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1、作业（计算题）1. 解：由题意知，轻关键组分为丙烷，重关键组分为丁烷，取 100kmol/h 进料为基准，按清晰分割的定义可列出下列物料衡算式：D+W=100 (1)D=52+24.9+8.83+8.7+3.05-0.0015W+0.002D (2)解之得 D=46.011 kmol/hW=53.989 kmol/h 的组成：丁烷 99.85%，丙烷 0.15%。 的组成列于下表：组分 甲烷 乙烯 乙烷 丙烯 丙烷 丁烷 流量/(kmol/h) 0.52 24.9 8.83 8.7 2.969 0.092 46.011摩尔分数/% 1.13 54.12 19.19 18.91 6.45 0.2
2、0 100.02. 解：由 式 得：3.61502.840169.7350461.350.8641250.3140 应界于 11.735 之间，经试差求得 =1.105。由式 得3.6150.72.840.691.7350.691.04.86.0271.455mR由给定条件可知，丙烷和异丁烷为轻组分，戊烷和己烷为重组分。根据清晰分割法的基本假定，组分 1 和 2 在塔顶和塔釜产品中的量分别为 12 29830.1.8/,06DFkmolhW组分 5 和 6 分别为 566;.25./098301476WklFoh根据给定收率得： 3344.%.9830.1/9.280.15.425./6/Dk
3、mlkmolhFolhWl于是，塔顶产品量，塔底产品量，组分 i 在塔顶产品 D 中的摩尔分数 xiD=Di/D，在塔底ixFq,ixD39./iklDoh产品 W 中的摩尔分数 xiW=Wi/W。计算结果列于下表：组分 丙烷 异丁烷 丁烷 异戊烷 戊烷 己烷ixD0.0176 0.2707 0.7011 0.0106 0 00 0 0.0225 0.2844 0.3207 0.3724应用芬斯克方程进行重新估算。(1) 首先计算(2) 计算(3) 计算其余各组分的 i 和 Wi由式算得的 i 和 Wi 加上轻、重关键组分的 i 和 Wi 以及 xi,D 和 xi,W 列于下表。组分 丙烷 异
4、丁烷 丁烷 异戊烷 戊烷 己烷/iD398105 480.3 51.92 0.0618 0.0104 2.4010-6()kmolh10.8 165.75 430.1 6.5 1.22 0i0 0.35 8.3 105.1 117.28 137.6,/ix0.0176 0.2698 0.7000 0.0106 0.0020 0iW0 0.0009 0.0225 0.3182 0.3733614.37/8ikmolh3. 解：根据题意，组分 3(正己烷 )是轻关键组分，组分 2(正庚烷)是重关键组分，而组分 1是重组分。要用芬斯克公式求最小理论级数需要知道馏出液及釜液重、轻关键组分、重关键组分的
5、浓度，即必须由物料衡算求出 x3,D 和 x3,W。取 100mol 进料为基准。假定为清晰分割，即 x1,D0 则3,2,3,3,100.19;DDFWxx可得： 10.=9+(10-).所以： D32.65mol,-32.65=7.mol再对组分 2 进行物料衡算，可得： 43.16.55.82,0.18LKHKDlg(51.82/06)12.73mN,1mi iiiNHKiFDF2,2,2, 2,;10.32.65017.35FDWWxx x故对组分 1 进行物料衡算，可得：,1, 1,;.47.FWWxx故也可由 x2,W 及 x3,W 得出 x1,W 之值：1,2,3,10.485.
6、1049WW结果一致，说明计算结果无误。故最少理论级数为： .9/lg10.52.7mN再根据算得的 Nm 及组分 2 的分配比，按芬斯克公式来计算组分 1 在馏出液中的浓度。因故得：显然，此值可以忽略，故原假定为清晰分割是正确。4. 解：(1) 取 100kmol/h 为基准，按清晰分割作物料衡算。100=D+WD=1000.05+1000.35-0.05W+0.025D解得 D=37.8378kmol/h， W=62.1622kmol/h，将 D 和中各组分量和组成列于下表：组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷 组成 0.05 0.35 0.15 0.20 0.10 0.15 1.
7、00 平均 10.95 2.59 1.000 0.884 0.422 0.296/()ikmolh5 31.8919 0.9459 0 0 0 37.8378Dx0.1321 0.8429 0.0250 0 0 0 1.0000iW0 3.1081 14.0541 20.0 10.0 15.0 62.16220 0.0500 0.2261 0.3217 0.1609 0.2413 1.0000(2) 求理论级数由题意知，乙烷、丙烯分别为轻重关键组分，求最少理论级数：1 0.8429.61lglg5.28.LKHDWmxN可由 m 值进一步估算 和 的量和组成( 这里略)。,.851,.967,
8、10./48lg591.7Dx6,2求最小回流比2由恩特伍德公式求之，由试差计算 值，设 1.7，,10.519.3250.1.2084.120.596.821777niFx重新设 值重复上述计算，设设设 所以 1.393，将之代入得： ,10.95132.5908421.05.916.33niFmxR求 R=1.2Rm 时的 3R=1.2Rm=1.20.9116=1.09392，1.0932.160.87查吉利兰图得：，.5mN已知 Nm=5.282，所以 N5.282=0.56N+0.56，.280.613.28(3) 确定进料位置0.8429.35lglg12.806l.LKLKHDFR
9、mRxN(NR)m/Nm=NR/N所以N R=2.80613.28/5.282=7.056 级5. 解：,1 ,niFq,1.4,.niFx,1.38,0.298ni,1.9,.14niFx,1niFmxR1212.093.460.9872.1.10.8.560.782SSA当 xs=0.6 时： 121231lg0.6241.6780.9120.65.8SssAx 3.56当全塔萃取剂浓度为 xS=0.8 时，其萃取效果可提高 3.256/2.425=1.343 倍。6. 解：(1) 以 100kmol/h 进料为基准进行物料衡算根据题意已知故令通常萃取精馏塔为防止溶剂由塔顶带出，在溶剂进料
10、口以上设有溶剂回收段，因此，塔顶产品中的溶剂含量可以忽略，所以： 1,;0.9563.1/DxWFkmolh于是(2) 计算相对挥发度(a 12)S由文献中查得本系统有关二元端值常数为：A 12=0.447；A 21=0.411；A 2S=0.36A S2=0.220；A 1S=0.130；A S1=0.82由于此三元对两元的端值常量相当接近，均近似为对称系统，因此两组分之间的活度系数之比( 1/2)S 可按公式计算得：当 x1=0 时(x 1=0，x 2=0.2，x S=0.8)，2lg.49(0.2).8(106.29).70S125.S组分 1 和 2 在恒沸点 54时的蒸汽压分别为：1
11、, 1,0.98.0.6493./DFxx kmolh,563./kmolh1,41.3/Wl 1, 2,.607Wx 12112lgSxA 1212.;.;.SSA00129.4;65.98pkPapka012.25.685SSpa因此：当 x1=1 时(x 1=0.8，x 2=0，x S=0.8)，2lg.49(0.2)8(1.0629).530S123.S故故得：a 平均 (3) 计算最小回流比 Rm按两组分精馏的最小回流比公式计算 15.6091.60.781.44取 R=1.5Rm=1.172(4) 计算全回流时 Nm(包括塔釜) 1,2,1,20.9567lglg.3.4()1DW
12、mSxa(5) 计算实际回流比下的 N（包括塔釜） .70.8.mR查吉利兰图得(NN m)/(N+2)=0.466 1.2.1N=8.7 级(包括塔釜)(6) 计算萃取剂量对进料的比值 S/F先计算 Sn精馏段顶：( Sn)=(x1+x2)/( 1Sx1+2Sx2)式中： 1S 和 2S 可以按下列两式计算：算得， 1S25.1， 2S=5.4 代入上式得(Sn)顶 0.95(1-0.8)+0.05(1-0.8)/(25.10.19+5.40.01)=0.0425011229.43.658SSp4.68.0 11 12120 22 2121lgl()()llSSSSSSpAxA塔釜处可估计：
13、xS=0.8，x 1=0.03930.2=0.00786，x 2=0.96070.2=0.1921用同样的方法可计算得 1S41.49， 2S6.2代入上式得：(Sn)釜 (0.00786+0.1921)/(41.490.00786+6.20.1921)0.13180.415.380.74Sn则： .1.726.98(.7)6.9126.5/1048S kmolh因此： 26.5.SF复习思考题（一）填空题1. 设计；操作2. 分配组分3. 全回流4. 组成；泡露点方程5. 萃取剂回收段6. 进料时补加一定量的萃取剂7. 稀释8. 增大9. 小10. 0ABp11. 变压精馏；非均相恒沸物的精
14、馏12. 均出现的组分13. 由设计者指定浓度或提出分离要求14. 重关键组分 HK 的流率；轻关键组分 LK 的流率15. 重关键组分；轻关键组分16. 塔顶；恒沸剂17. 萃取精馏；萃取剂18. 越好19. 釜20. 釜21. ；02p122. 能量分离剂(ESA)；质量分离剂 (MSA)（二） 、选择题1. c ; 2. d ; 3. a ; 4. c ; 5. d ; 6. b ; 7. a ; 8. d ; 9. a ; 10. b ; 11. b ; 12. c ; 13. a ; 14. c ; 15. a ; 16. b ; 17. a ; 18. a ; 19. c ; 20. c ; 21. a ; 22. b ; 23. d ; 24. c ; 25. B（三）简答题1. 答：（）根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分；（）由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成；（）根据塔顶、塔釜组成计算相应的温度，求出平均相对挥发度；（）用 Fenske 公式计算 Nm；（）用 Underwood 法计算 Rm，并选合适的操作回流比 R；（）确定适宜的进料位置；（）根据 Rm，R，N M，用 Gilliand 图求理论级数 N。2.答：恒沸精馏是在原溶液中
