分离工程课后习题答案概要7243.pdf

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1、 第一章 1.列出 5 种使用 ESA 和 5 种使用 MSA 的分离操作。答：属于 ESA 分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。属于 MSA 分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。5.海水的渗透压由下式近似计算：=RTC/M，式中 C 为溶解盐的浓度，g/cm3；M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐 g/cm3的海水中制取纯水，M=，操作温度为 298K。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少 kPa?答：渗透压=RTC/M298=。所以反渗透膜两侧的最小压差应为。9.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。求：（1）总变更

2、量数 Nv;（2）有关变更量的独立方程数 Nc；（3）设计变量数 Ni;（4）固定和可调设计变量数 Nx,Na；（5）对典型的绝热闪蒸过程，你V-2FziTFPFV,y i,T v,P vL,xi,TL,PL习题5附图将推荐规定哪些变量？思路1：3股物流均视为单相物流，总变量数Nv=3(C+2)=3c+6 独立方程数Nc 物料衡算式 C个 热量衡算式1个 相平衡组成关系式C个 1个平衡温度等式 1个平衡压力等式 共2C+3个 故设计变量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3 固定设计变量NxC+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na0 解：（1）Nv=3(c+2)（2）N

3、c 物 c 能 1 相 c 内在(P，T)2 Nc=2c+3（3）Ni=Nv Nc=c+3（4）Nxu=(c+2)+1=c+3（5）Nau=c+3 (c+3)=0 思路2：输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数Nv=2(C+2)独立方程数Nc：物料衡算式 C个，热量衡算式1个,共 C+1个 设计变量数 Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3 固定设计变量Nx:有 C+2个加上节流后的压力共C+3个 可调设计变量 Na：有 0 11.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求：（1）设计变更量数是多少？（2）如果有，请指出哪些附加变量需要规定？解：Nxu 进料 c+2 压力 9 c+1

4、1=7+11=18 Nau 串级单元 1 传热 1 合计 2 NVU=Nxu+Nau=20 附加变量：总理论板数。16.采用单个精馏塔分离一个三组分混合物为三个产品(见附图),试问图中所注设计变量能否使问题有唯一解?如果不,你认为还应规定哪个(些)设计变量?解:NXU 进料 c+2 压力 40+1+1 进料，227K，2068kP a 组分N2C1C2C3C4C5C6Kmol/h1.054.467.6141.154.756.033.3塔顶产物塔底产物92习题6附图 c+44=47 Nau 3+1+1+2=7 Nvu=54 设计变量：回流比，馏出液流率。第二章 4.一液体混合物的组成为：苯；甲苯

5、；对二甲苯(摩尔分率)。分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在 100kPa 式的平衡温度和汽相组成。假设为完全理想系。解 1：(1)平衡常数法：设 T=368K 用安托尼公式得：kPaPs24.1561 ；kPaPs28.632 ；kPaPs88.263 由式(2-36)得：562.11K ；633.02K ；269.03K 781.01y ；158.02y ；067.03y ；006.1iy 由于iy，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：553.111iyKK 可得KT78.367 重复上述步骤：553.11K ；6284.02K ；2667.03K 7

6、765.01y ；1511.02y ；066675.03y ；0003.1iy 在温度为时，存在与之平衡的汽相，组成为：苯、甲苯、对二甲苯。(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：5.807 13 ；2.353 23 ；000.133 组分 i 苯(1)甲苯(2)对二甲苯(3)解 2：(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95 苯：96.11)36.5215.27395/(5.27887936.20ln1sP；甲苯：06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln2sP；对二甲苯：204.10)84.5715.27395/

7、(65.33469891.20ln3sP；569.11010569.15511PPKs；6358.022PPKs 选苯为参考组分：552.1011.1569.112K；解得 T2=05.11ln2sP；PaPs4210281.6 19.10ln3sP；PaPs43106654.2 2K=3K=故泡点温度为，且776.05.0552.11y；157.025.06281.02y；067.025.02665.03y(2)相对挥发度法 设 t=95，同上求得1K=，2K=，3K=807.513，353.223，133 故泡点温度为 95，且776.074.35.0807.51y；157.074.325

8、.0353.22y；067.074.325.013y 11.组成为 60%(mol)苯，25%甲苯和 15%对二甲苯的 100kmol 液体混合物，在和 100下闪蒸。试计算液体和气体产物的量和组成。假设该物系为理想溶液。用安托尼方程计算蒸气压。解：在 373K 下 苯：36.5251.27887936.20ln1TPS kPaPS315.1791 甲苯：67.5352.30969065.20ln2TPS kPaPS834.732 对二甲苯：84.5765.3346981.20ln3TPS kPaPS895.313 计算混合组分的泡点 TB TB=计算混合组分的露点 TD TD=此时：x1=，

9、x2=，x3=，L=；y1=，y2=，y3=，V=。12.用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并从较重烃中分离轻质气体。计算离开闪蒸罐的蒸汽组成和流率。从反应器出来的物料温度811K，组成如下表。闪蒸罐操作条件下各组分的 K 值：氢-80；甲烷-10；苯；甲苯 组分 流率，mol/h 解：以氢为 1，甲烷为 2，苯为 3，甲苯为 4。总进料量为 F=460kmol/h，4348.01z，4348.02z，1087.03z，0217.04z 又 K1=80，K2=10，K3=，K4=由式(2-72)试差可得：=，由式(2-68)计算得：y1=，y2=，y3=，y4=；V=h。14.在下，对组成为

10、 45%(摩尔)正己烷，25%正庚烷及 30%正辛烷的混合物。求泡点和露点温度 将此混合物在下进行闪蒸，使进料的 50%汽化。求闪蒸温度，两相的组成。解：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液，KI只取决于温度和压力，可使用烃类的 P-T-K 图。泡点温度计算得：TB=86。露点温度计算得：TD=100。由式(2-76)求 T 的初值为 93，查图求 KI 氢 200 甲烷 200 苯 50 甲苯 10 组分 正己烷 正庚烷 正辛烷 zi Ki 所以闪蒸温度为 93。由式(2-77)、(2-68)计算得：xC6=，xC7=，xC8=yC6=，yC7=，yC8=所以液相中含正己烷%，正

11、庚烷%，正辛烷%；汽相中含正己烷%，正庚烷%，正辛烷%。第三章 12.在压力下氯仿(1)-甲醇(2)系统的 NRTL 参数为：12=mol，12=mol，12=。试确定共沸温度和共沸组成。安托尼方程(SP：Pa；T：K)氯仿：）（16.4679.26968660.20ln1TPS 甲醇：）（29.3455.36264803.23ln2TPS 解：设 T 为 则）（16.4665.32679.26968660.20ln1SP SP1=SP2=由）（ijijijG exp，ij=ji ）（121212expG=）（9665.83.0exp=）（212121expG=）（8365.03.0exp=2

12、1122122106788.0106788.09665.82852.112852.18365.01xxxxx）（）（）（）（=21212193212.016086.02852.02852.13817.11）（）（）（xxx=21121122112852.12852.18365.006788.0106788.09665.8）（）（xxxxx=2121212852.02852.107507.193212.0104131.0）（）（xxx 1ln-2ln=SSPP21ln=6.645951.76990ln=求得1x=1=2=8971.06.6459568.02092.11.7699032.0=设 T

13、 为 60 则）（16.4615.33379.26968660.20ln1SP SP1=SP2=1ln-2ln=SSPP21ln=9.845999.95721ln=设 T 为 56 则）（16.4615.32979.26968660.20ln1SP SP1=SP2=1ln-2ln=SSPP21ln=3.717592.83815ln=当1ln-2ln=时求得1x=1=2=9500.03.7175970.01099.12.8381530.0=某 1、2 两组分构成二元系，活度系数方程为221lnAx，212lnAx，端值常数与温度的关系：A=(T，K)蒸汽压方程为 TPS40500826.16ln

14、1 TPS40503526.16ln2 (P：kPa：T：K)假设汽相是理想气体，试问时系统是否形成共沸物？共沸温度是多少？解：设T为350K 则A=35040500826.16ln1SP；SP1=kPa 35040503526.16ln2SP；SP2=kPa 因为在恒沸点 由1221112SSPP得SSPP1221 解得：1x=2x=210513.03009.0ln；1=229487.03009.0ln；2=P=SiiiPx=75.99 kPa 设 T 为 340K 则A=34040500826.16ln1SP；SP1=kPa 34040503526.16ln2SP；SP2=kPa 由）（1

15、2121lnxAPPSS；）（1213434.08458.847695.64lnx 解得：1x=2x=211069.03434.0ln；1=228931.03434.0ln；2=P=SiiiPx=75.99 kPa 设 T 为 352K 则A=35240500826.16ln1SP；SP1=kPa 35240503526.16ln2SP；SP2=kPa 由）（12121lnxAPPSS；）（1212924.03473.1272143.97lnx 1x=2x=210383.02924.0ln；1=229617.02924.0ln；2=P=SiiiPx=75.99 kPa 说明系统形成共沸物，其共

16、沸温度为 352K。判断31.16738.7513.9912SSPP，而1=，2=2121SSPP，且SSPPP21,，故形成最低沸点恒沸物，恒沸物温度为。第四章 1.某原料气组成如下：组分 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14 y0(摩尔分率)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，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)

17、求塔底的吸收液量 解：(1)最小液气比的计算：在最小液气比下 N=，A关=关 关关）（AKVLmin=(2)理论板数的计算：操作液气比min2.1）（VLVL=尾气的数量和组成计算：非关键组分的iiVKLA 吸收率111NiNiiAAA 被吸收的量为iNv1，塔顶尾气数量iiNvv)1(1 塔顶组成Vvyii1 按上述各式计算，将结果列于下表 组分 Kmol/h Ki CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14 合计 -(4)塔底的吸收量NL 塔内气体平均流率：185.90237.80100vKmol/h 塔内液体平均流率：514

18、.51185.905712.020均均）（VVLLLLN 而NNLVLV101，即 100+0L=+NL 联立求解得NL=h.0L=h 解 2：由题意知，i-C4H10为关键组分 由 P=，t 平=38 查得 K关=(P-T-K 图)(1)在最小液气比下 N=，A关=中关=关关）（AKVLmin=(2)min1.1）（VLVL=所以 理论板数为(3)它组分吸收率公式 iiVKLA，111NiNiiAAA 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 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14 合计 -以 CH4 为例：iA=032.04.175544.0iVKL i=32.01032.099.0032.0148.9148.9 V1(CH4)=(1-i)VN+1=（3）塔内气体平均流率：10.902190.80100vKmol/h 塔内液体平均流率：L=905.9281.19000LLL）（由vl=0L=h