分离工程考题（参考）.docVIP

二、已知在0.1013MPa压力下甲醇（1）－水（2）二元系的汽液平衡数据，其中一组数据为：平衡温度T＝71.29℃，液相组成x1＝0.6，气相组成y1＝0.8287（摩尔分率）。试计算汽液平衡常熟，并与实测值比较。 解：该平衡温度和组成下第二维里系数[] 纯甲醇 纯水 交互系数 混合物 B11 B22 B12 B －1098 －595 －861 －1014 在71.29℃纯甲醇和水的饱和蒸汽压分别为： ； 液体摩尔体积的计算公式为： 甲醇： 水： 计算液相活度系数的NRTL方程参数 ； 汽、液相均为非理想溶液 计算汽相逸度系数 由于本题已知平衡条件下的第二维里系数，故采用维里方程计算逸度系数。 将式（2－31）用于二元物系， （A） （B） 将式（2－33）变换成 用该式求露点温度下混合蒸汽的摩尔体积 解得 压缩因子 将、、、值代入（A）和（B） 计算饱和蒸汽的逸度系数 使用维里方程计算纯气体i的逸度系数的公式如下： （C） 式中 ――纯气体i在温度T的第二维里系数； ――纯气体i在温度T、压力P下的摩尔体积。对本计算特定情况，P即为 ――相应的压缩因子 对甲醇，将、、等数据代入下式 得 由式（C） ＝0.949 同理 ＝0.993 计算普瓦廷因子和基准态下得逸度 由已知条件求甲醇的液相摩尔体积： 同理可求出 计算液相活度系数 应用NRTL方程计算、 同理 ； 已知液相组成x1＝0.6，x2＝0.4 同理 E．计算 按式（2－35）计算各组分的汽液平衡常数 汽相为理想气体，液相为非理想溶液 按式（2－38） 汽、液均为理想溶液 应用公式计算纯甲醇和水在0.1013MPa和344.44K时汽相逸度系数 同理 按式（2－41） 将各种方法计算的K值列表如下： 组分 实验值 按式（2－35） 按式（2－36） 按式（2－38） 按式（2－41） 甲醇 1.381 1.365 1.2975 1.383 1.279 水 0.428 0.436 0.3250 0.4290 0.3297 比较实验值和不同方法的计算值可以看出，对于常压下非理想性较强的物系，汽相按理想气体处理，液相按非理想溶液处理是合理的。由于在关联活度系数方程参数也做了同样简化处理，故按式（2－38）的计算值更接近于实验值。 三、已知氯仿（1）－乙醇（2）溶液的浓度为（摩尔分率），温度为55℃。试求泡点压力及气相组成。该系统的Margules方程常数为：，。55℃时，纯组分的饱和蒸汽压，，第二维里系数：，，。指数校正项可以忽略。 解：将式（2－35）代入（2－50）中，并忽略指数项，得： （A） 令 对于二元系统，将其代入式（A） （B） 因 故 （C） 同理 （D） 在时，由Margules方程求得： 同理 因为及是及的函数，而及又未知，故需用数值方法求解。为了确定及之初值，可先假设，由式（B）求出及和。因，故得及。以这个及，为初值，就可由式（C）和（D）算出及。再由此及算出新的及，。这样反复进行，直至算得的与和假设值相等（或差数小于规定值）时为止。 以和、代入式（B），得： ； 将及，值代入式（C）和（D）中求出： ； 以上述及值代入式（B），得： 故 由于此计算结果与第一次试算结果已相差甚小，故不再继续试算下去。因此 ，， 四、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