化工分离工程知识点.docx
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化工分离工程知识点.docx
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化工分离工程知识点
化工分离工程知识点
1.什么叫相平衡?
相平衡常数的定义是什么?
由混合物或溶液形成若干相,这些相保持物理平衡而共存状态。
热力学上看物系的自由焓最小;动力学上看相间表观传递速率为零。
Ki=yi/xi
2.简述分离过程的特征?
什么是分离因子,叙述分离因子的特征和用途。
答:
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。
定义式:
3.请推导活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式。
汽液相平衡关系:
汽相:
液相:
相平衡常数:
4.请写出活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式,并指出关系式中各个物理量的含义
5.什么是设计变量,如何通过各单元设计变量确定装置的设计变量。
在设计时所需要指定的独立变量的数目,即设计变量。
1在装置中某一单元以串联的形式被重复使用,则用
以区别于一个这种单元于其他种单元的联结情况,每一个重复单元增加一个变量。
2各个单元是依靠单元之间的物流而联结成一个装置,因此必须从总变量中减去那些多余的相互关联的物流变量数,或者是每一单元间物流附加(C+2)个等式。
6.什么叫清晰分割法,什么叫非清晰分割法?
什么是分配组分与非分配组分?
非关键组分是否就一定是非分配组分?
答:
清晰分割法指的是多组分精馏中馏出液中除了重关键组分(HK)之外,没有其它重组分;釜液中除了轻关键组分(LK)之外,没有其它轻组分。
非清晰分割表明各组分在顶釜均可能存在。
在顶釜同时出现的组分为分配组分;只在顶或釜出现的组分为非分配组分。
15.实际板和理论板的差异表现在那些地方,这些差异的影响应用什么方法来处理?
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
16.目前常用的效率有哪几种?
影响效率的因素有哪些?
全塔效率默弗里板效率点效率填料塔的等板高度
影响因素:
传质速率流型和混合效应雾沫夹带物性的影响
17.精馏过程的不可逆性表现在那些方面,节省精馏过程能耗有哪些措施。
精馏过程的不可逆性
1)流体流动,在流体流动时有压力降,当塔板数较多时,压力降也要加大,同时塔顶釜的温差也会加大,亦即
增大
2)传热
(1)一定温度梯度的热量传递
塔再沸器和冷凝器中介质存在温差,因温差传热过程而引起的有效能损失为
(2)不同温度物流的直接混合,塔内上升蒸汽与下流液体直接接触产生热交换时的温差,是使精馏过程热力学下降的重要因素
3)传质
通过一定浓度梯度的质量传递或不同化学位物流的直接混合。
即上升蒸汽与下流液体进行传质过程时,两相浓度与平衡浓度的差别。
节省精馏过程能耗的一些措施:
1)有效能的充分回收及利用;2)减少过程的净耗功;3)减少质量传递中的浓度梯度(
);4)多效精馏;5)热泵精馏
设计一个脱乙烷塔,从含有6个轻烃的混合物中回收乙烷,进料组成、各组分的相对挥发度和对产物的分离要求见设计条件表。
试求所需最少理论板数及全回流条件下馏出液和釜液的组成。
脱乙烷塔设计条件
编号
进料组分
mol%
1
CH4
5.0
7.356
2
C2H6
35.0
2.091
3
C3H6
15.0
1.000
4
C3H8
20.0
0.901
5
i-C4H10
10.0
0.507
6
n-C4H10
15.0
0.408
设计分离要求
馏出液中C3H6浓度≤2.5mol%
釜液中C2H6浓度≤5.0mol%
解:
根据题意,组分2(乙烷)是轻关键组分,组分3(丙烯)是重关键组分,而组分1(甲烷)是轻组分,组分4(丙烷)、组分5(异丁烷)和组分6(正丁烷)是重组分。
要用芬斯克公式求解最少理论板数需要知道馏出液和釜液中轻、重关键组分的浓度,即必须先由物料衡算求出
及
。
取100摩尔进料为基准。
假定为清晰分割,即
,
,
,
,则根据物料衡算关系列出下表:
编号
组分
进料,fi
馏出液,di
釜液,wi
1
CH4
5.0
5.00
-
2
C2H6(LK)
35.0
31.89
3.11
3
C3H6(HK)
15.0
0.95
14.05
4
C3H8
20.0
-
20.00
5
i-C4H10
10.0
-
10.00
6
n-C4H10
15.0
-
15.00
100.0
37.84
62.16
用式(3-11)计算最少理论板数:
为核实清晰分割的假设是否合理,计算塔釜液重CH4的摩尔数和浓度:
(摩尔分率)
同理可计算出组分4,5,6在馏出液中的摩尔数和浓度:
,
,
,
,
可见,CH4、i-C4H10和n-C4H10按清晰分割是合理的。
C3H8按清晰分割略有误差应再行试差。
其方法为将d4的第一次计算值作为初值重新做物料衡算列表求解如下:
编号
组分
进料,fi
馏出液,di
釜液,wi
1
CH4
5.0
5.00
-
2
C2H6(LK)
35.0
35.0-0.05W
0.05W
3
C3H6(HK)
15.0
0.025D
15-0.025D
4
C3H8
20.0
0.6448
19.3552
5
i-C4H10
10.0
-
10.0000
6
n-C4H10
15.0
-
15.0000
100.0
D
W
解D和W完成物料衡算如下:
编号
组分
进料,fi
馏出液,di
釜液,wi
1
CH4
5.0
5.00
-
2
C2H6(LK)
35.0
31.9267
3.0733
3
C3H6(HK)
15.0
0.9634
14.0366
4
C3H8
20.0
0.6448*
19.3552*
5
i-C4H10
10.0
-
10.0000
6
n-C4H10
15.0
-
15.0000
100.0
38.5349
61.4651
*需核实的数据
再用式(3-11)求Nm:
校核d4:
由于d4的初值和校核值基本相同,故物料分配合理。
1.某原料气组成如下:
组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12n-C6H14
y0(摩尔分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045
先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收,平均吸收温度为38℃,压力为1.013Mpa,如果要求将i-C4H10回收90%。
试求:
(1)为完成此吸收任务所需的最小液气比。
(2)操作液气比为组小液气比的1.1倍时,为完成此吸收任务所需理论板数。
(3)各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。
(4)求塔底的吸收液量
解:
由题意知,i-C4H10为关键组分
由P=1.013Mpa,t平=38℃
查得K关=0.56(P-T-K图)
(1)在最小液气比下N=∞,A关=中关=0.9
=0.56
0.9=0.504
(2)
=1.1
0.504=0.5544
所以理论板数为
(3)它组分吸收率公式
,
计算结果如下:
组分
进料量
相平衡常数Ki
被吸收量
塔顶尾气
数量
组成
CH4
76.5
17.4
0.032
0.032
2.448
74.05
0.923
C2H6
4.5
3.75
0.148
0.148
0.668
3.834
0.048
C3H8
3.5
1.3
0.426
0.426
1.491
2.009
0.025
i-C4H10
2.5
0.56
0.99
0.90
2.250
0.250
0.003
n-C4H10
4.5
0.4
1.386
0.99
4.455
0.045
0.0006
i-C5H12
1.5
0.18
3.08
1.00
1.500
0.0
0.0
n-C5H12
2.5
0.144
3.85
1.00
2.500
0.0
0.0
n-C6H14
4.5
0.056
9.9
1.00
4.500
0.0
0.0
合计
100.0
-
-
-
19.810
80.190
以CH4为例:
=
=
V1(CH4)=(1-
)VN+1=(1-0.032)
76.5=74.05
(3)塔内气体平均流率:
Kmol/h
塔内液体平均流率:
L=
由
=0.5544
=40.05Kmol/h
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- 化工 分离 工程 知识点