分离工程习题与思考题

⎫ ⎪ ⎬
二甲苯：ln p3S = 16.1390 − 3366.99 /(T − 58.04)⎪⎭
( piS − mmHg,T − K )
2．异丙醇(1)-水(2)系统的无限稀释活度系数为
γ
∞ 1
=
9.78,
γ
∞ 2
=
3.22 ，试用此对数值计算
Wilson常数 Λ12和Λ21 ，并由此计算 x1 = 0.1665 (mole分率)时的汽相组成y1和泡点温度tB。系
6. 何谓真实气体的理想溶液？当汽液两相均可作为理想溶液处理时，Ki 取决于哪些因素？ 7. 以局部组成概念为基础的活度系数方程用来预计多元系的汽液平衡，比起 Whol 型一类方
程有哪些优点？ 8. 教材介绍的泡点计算的框图用来计算压力不十分高系统泡点十分有效，试分析原因。 9. 当汽液两相均可作为理想溶液处理时，泡点温度计算的基本方程是什么？写出泡点温度计
分离工程习题与思考题（2010.4）
分离工程习题
第二章 精馏
1. 欲分离苯(1)-甲苯(2)-二甲苯(3)三元混合物，精馏塔的进料、塔顶和塔釜产品的组成如 下：
组成 mol 分率
苯
塔顶
0.995
塔底
0.005
进料
0.600
的操作压强为 1atm（绝Fra bibliotek）。试求：1) 塔顶分凝器温度和塔釜温度；
2) 若进料温度为 92℃，判断进料状态。
取剂浓度基本保持在xs=0.8。工艺要求塔釜液脱乙腈后丁二烯纯度达99.5％；塔顶丁二烯
浓度小于0.05％，乙腈含量小于0.1％。计算所需的理论板和溶剂用量。
已知：
xS = 0.8时, α12 S = 1.67，α1S = 19.2，α2S = 11.5，取R = 1.5Rm。
2．由乙酸乙酯和乙醇组成的二元系，在常压下汽相可以作为理想气体处理，液相的活度系
数可由范拉尔方程计算，范拉尔常数为A12=0.8552，A21=0.7526。试判断72.6℃时此系统 是否是恒沸物？如存在其组成如何？
已知：两组分的蒸汽压可以按下列方程计算：
乙酸乙酯： ln p1S = 16.1516 − 2790.50 /(T − 57.15)
乙醇：
ln p2S = 18.9119 − 3803.98 /(T − 41.68)
响？ 16. 何谓关键组分？精馏分离的多元混合物可能含有哪些组分？ 17. 有 A、B、C、D（以挥发度递减次序排列）四组分组成的料液加入精馏塔中进行分离。试
对 A、B，B、C 或 C、D 是轻重关键组分时，塔在 Rm 下操作时塔中的恒浓区位置进行分 析。因为什么组分的变化引起恒浓区位置的变化？ 18. 估算精馏塔塔顶和塔底产品的量和组成有哪两种方法？各自的基本假定有哪些？ 19. 试应用教材中推导的α12/S计算式（式 2-153），说明萃取精馏中溶剂的作用。如果原料中两 组分的相对挥发度十分接近于 1，靠加入溶剂的什么作用才可能使α12/S较大地偏离 1？ 20. 何谓萃取精馏溶剂的选择性？其值是否一定要大于 1？ 21. 萃取精馏捷算法计算溶剂用量，回流比与理论级数的假定有哪些？ 22. 预测压强不高时物系恒沸点的基本关系式怎样？一般两组分的沸点差在什么范围内才能 形成恒沸物？如何判断计算得到的恒沸物是最低恒沸物，还是最高恒沸物？ 23. 分别画出恒沸精馏塔塔顶产物是三元非均相恒沸物和两元均相恒沸物的流程。 24. 决定恒沸精馏塔塔顶产物和塔底产物的基本原则有哪几条？ 25. 实际板和理论板的差异有哪些？AICHE 的效率估算法是如何计算这些差异的？哪些差异 尚未考虑到？玻璃 OldShaw 筛板塔测得的板效率与工业规模大塔的什么效率在什么条件
F=100Kmol/h，泡点进料）。 （2）计算 Nm。
各组分的相对挥发度如下：
αC1 = 17.4 αC＝2 = 7.18 αC20 = 5.00
（3）取 R＝1.5Rm，求 N。 5. 某料液的组成如下：
αC3＝ = 2.17 αC30 = 2.0 αC4 = 1.00
组分
丙烯
丙烷
异丁烷
mol 分率
a) 试估算塔的操作压力最小为多少？
b) 计算恒沸物的组成。
已知：组分A和夹带剂S 的饱和蒸汽压可分别由下式计算：
ln ln
pAs pSs
= 15.7527 − 2766.63 /(T = 16.6513 − 2940.46 /(T
− 5050) ⎫⎪
−
⎬ 35.93)⎪⎭
Pi s
− T
mmHg −K
piS − mmHg T −K
2
分离工程习题与思考题（2010.4）
3. 某二元混合液用恒沸精馏方法进行分离，加入的夹带剂S和组分A形成最低恒沸物，从塔
顶蒸出，应用空气冷却器使它全部冷凝，部分作为回流，部分作为塔顶产品。设定空冷
器的空气进出口温度分别为35℃和45℃，要求空冷器的有效温差为10℃。
3
分离工程习题与思考题（2010.4）
4. 某易溶于水的气体A的亨利系数HA=0.5atm/mole分率，难溶于水的气体B的亨利系数
HB=50000 atm/mole分率，溶液的mole密度CM=55.6Kmol/m3。
（1） 如果是物理吸收，分别计算这两种气体的气膜阻力和液膜阻力之比。此时，
kl＝10-3cm/s，
统处于常压（设为 1atm绝对压）。
已知：异丙醇和水的蒸汽压方程可分别用下列各式计算：
异丙醇
：
ln p1S
=
18.6929
−
3640.20 T − 53.54
⎫ ⎪⎪
⎬
水
：
ln
p2S
=
18.3036
−
3816.44 ⎪ T − 46.13⎪⎭
（提示：试差求 Λ12和Λ21 时，可取初值Λ12＝0.1327）
1
分离工程习题与思考题（2010.4）
4．设工艺规定C3H6为轻关键组分，C4为重关键组分，上题料液在常规精馏塔中分离，要求 C3H6在塔顶的收率为 0.99，C4在塔底的收率为 0.995。假设轻组分全部从塔顶馏出。试计算： （1）用Underwood方程计算Rm和C3H6在塔两端产品中的分布，算出两端产品的量和组成（设
两者的活度系数按下列方程计算：
ln γ A = 1.5xS2 汽相可以作为理想气体处理。
ln γ S
=
1.5x
2 A
第三章 吸收
1. 气体混合物中的SO2用水吸收，此时水溶液中发生如下电离过程：
SO2 + H2O R H + + HSO3
吸收温度 20℃，常压操作。试求：当气相中SO2的mol分率为 0.04 时，SO2在水中被吸收的平 衡总浓度kgSO2/m3。
在液流主体中发生慢反应？ （2）如果k1*＝0.1s-1，试问液相主体体积与液膜体积之比αL大于多少，反应方能在液相主体
中完成？ （3）如果αL＝30，k1*＝0.2s-1，试求增强因子β多大？
3. 计算 25℃，用浓度为 0.8Kmol/m3的NaOH溶液吸收CO2的速率NA。 已知：k1=2×10-4m/s，CO2的溶解度常数HCO2’=3×106Pa/(kmol/m3)，气相中CO2分压PA=105Pa， 扩散系数DAL=DBL=1.5×10-9，kg＝3×10-2kmol/(m2.s.atm)， 反应速度常数k2*=8800m3/kmol.s。 （提示：计算时可首先假设CAi＝pA/HA，再校正）。
0.7811
0.2105
0.0084
于泡点时加入常规精馏塔进行分离。要求塔顶产品中丙烯的 mole 分率≥99.5％，塔底
产品中丙烯 mole 分率≤5％。计算：
（1）分离所需的 Rm；取 R＝2Rm，计算所需的理论板数 N。
（2）如果塔顶精丙烯产品中丙烯丙烯浓度达 99.7％，塔底产品组成保持不变，计算此时能
kg＝1.67×10-5mol/(cm2.s.atm)。
（2）试分析对于哪一种气体应用快速反应的化学吸收增强作用会更大一些。
5.空气中含有有害杂质 A 需要除去，要求其含量由 0.1％减至 0.02%(mol)。试计算下列三种 逆流吸收的填料层高度。
1) 纯水吸收；kga＝32kmol/(m3.h.atm)，kla＝0.1h-1。A在纯水中的溶解度常数 HA=0.125atm/(Lmol/m3)，气液两相流率分别为L=63.5kmol/m2.h，G=9.1kmol/m2.h，液 相的摩尔密度CM=56.1kmol/m3。常压吸收。
问：用 30℃水吸收时尾气中 A 的含量为多少？
4
分离工程习题与思考题（2010.4）
分离工程思考题
1. 汽液相平衡系统分几类？各类相应的 Ki 计算式怎样？ 2. 工程计算中求取相平衡常数的常用途径有哪两条？各自的 Ki 计算式怎样？
3. 应用状态方程计算ϕiL和ϕiV 的方程相同，那么如何确定算得的结果是ϕiL和ϕiV ？
耗比生产 99.5％产品时的增加多少？
已知相对挥发度：
α12＝1.12184 α22＝1.0 α32＝0.54176
特殊精馏习题
1. 某合成橡胶厂欲用萃取精馏法分离丁烯-1（1）和丁二烯（2），以乙腈作为萃取剂。原料
流量为100 Kmol/h，含丁烯-1为0.7，丁二烯为0.3（mol分率），于露点加入塔中。塔内萃
（3） 各组分的回收率和出塔尾气组成η，y1。
（4） 进料为100kmol/h，塔顶应加入吸收剂丙酮的用量L0。
7. 用纯水吸收混合气体中的 A。气体中 A 的浓度为 0.01，塔内的液气比 L/V=10，操作压力 P=3.039×105Pa。
已知：当 t＝10℃，HA＝2.453Mpa，尾气中 A 的浓度达到 0.001。 当 t＝30℃，HA＝4.852Mpa。