1054.0

工藝規(guī)定塔頂流出液中C4濃度不大于0.002，塔釜殘液中C3H8不大于0.0015，試應用明了分割法估算塔頂和塔底產(chǎn)品的量和組成。

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4．設工藝規(guī)定C3H6為輕關鍵組分，C4為重關鍵組分，上題料液在常規(guī)精餾塔中分開，要求C3H6在塔頂?shù)氖章蕿?.99，C4在塔底的收率為0.995。假設輕組分全部從塔頂餾出。試計算：

（1）用Underwood方程計算Rm和C3H6在塔兩端產(chǎn)品中的分布，算出兩端產(chǎn)品的量和組成（設

F=100Kmol/h，泡點進料）。

（2）計算Nm。

各組分的相對揮發(fā)度如下：

αC=17.4αC=7.18αC=5.00αC=2.17αC=2.0αC=1.001＝202＝3034

（3）取R＝1.5Rm，求N。

5.某料液的組成如下：

組分

mol分率丙烯丙烷異丁烷0.78110.21050.0084

于泡點時參與常規(guī)精餾塔進行分開。要求塔頂產(chǎn)品中丙烯的mole分率≥99.5％，塔底產(chǎn)品中丙烯mole分率≤5％。計算：

（1）分開所需的Rm；取R＝2Rm，計算所需的理論板數(shù)N。

（2）假使塔頂精丙烯產(chǎn)品中丙烯丙烯濃度達99.7％，塔底產(chǎn)品組成保持不變，計算此時能

耗比生產(chǎn)99.5％產(chǎn)品時的增加多少？

已知相對揮發(fā)度：12＝1.1218422＝1.032＝0.54176

特別精餾習題

1.某合成橡膠廠欲用萃取精餾法分開丁烯-1（1）和丁二烯（2），以乙腈作為萃取劑。原料

流量為100Kmol/h，含丁烯-1為0.7，丁二烯為0.3（mol分率），于露點參與塔中。塔內(nèi)萃取劑濃度基本保持在xs=0.8。工藝要求塔釜液脫乙腈后丁二烯純度達99.5％；塔頂丁二烯濃度小于0.05％，乙腈含量小于0.1％。計算所需的理論板和溶劑用量。

已知：xS=0.8時,α=1.67，α1S=19.2，α2S=11.5，取R=1.5Rm。

2．由乙酸乙酯和乙醇組成的二元系，在常壓下汽相可以作為理想氣體處理，液相的活度系

數(shù)可由范拉爾方程計算，范拉爾常數(shù)為A12=0.8552，A21=0.7526。試判斷72.6℃時此系統(tǒng)是否是恒沸物？如存在其組成如何？

已知：兩組分的蒸汽壓可以按以下方程計算：

乙酸乙酯：lnp1S=16.15162790.50/(T57.15)piSmmHg

S乙醇：lnp2=18.91193803.98/(T41.68)TK

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3.某二元混合液用恒沸精餾方法進行分開，參與的夾帶劑S和組分A形成最低恒沸物，從塔

頂蒸出，應用空氣冷卻器使它全部冷凝，部分作為回流，部分作為塔頂產(chǎn)品。設定空冷器的空氣進出口溫度分別為35℃和45℃，要求空冷器的有效溫差為10℃。

a)試估算塔的操作壓力最小為多少？

b)計算恒沸物的組成。

已知：組分A和夾帶劑S的飽和蒸汽壓可分別由下式計算：

sslnpA=15.75272766.63/(T5050)PimmHgs=16.65132940.46/(T35.93)lnpS

兩者的活度系數(shù)按以下方程計算：TK

22lnγA=1.5xSlnγS=1.5xA

汽相可以作為理想氣體處理。

第三章吸收

1.氣體混合物中的SO2用水吸收，此時水溶液中發(fā)生如下電離過程：

SO2+H2ORH++HSO3

吸收溫度20℃，常壓操作。試求：當氣相中SO2的mol分率為0.04時，SO2在水中被吸收的平衡總濃度kgSO2/m3。[H+][HSO3]已知：上述電離過程的平衡常數(shù)為K==1.7102kmol/m3，[SO2]

20℃時SO2的溶解度常數(shù)HSO2=0.613atm/(kmol/m3)。

2.一級不可逆反應的化學吸收過程。已知：k1=10-4m/s，DL=1.5*10-9m2/s，試探討：

（1）反應速度常數(shù)k1*高于什么值時，將在液膜中進行快速反應過程；k1*低于什么值時，將

在液流主體中發(fā)生慢反應？

（2）假使k1*＝0.1s-1，試問液相主體體積與液膜體積之比αL大于多少，反應方能在液相主體

中完成？

（3）假使αL＝30，k1*＝0.2s-1，試求加強因子β多大？

3.計算25℃，用濃度為0.8Kmol/m3的NaOH溶液吸收CO2的速率NA。

已知：k1=210-4m/s，CO2的溶解度常數(shù)HCO2=3106Pa/(kmol/m3)，氣相中CO2分壓PA=105Pa，’

擴散系數(shù)DAL=DBL=1.510-9，kg＝310-2kmol/(m2.s.atm)，

反應速度常數(shù)k2*=8800m3/kmol.s。

（提醒：計算時可首先假設CAi＝pA/HA，再校正）。

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4.某易溶于水的氣體A的亨利系數(shù)HA=0.5atm/mole分率，難溶于水的氣體B的亨利系數(shù)

HB=50000atm/mole分率，溶液的mole密度CM=55.6Kmol/m3。

（1）假使是物理吸收，分別計算這兩種氣體的氣膜阻力和液膜阻力之比。此時，

kl＝10-3cm/s，kg＝1.6710-5mol/(cm2.s.atm)。

（2）試分析對于哪一種氣體應用快速反應的化學吸收加強作用會更大一些。

5.空氣中含有有害雜質(zhì)A需要除去，要求其含量由0.1％減至0.02%(mol)。試計算以下三種逆流吸收的填料層高度。

1)純水吸收；kga＝32kmol/(m3.h.atm)，kla＝0.1h-1。A在純水中的溶解度常數(shù)

HA=0.125atm/(Lmol/m3)，氣液兩相流率分別為L=63.5kmol/m2.h，G=9.1kmol/m2.h，液相的摩爾密度CM=56.1kmol/m3。常壓吸收。

2)用CB＝0.8kmol/m3（即0.8N）的強酸溶液進行吸收，已知：DAL＝DBL，kAL＝kBL，

瞬間反應A+B→P；

3)用CB=0.128kmol/m3（即0.128N）的強酸溶液進行吸收。

6.某廠脫乙烷塔的塔頂氣體組成如下：

組分

摩爾流率C2H6C2H4C2H2總和12.687.00.4100

擬用丙酮作吸收劑除去其中乙炔，操作壓力為18絕對壓，操作溫度為-20C，此條件下各組分的相平衡常數(shù)為：

組分C2H6C2H4C2H2

K3.252.250.3

乙炔的回收率為0.9995，用吸收因子法計算脫乙烷塔的

（1）完成此任務所需的最小液氣比（L/G)min。

（2）取操作液氣比為最小液氣比的1.83倍所需的理論板數(shù)N。

（3）各組分的回收率和出塔尾氣組成η，y1。

（4）進料為100kmol/h，塔頂應參與吸收劑丙酮的用量L0。

7.用純水吸收混合氣體中的A。氣體中A的濃度為0.01，塔內(nèi)的液氣比L/V=10，操作壓力

P=3.039105Pa。

已知：當t＝10℃，HA＝2.453Mpa，尾氣中A的濃度達到0.001。

當t＝30℃，HA＝4.852Mpa。

問：用30℃水吸收時尾氣中A的含量為多少？

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分開工程思考題

1.汽液相平衡系統(tǒng)分幾類？各類相應的Ki計算式怎樣？

2.工程計算中求取相平衡常數(shù)的常用途徑有哪兩條？各自的Ki計算式怎樣？

3.應用狀態(tài)方程計算i和i的方程一致，那么如何確定算得的結果是i和i？

4.現(xiàn)有乙烷，丙烷和異丁烷組成的三元混合物，采用SRK方程計算它們的相平衡常數(shù)Ki，

試問需要查取哪些解除數(shù)據(jù)才能計算它們的Ki？

5.現(xiàn)有乙醇，水和正丙烷組成的三元混合物，采用Wilson活度系數(shù)和Virial方程計算氣相逸

度系數(shù)，試問需要查取哪些解除數(shù)據(jù)才能計算它們的Ki？

6.何謂真實氣體的理想溶液？當汽液兩相均可作為理想溶液處理時，Ki取決于哪些因素？

7.以局部組成概念為基礎的活度系數(shù)方程用來預計多元系的汽液平衡，比起Whol型一類方

程有哪些優(yōu)點？

8.教材介紹的泡點計算的框圖用來計算壓力不十分高系統(tǒng)泡點十分有效，試分析原因。

9.當汽液兩相均可作為理想溶液處理時，泡點溫度計算的基本方程是什么？寫出泡點溫度計

算的框圖。

10.如何比較簡單判別一個混合物狀態(tài)？試歸納相態(tài)判別的關系式。

11.等溫閃蒸計算機的計算，采用目標函數(shù)和迭代變量是什么？用它們有什么優(yōu)點？

12.構成一個計算機計算的要點是什么？試以Wang-Hanke法為例進行剖析并由此說明該算法

的局限性。

13.試推導多級分開過程的MESH方程組。

14.三對角線的BP法和SR法的框圖怎樣？兩法各自適用的物系是哪些？

15.精餾塔操作壓力的上、下限各由什么因素決定？增大操作壓力對分開效果和能耗有什么影

響？

16.何謂關鍵組分？精餾分開的多元混合物可能含有哪些組分？

17.有A、B、C、D（以揮發(fā)度遞減次序排列）四組分組成的料液參與精餾塔中進行分開。試

對A、B，B、C或C、D是輕重關鍵組分時，塔在Rm下操作時塔中的恒濃區(qū)位置進行分析。由于什么組分的變化引起恒濃區(qū)位置的變化？

18.估算精餾塔塔頂和塔底產(chǎn)品的量和組成有哪兩種方法？各自的基本假定有哪些？

，說明萃取精餾中溶劑的作用。假使原料中兩19.試應用教材中推導的α12/S計算式（式2-153）

組分的相對揮發(fā)度十分接近于1，靠參與溶劑的什么作用才可能使α12/S較大地偏離1？

20.何謂萃取精餾溶劑的選擇性？其值是否一定要大于1？

21.萃取精餾捷算法計算溶劑用量，回流比與理論級數(shù)的假定有哪些？

22.預計壓強不高時物系恒沸點的基本關系式怎樣？一般兩組分的沸點差在什么范圍內(nèi)才能

形成恒沸物？如何判斷計算得到的恒沸物是最低恒沸物，還是最高恒沸物？

23.分別畫出恒沸精餾塔塔頂產(chǎn)物是三元非均相恒沸物和兩元均相恒沸物的流程。

24.決定恒沸精餾塔塔頂產(chǎn)物和塔底產(chǎn)物的基本原則有哪幾條？

25.實際板和理論板的差異有哪些？AICHE的效率估算法是如何計算這些差異的？哪些差異

尚未考慮到？玻璃OldShaw篩板塔測得的板效率與工業(yè)規(guī)模大塔的什么效率在什么條件LVLV

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下相當？一般此測得的效率比大塔的效率大還是??？為什么？

27.板效率隨塔徑如何變化？請說明變化的原因？

28.試分析精餾正負系統(tǒng)的適合工況。

29.NT和NOG間如何換算？在什么條件下才相等？

30.化學反應是如何影響吸收相平衡的？當物理溶解量可以忽略時，化學吸收相平衡有何特

點？

31.化學吸收速率中加強因子有哪兩種定義？β=1時，吸收速率是否有所加強？

32.當吸收速率式表示為NA=βKL(CAiCAL)時，在溶質(zhì)A的氣相分壓不變的條件下，

吸收速率是否增大了β倍？

33.化學吸收促使傳質(zhì)速率增大的原因是什么？對于氣膜控制物系還是液膜控制物系其加強

作用更大？

34.如何判別不可逆瞬時反應是氣膜控制還是雙膜控制？各自的吸收速率式怎樣？

35.歸納教材中探討的三類不可逆反應化學吸收速率式，并畫出相應的溶質(zhì)在汽液兩相中的濃

度分布線。

36.一級不可逆反應的化學吸收。當反應為快反應和慢反應時相應的加強因子如何計算？