化工分离过程 - 课后答案刘家祺 - 图文 下载本文

由于 ? yi >1.001,表明所设温度偏高。

由题意知液相中含量最大的是苯,由式(2-62)得:

K1 ?'

? 1.5 5 3 可得T ' ? 367.78K K 1 ?

??

yi

重复上述步骤:

''

' K ? 0.2667 K 2 K 1.553 ; ? 0.6284 ; 3 1 ?

y ? 0.7765 ; y ' ? 0.1511 ;y ' ? 0.066675

1 '

2

3

?

i

; y ? 1.0003

在温度为 367.78K 时,存在与之平衡的汽相,组成为:苯 0.7765、 甲苯 0.1511、对二甲苯 0.066675。

(2)用相对挥发度法:

设温度为 368K,取对二甲苯为相对组分。计算相对挥发度的:

?13 ? 5 . 8 0 7 ;? 23 ? 2.353 ;? 33 ? 1.000 组分 i xi ? ij ? ij xi 苯(1) 甲苯(2) 对二甲苯(3) 0.50 5.807 ? 1.000 3.7418 0.25 2.353 0.25 1.000 0.2500 2.9035 0.5883 ? ij ? xi

?? 解 2:

ij ? xi 0.7760 0.1572 0.0668 1.0000 (1)平衡常数法。假设为完全理想系。设 t=95℃

苯: ln P s ? 20.7936 ? 2788 .5 /(95 ? 273.15 ? 52.36) ? 11.96 ;

1

? P ? 1.569 ?10 5 Pa

甲苯: ln P s ? 20.9065 ? 3096 .52 /(95 ? 273.15 ? 53.67) ? 11.06 ;

s

1

2

s ? 6.358 ?10 4 Pa ? P2

对二甲苯: ln P s ? 20.9891 ? 3346.65 /(95 ? 273.15 ? 57.84) ? 10.204 ;

3

? P ? 2.702 ?10 4 Pa

?

s s 5 P P1 2 ? 1.569 ?10K ; ? 0.6358 K ? 5 ? 1.569 1 ??2 P P 10K3 ??

P3 s

P ? 0.2702

s

3

? ? Ki xi ? 1.596 ? 0.5 ? 0.2702 ? 0.25 ? 0.6358 ? 0.25 ? 1.011

K12 ? 1.569 ? 1.552 ;解得 选苯为参考组分: T2=94.61℃ 1.011

? ln P? 11.05 ;

ln P? 10.19 ;

s 3

s 2

P? 6.281 ?10 Pa

P? 2.6654 ?10 Pa

8

s 3

4

s 2

4

? K 2 =0.6281 K 3 =0.2665

9

? ? Ki xi ? 1.552 ? 0.5 ? 0.6281 ? 0.25 ? 0.2665 ? 0.25 ? 0.9997 ? 1

故泡点温度为 94.61℃,且 y1 ? 1.552 ? 0.5 ? 0.776 ;

y3 ? 0.2665 ? 0.25 ? 0.067 y2 ? 0.6281 ? 0.25 ? 0.157 ;

(2)相对挥发度法

设 t=95℃,同上求得 K 3 =0.2702 K1 =1.569, K 2 =0.6358,

? ?13 ? 5.807 ,? 23 ? 2.353 ,? 33 ? 1

? ?? i xi ? 5.807 ? 0.5 ? 2.353 ? 0.25 ? 1? 0.25 ? 3.74

? x 5.807 ? 0.5 2.353 ? 0.25 1? 0.25

? ? ? 1.0 ? y i ? ??i i?

3.74 3.74 3.74 ?? i xi

故泡点温度为 95℃,且 y1 ? 5.807 ? 0.5 ? 0.776 ; 3.74

y 2 ?

1? 0.25 2.353 ? 0.25

? 0.157 y ? ? 0.067 3

3.74 3.74 ;

3. 一烃类混合物含甲烷 5%(mol),乙烷 10%,丙烷 30%及异丁烷 55%,试求混

合物在 25℃时的泡点压力和露点压力。 解 1:因为各组分都是烷烃,所以汽、液相均可以看成理想溶液,K i 值只取决于 温度和压力。可使用烃类的 P-T-K 图。

⑴泡点压力的计算:75348

K i 假设 P=2.0MPa,因 T=25℃,查图求

组分 i xi K i yi ? K i xi

甲烷(1) 乙烷(2) 丙烷(3) 异丁烷(4) 0.05 8.5 0.425 0.10 1.8 0.18 0.30 0.57 0.171 0.55 0.26 0.143 ∑ 1.00 0.919 ∑ 1.00 1.005 ? K xi i =0.919<1,说明所设压力偏高,重设 P=1.8MPa 甲烷(1) 乙烷(2) 丙烷(3) 异丁烷(4) 0.05 9.4 0.47 0.10 1.95 0.195 0.30 0.62 0.186 0.55 0.28 0.154 组分 i xi K i yi ? K i xi K x

?

i i

=1.005≈1,故泡点压力为 1.8MPa。

⑵露点压力的计算:

K i 假设 P=0.6MPa,因 T=25℃,查图求 组分 i yi K i 甲烷(1) 乙烷(2) 丙烷(3) 异丁烷(4) 0.05 26.0 0.10 5.0 0.30 1.6 0.55 0.64 ∑ 1.00

10

0.0019 0.02 0.1875 0.8594 1.0688 x i ? K ??yi K i =1.0688>1.00,说明压力偏高,重设 P=0.56MPa。

组分 i 甲烷(1) 乙烷(2) 丙烷(3) 异丁烷(4) ∑

yi

yi K i x ? yi

i

0.05

0.10 5.38

0.30 1.69

0.55 0.68

1.00 1.006

27.8

Ki

解 2:(1)求泡点压力:

??yi

0.0018 0.0186 0.1775 0.8088

K 0.56MPa。 =1.006≈1,故露点压力为

设 P1=1000KPa,由 25℃,1000KPa,查 P-T-K 列线图得K i K 3 =1.0 K1 =16.5 K 2 =3.2 K 4 =0.43

所以 ? yi ? 0.05 ? 16.5 ? 0.1 ? 3.2 ? 0.3 ? 1.0 ? 0.55 ? 0.43 ? 1.68 ? 1

选异丁烷为参考组分

K 43 ??K 42

? y

i

? 0.256 0.907 ? 0.282 ,查得 P=1771KPa

在此条件下求得 ? yi =1.02 ? 1,继续调整

K43

? 0.282 ? 0.279 ,查得 P=1800KPa K 44 ??

1.02 ? yi 求得: ? yi ? 1.001 ? 1 ,故混合物在 25℃的泡点压力为 1800KPa 序号 组分 1 2 3 4 甲烷 乙烷 丙烷 x i 1000KPa K i 0.10 3.2 0.30 1.0 y i 0.32 0.30 2000KPa K i 1.75 0.57 y i 0.42 1770KPa K i 9.6 y i 0.48 1800KPa K i 9.4 y i 0.47 0.192 0.186

0.05 16.5 0.825 8.4 0.175 1.95 0.171 0.63 0.195 1.92 0.189 0.62 求露点压力 (2)设 P1=1000KPa,由 25℃,1000KPa,查 P-T-K 列线图得K i

异丁烷 0.55 0.43 0.24 0.256 0.141 0.285 0.157 0.279 0.153 1.00 1.68 0.907 1.001 ?

K1 =16.5 K 2 =3.2

所以 ??xi ? ? y i K i

选异丁烷为参考组分

? 0.05

K 3 =1.0 K 4 =0.43

? 0.10 ? 0.55 ? 1.614 16.5 3.2 0.43

K 42 ? K 41 ? ? xi ? 0.43 ? 1.614 ? 0.694

K i 值 由 25℃, K 42 =0.694 查得 P=560KPa,查得各组分的

11

求得 ? xi ?0.990 ? 1 故混合物在 25℃时的露点压力为 560KPa 序号 组成 1 2 3 4 甲烷 乙烷 丙烷 组成 1000KPa K i 0.10 3.2 0.30 1.0 x i 560KPa K i x i 0.002 0.019 0.176

0.05 16.5 0.003 27.5 0.031 5.20 0.30 1.70 醋酸乙酯(A)和 20%乙醇(E)的二元物系,液相活度系数用 Van 4. 含有 80%(mol)

Laar 方程计算, 101.3kPa 压力下的泡点温 AAE =0.144, AEA =0.170。试计算在 度和露点温度。 安托尼方程为: 醋酸乙酯: ln P

异丁烷 0.55 0.43 1.28 0.694 0.793 1.614 0.990 ? S

A

? 21.0444 ? 2790.50 ?

?T ? 57.15??

?

乙醇: ln PE S ? 23.8047 ? 3803.98 解 1:⑴泡点温度

?T ? 41.68??

?

(PS:Pa ;T:K)

此时 x A ? 0.8 , xE ? 0.2

ln ? A ??AAE

1 ? ??????xE ??? AEA

AAE x A ??

2 ?? ?1 ? ?? ??

0.1 4 4 0.1 4 4? 0.8

??2 ? 0.0 0 7 5

??

0.1 7 0? 0.2 ??

?

? A ? 1.0 0 7 5

ln ? E ??

AEA

1 ?

??????AAE x A ????

AEA xE ??

2 ?? ?1 ? ?? ??

0.1 7 0 0.1 7 0? 0.2

??

?2 ? 0.1 0 1 3

? E

??

0.1 4 4? 0.8 ??

?

设 T=350K ? 1.1067

S

ln PA ? 21.0444 ? 2790 .50

S PA ? 100271 Pa

S

ln PE ? 23.8047 ? 3803 .98 S PE ? 95505 Pa

?T ? 57.15? ? 11.516

?T ? 41.68? ? 11.4669

? A PA ? 0.9 9 7 2 K ? A P

12

S