化工分离工程模拟试题02Ada

模拟题(6)卷一、判断下列各题的正误，并改正。

（每正确小题1分，错误小题2分） 1、正确2、错误。

流量加和法是在求得ji x 后由H 方程求各板的温度，用S 方程计算各板的流率。

3、正确4、错误。

萃取塔当塔顶产品不合格时，采用加大回流比的方法，会降低塔内各板萃取剂的浓度。

故可采用增加萃取剂用量或减少进料量的方法5、正确6、错误。

从塔釜往上逐板计算时，若由提馏段操作线方程计算的1)(+j H L x x 比由精馏段操作线方程计算的更小，则加料板为j 板。

7、正确8、正确9、正确10、错误。

吸收操作中，吸收主要发生在塔顶釜两块板，增加塔板数不能明显提高关键组分的相对吸收率，应采用措施是增加液气比。

11、正确12、错误。

分离最小功是在完全可逆的情况下，分离过程所消耗的功。

13、正确 14、正确二、简答题（24分，每小题4分）1、分离过程的特征：分离某种混合物成为不同产品的过程，是个熵减小的过程，不能自发进行，因此需要外界对系统作功（或输入能量）方能进行。

分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度2211j i j i sij x x x x =α 根据实际产品组成分离因子与1相差越远，则可达到有效的分离。

1=s ij α，则表示组分i 及j 之间并没有被分离； 1〉s ij α，组分i 富集于1相，而组分j 富集于2相； 1〈s ij α，组分i 富集于2相，而组分j 富集于1相。

2、溶盐精馏是在原料液中加入第三种组分—盐，使原来的两种组分的相对挥发度显著提高，从而可用普通精馏的方法使原来相对挥发度很小或者形成恒沸物的体系分离。

但由于盐的回收十分困难，且循环使用中固体盐的输送加料及盐结晶引起堵塞、腐蚀等问题。

而萃取精馏是加入的新组分不和原物系中的组分形成恒沸物，只改变组分间的相对挥发度，而其沸点比物系中其它组分的沸点高，从精馏塔的塔釜引出。

一般萃取剂的用量为60%-80%。

把盐加入到萃取精馏的溶剂中，既可以利用盐效应，提高待分离组分的相互挥发度，减少溶剂循环量，又克服了溶盐精馏中盐的输送回收困难等问题。

由此开发出了加盐萃取精馏。

3、简捷法计算理论板数步骤① 根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分。

② 由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成。

③ 根据塔顶塔釜组成计算相应的温度、求出平均相对挥发度。

④ 用Fenske 公式计算m N 。

⑤ 用Underwood 法计算m R ，并选适宜的操作回流比R 。

⑥ 确定适宜的进料位置。

根据m m N R R ,,，用Gilliland 图求理论板数N 。

4、实质：⑴原分离物系中两组分沸点相近，非理想性不大的物系，加入萃取剂的作用是萃取剂与其中一个组分或两个组分形成非理想溶液，从而改变了远组分间的相对挥发度，变化值为)(21s s s A A x '-'。

⑵当原溶液为非理想物系，以至形成恒沸物而难以分离，则萃取剂起稀释作用，从而减弱了原分子间的相互作用，使相对挥发度改变。

其值为)21)(1(112x x A s '--'。

[])21(lg 1122112x A A A x S s s s '-'-'-'= ⑴萃取剂本身性质的影响选择的萃取剂应与组分1形成正偏差非理想溶液，选择的萃取剂应与组分2形成负偏差非理想溶液或理想溶液。

⑵物系本身性质的影响012>'∴A ，则5.01>'x ；012<'A ，则5.01<'x 。

当不满足此条件时，可采用萃取剂中间采出的流程以避免上述情况。

⑶萃取剂浓度的影响s x S ∝12lg ，8.06.0-=s x 5、实际板和理论板的差异1）理论板假定离开该板的汽、液两相达到平衡；2）理论板上相互接触的汽液两相完全混合，板上液相浓度均一，等于离开该板溢流液的浓度； 3）实际板上汽液两相存在不均匀流动，停留时间有明显差异； 4）实际板存在雾沫夹带、漏液和液相夹带泡沫现象。

为考虑上述各种差异的影响，引进了几种效率 1）全塔效率，又称为总板效率 2）Murphree 板效率，又称干板效率 3）点效率4）理论板当量高度（HETP ） 5）传质单元高度6、采用简单塔完全分离含C 个组分的物料为C 个产品，需C-1个塔 安排分离流程的一些经验规则：1）首选分离方法为能量分离剂的方法，其次选用是使用分离剂的方法； 2）易分离的组分先分；3）易挥发组分先分（直接分离序列） 4）尽可能对分，（料液的等摩尔分割） 5）量多的组分先分；6）分离要求高和最困难分离的组分后分； 7）有特殊组分的要先分三、构成一个精馏塔模拟计算的算法。

必须对下列三点作出选择和安排。

①迭代变量的选择。

②迭代变量的组织。

③一些变量的圆整和归一的方法以及迭代的加速方法。

三对角矩阵法的迭代变量为汽相（或液相）组成，用分块解法即用S 方程求各板上新的温度T 。

用H 方程求各板上新的汽液流量L V ,。

汽相（或液相）组成采用硬性归一和直接迭代方法。

① 物料平衡式ij j j i j ij j j ij j j j i j z F y V x U L y G V x L -=++-+-++--1,11,1)()(②相平衡关系式 ij ij ij x k y =③摩尔分率加和式 1=∑ij x 或1=∑ij y④热量平衡式j Fj j j j j j j j j j j j Q H F H V h U L H G V h L +-=++-+-++--1111)()(BP 法用于非理想性较强的物系，往往不收敛，除对初值有要求外，最主要是由M 方程得到的液相组成ij x 在没有收敛前，不满足的1=∑ij x 关系式，如果将这些组成直接返回第二步运算，结果会发散。

如果将得到的这些ij x 值圆整，则ij x 已不再满足M 方程，将这些不满足物料衡算的ij x 值作为下次迭代的初值，对非理想物系必然不收敛。

仲，高松提出用物料衡算来校正圆整后的液相组成，使之不仅满足S 方程，也尽量符合M 方程。

四、解 设混合物温度T=40℃ k A =0.15T/P=0.15*40/2=3 ； k B =0.0；k C =0.01T/P=0.2x i =y i /k ix A =y A /k A =0.35/3=0.1167；x B =y B /k B =0.5 x c =y c /k c =2.2512.8667/k y i i >=∑C 组分含量最大，可k 'c =k c ⨯i i /k y ∑=0.2*2.8667=0.5733 k 'c =0.01T/P=0.5733 T=114.66℃ k 'A =8.60 'B k =1.1466 x A =y A / k 'A =0.0407 xB =y B /'B k =0.17442 xC =y C /'c k =0.78493i i /k y ∑=0.0407+0.17442+0.78493=1.00004 /k y i ∑-1=0.00004<0.001即T=114.66℃ (2) T=50℃k A =3.75 k B =0.5 k C =0.2545.025.05.02.075.335.0/⨯+⨯+⨯=⨯+⨯+⨯=∑C C B B A A i i k y k y k y k z=1.525>1 T>T B=++=∑C C B B A A i i k y k y k y k z ////0.35/3.75+0.2/0.5+0.45/0.25=2.293>1T<T D即T B <T<T D ，混合物处于两相区，有液相存在五、解：（1）关键组分为乙烯和甲烷，非关键组分为 H 2 C 2H 6 C 3H 6按清晰分割，非分配组分为乙烯和甲烷 ， 分配组分为 H 2 C 2H 6 C 3H 6 非清晰分割，非分配组分为所有组分（2）设进料量为100 Kmol/hD=100 ⨯ 0.128+100 ⨯ 0.2512 ⨯ 98.9%+100 ⨯ 0.231 ⨯ (1-93.4%)=39.618 Kmol/h 塔釜流量 W=100-39.618=60.382 Kmol/h其组成，塔顶 H 2%68.32%100168.39128.0100=⨯⨯CH 4%43.63%100*168.39%9.982512.0100=⨯⨯ C 2H 4%89.3%100168.39%)4.631(231.0100=⨯-⨯⨯ 塔釜 CH 4%45.0%100832.60%)9.981(2512.0100=⨯-⨯⨯ C 2H 4%47.35%100832.60%4.93231.0100=⨯⨯⨯ C 2H 6%45.63%100832.60386.0100=⨯⨯ C 3H 6%54.0%100832.600033.0100=⨯⨯ （3）若为非清晰分割，则假定在一定回流操作时，各板的组成与回流比操作是相同，用芬斯克公式反算塔顶塔釜组成，其计算步骤为D I wi m L H W D D i wi m L H W D D i wi x x N T T x x N T T x x ,,,,,→→→→→→→→−−−→−αα清晰分割六、解 关键组分为异丁烷5035.053.095.0)(min =⨯==关关K V Lϕ 6042.0)(2.1)(min ==VLV L 14.153.06042.0===关关VK L A 19.91lg 1lg=---=AA N ϕϕ5035.02.16042.0===VK L A %35.5015035.05035.05035.01)119.9()119.9(11=--=--=++++N N A A A ϕ 七、解：在等温等压条件下，将其分离成纯组分时所需最小功为∑∑-=-Fi Fi Fi F T x x n RT W γln min,设为理想溶液，1=Fi γ，若kmol n F 1=∑-=-Fi Fi T x x RT W ln min,kmol kJ /2836]233.0ln 233.0539.0ln 539.0228.0ln 228.0)[15.27338.64(31.8=+++⨯-=。