分離工程課后習(xí)題答案概要

1、第1.列出5種使用ESA和5種使用MSA勺分離操作。答：屬于ESA分離操作的有精餾、萃取精餾、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精餾。屬于MSA分離操作的有萃取精餾、液-液萃取、液-液萃?。p溶劑）、吸收、吸附。5.海水的滲透壓由下式近似計(jì)算：n =RTC/M式中C為溶解鹽的濃度，g/cm3; M為離子狀 態(tài)的各種溶劑的平均分子量。若從含鹽 0.035 g/cm3的海水中制取純水，M=31.5,操作溫度 為298K。問(wèn)反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應(yīng)為多少 kPa?答：滲透壓 n =RTC/M= 8.314 X 298X 0.035/31.5=2.753kPa。所以反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應(yīng)為2.753kPa。9

2、.假定有一絕熱平衡閃蒸過(guò)程，所有變量表示在所附簡(jiǎn)圖中。求:(1)總變更量數(shù)Nv;(2)有關(guān)變更量的獨(dú)立方程數(shù)Nc；(3)設(shè)計(jì)變量數(shù)Ni;V , y i ,T v , Pv(4)固定和可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù)Nx,Na；(5)對(duì)典型的絕熱閃蒸過(guò)程，你FziTPXV-2將推薦規(guī)定哪些變量?L , xi , Tl , Pl思路1:習(xí)題5附圖3股物流均視為單相物流,總變量數(shù) Nv=3(C+2)=3c+6獨(dú)立方程數(shù)Nc 物料衡算式C個(gè)熱量衡算式1個(gè)相平衡組成關(guān)系式C個(gè)1個(gè)平衡溫度等式1個(gè)平衡壓力等式共2C+介故設(shè)計(jì)變量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定設(shè)計(jì)變量Nx= C+2,加上節(jié)流后的壓力，共

3、C+3可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na= 0解:(1) Nv = 3 ( c+2 )(2) Nc 物c內(nèi)在(P, T) 2Nc = 2c+3(3) Ni = NvNc = c+3(4) Nxu = ( c+2 )+1 = c+3(5) Nau = c+3- ( c+3 ) = 0思路2:輸出的兩股物流看成是相平衡物流，所以總變量數(shù) Nv=2(C+2) 獨(dú)立方程數(shù)Nc：物料衡算式C個(gè)，熱量衡算式1個(gè),共C+1個(gè) 設(shè)計(jì)變量數(shù) Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定設(shè)計(jì)變量Nx:有C+2個(gè)加上節(jié)流后的壓力共C+3 可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na有011.滿足下列要求而設(shè)計(jì)再沸汽提塔見(jiàn)附圖，求:(1) 設(shè)計(jì)變更量數(shù)是多

4、少？(2) 如果有，請(qǐng)指出哪些附加變量需要規(guī)定？解：Nxu 進(jìn)料 c+2壓力 9c+1 仁7+11=18進(jìn)料，227K,2068kPa塔頂產(chǎn)物組分N2C1C2C3C4Ca92Kmol/h1.054.467.6141.154.756.033.3習(xí)題6附圖*塔底產(chǎn)物傳熱 1合計(jì) 2NU = Nxu+Nu = 20附加變量：總理論板數(shù)。16.采用單個(gè)精餾塔分離一個(gè)三組分混合物為三個(gè)產(chǎn)品（見(jiàn)附圖），試問(wèn)圖中所注設(shè)計(jì)變量能否使問(wèn)題有唯一解？如果不，你認(rèn)為還應(yīng)規(guī)定哪個(gè)（些）設(shè)計(jì)變量？解：N xU進(jìn)料 c+2壓力 40+1+1c+44 = 47NT3+1+1+2 = 7N? = 54設(shè)計(jì)變量：回流比，餾出液

5、流率。4. 一液體混合物的組成為：苯 0.50 ;甲苯0.25 ;對(duì)二甲苯0.25（摩爾分率）。分別用平衡 常數(shù)法和相對(duì)揮發(fā)度法計(jì)算該物系在100kPa式的平衡溫度和汽相組成。假設(shè)為完全理想解1:（1）平衡常數(shù)法：設(shè) T=368K用安托尼公式得：Rs 156.24kPa； p?5563.28kPa; P3S 26.88kPa由式(2-36) 得:Ki1.562；K20.633;K30.269y10.781；y20.158;y30.067; y 1.006由于yi 1.001，表明所設(shè)溫度偏高。由題意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得：K1 553可得T367.78K1yi重復(fù)上述步驟：

6、k1 1.553 ； k20.6284；K30.2667yr 0.7765； y20.1511；y30.066675；yi 1.0003在溫度為367.78K時(shí)，存在與之平衡的汽相，組成為：苯0.7765、甲苯0.1511、對(duì)二甲苯 0.066675。(2)用相對(duì)揮發(fā)度法：設(shè)溫度為368K,取對(duì)二甲苯為相對(duì)組分。計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度的：135.807；232.353；331.000組分i苯甲苯(2)對(duì)二甲苯(3)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.90350.58830.25003.74180.77600.15720.06681.0000解2:(1)平衡常數(shù)法。假設(shè)為

7、完全理想系。設(shè)t=95 C苯：In Rs20.7936 2788.5/(95 273.15 52.36) 11.96 ；甲苯：In P2s 20.9065 3096.52/(95 273.15 53.67) 11.06 ；對(duì)二甲苯：In Rs20.98913346.65 /(95 273.15 57.84) 10.204 ；K1PyP 1.569 10105 1.569; K2 PyP 0.6358選苯為參考組分：K12 56%.?！?1.552 ；解得T2=94.6CIn P2s 11.05;P2s 6.281 104 Pass4In P3 10.19;P3 2.6654 10 PaK2 =

8、0.6281K3 =0.2665故泡點(diǎn)溫度為 94.61 C，且 y11.552 0.5 0.776 ；y20.6281 0.25 0.157; y 0.2665 0.25 0.067(2)相對(duì)揮發(fā)度法設(shè) t=95 C,同上求得 =1.569 , K2 =0.6358 , K 3 =0.2702135.807232.35333故泡點(diǎn)溫度為95C,且y1逬7嚴(yán)0776 ；y22.353 0.253.740.1577y31 0.253.740.06711.組成為60%(mol)苯，25%P苯和15%寸二甲苯的100kmol液體混合物，在101.3kPa和100C下閃蒸。試計(jì)算液體和氣體產(chǎn)物的量和組

9、成。假設(shè)該物系為理想溶液。用安托尼方程 計(jì)算蒸氣壓。解：在373K下苯：ln RS20.79362788.51 T52.36RS179.315kPa甲苯：ln P2S20.90653096.52 T53.67P2S73.834kPa對(duì)二甲苯：ln P3S20.9813346.65 T57.84P3S31.895kPa計(jì)算混合組分的泡點(diǎn)Tb T b=364.076K計(jì)算混合組分的露點(diǎn)Td Td=377.83K此時(shí)：X1=0.38 , X2=0.3135 , xa=0.3074 , L=74.77kmol;y 1=0.6726 , y2=0.2285 , ya=0.0968 , V=25.23km

10、ol。12.用圖中所示系統(tǒng)冷卻反應(yīng)器出來(lái)的物料，并較重?zé)N中分離輕質(zhì)氣體。計(jì)算離開(kāi)閃蒸罐的蒸 組成和流率。從反應(yīng)器出來(lái)的物料溫度811K,成如下表。閃蒸罐操作條件下各組分的K值：-80 ;甲烷-10 ;苯-0.01 ;甲苯-0.004解：以氫為1,甲烷為2,苯為3,甲苯為4總進(jìn)料量為F=460kmol/h,組分流率，mol/h乙 0.4348 z20.4348 Z30.1087 z40.0217? ? ?氫200又 K1=80, K2=10, K3=0.01, K4=0.004甲烷200由式(2-72)試差可得：屮=0.87 ,由式(2-68)計(jì)算得：苯50y1=0.4988 , y2=0.49

11、24 , y3=0.008 , y4=0.0008 ; V=400.2mol/h。甲苯1014.在101.3kPa下，對(duì)組成為45%摩爾)正己烷，25%E庚烷及30%E辛烷的混合物。求泡點(diǎn)和露點(diǎn)溫度將此混合物在101.3kPa下進(jìn)行閃蒸，使進(jìn)料的50%氣化。求閃蒸溫度，兩相的組 成。K只取決于溫度和壓力,解：因?yàn)楦鹘M分都是烷烴，所以汽、液相均可看成理想溶液,可使用烴類(lèi)的P-T-K圖。泡點(diǎn)溫度計(jì)算得：Tb=86C露點(diǎn)溫度計(jì)算得：Td=100C由式(2-76)求T的初值為93C，查圖求K組分正己烷正庚烷正辛烷Zi0.450.250.30K1.920.880.410.2836-0.0319-0.25

12、11所以閃蒸溫度為93C。由式(2-77)、(2-68)計(jì)算得:Xc6=0.308， Xc7=0.266，Xc8=0.426 yc6=0.591， yc7=0.234，yc8=0.175所以液相中含正己烷30.8%,正庚烷26.6%,正辛烷42.6%;汽相中含正己烷59.1%,正庚烷23.4%,正辛烷17.5%。AVV*第二早12 =8.9665J/mol ，12.在101.3Kpa壓力下氯仿(1)-甲醇 系統(tǒng)的 NRTL參數(shù)為:12 =-0.83665J/mol，12=0.3。試確定共沸溫度和共沸組成。安托尼方程(PS : Pa； T： K)氯仿：m P1S20. 86602696 . 79

13、( T46. 16)甲醇：ln P/23. 48033626 . 55 (T34.29)解：設(shè)T為53.5 C則 In piS20.86602696 . 7；(326 . 6546 . 16)P； =76990.1 P； =64595.6由Gjexp (ij ij )，ij jiG12exp12 12)=exp(0. 38. 9665 ) =0.06788G21exp21 21)=exp(0. 30. 8365 ) =1.2852In(1(12=X12=X12 (0. 8365)1.28522X1)1. 285222X1(1X2)8. 96650. 06788(1X1)0. 06788X12X

14、i)21. 3817X1)2(1. 28520.2852X1)0. 60862(10. 93212 X1)8. 96650. 06788 2_0.(1x10. 06788 x1)2x11. 2852 (1x1)0. 04131(10. 93212 x1)283651. 285221.07507(1. 28520. 2852x1)2SP176990 . 11-ln 2=ln PTln 6459TT=0.1755求得 x 1 =0.321=1.20922=0.8971=0. 3276990 11.20920.6864595 60.8971=69195.98Pa 101.3kPa設(shè)T為60 r則 I

15、n P；20. 86602696.79(333. 1546.16)P； =95721.9 P； =84599.9In1 - In2 =lnP1SP=ln95721 . 984599 . 9=0.1235則 In P；20. 86602696 . 7%29 . 1546. 16)P； =83815.2 P； =71759.3In1 - In2 =lnP1S=In83815 . 2=0.155371759 . 3當(dāng) In 1- In 2=0.1553 時(shí)求得 x 1=0.301 =1.10992=0.95000. 9500=0. 3083815 . 21. 10990. 7071759 . 3=7

16、5627.8Pa 101.3kPa2 214.某1、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為In 1 Ax2 , In 2 A%，端值常數(shù)與溫3度的關(guān)系：A=1.7884-4.2510-T （T ，K）蒸汽壓方程為In P1S16.08264050In P2S 16.3526（P : kPa： T： K）假設(shè)汽相是理想氣體，試問(wèn)99.75Kpa時(shí)系統(tǒng)是否形成共沸物？共沸溫度是多少?解：設(shè)T為350K則 A=1.7884-4.2510-3 350=1.7884-1.4875=0.3009SIn P 16.08264050350 ；7RS =91.0284 kPaIn P2S16.35264050350

17、 ；P： =119.2439 kPa因?yàn)樵诤惴悬c(diǎn)1PS 由 122解得：x 1 =0.9487X2 =0.05132In 10.3009 0.0513 ；1=1 00082P= iXiPSIn 20.3009 0.9487 ；2=1 3110=1.0008 0.9487 91.0284+1.31100.0513 119.2439=95.069299.75 kPa設(shè)T為340K則 A=1.7884-4.25310340=0.3434In RS16.08264050340 ；7Spi =64.7695 kPaIn P2S16.35264050340 ；h =84.8458 kPa由唔 A(12x)

18、 inS2S 0.34341解得：x 1 =0.8931x2 =1-0.8931=0.1069In 10.3434 0.10692 ；71=1.00392=1.31512In 20.3434 0.8931 ；7P=iXiRS=1.00390.893164.7695+1.31510.106984.8458=69.999299.75 kPa設(shè)T為352K則 A=1.7884-4.25310-352=0.2924P2Sln RS 16.08264050S352 ； R =97.2143 kPaIn P2S 16.35264050 ps352 ； P2 =127.3473 kPaA (1 2x1)79

19、7 2143In 97.21430.2924(1 2x1)127.3473X1 =0.9617x2 =1-0.9617=0.0383In210.2924 0.0383 ；1=1 0004ln 220.2924 0.9617 ；2=1.3105P=iXiR* =1.0004 0.9617 97.2143+1.31050.0383 127.3473=99.920299.75 kPa說(shuō)明系統(tǒng)形成共沸物，其共沸溫度為352K。判斷P2S P1S99.1375.67381.31，而 1 =1.313，2 =1.00212，且 PS SR , P2故形成最低沸點(diǎn)恒沸物,恒沸物溫度為344.5K。第四章1.

20、某原料氣組成如下:組分CH 4 C 2H5 CsHbi-C 4H0 n-C4Hio i-C 5H2 n-C5H12n-C6H4yo(摩爾分率)0.7650.045 0.0350.0250.045 0.0150.025 0.045先擬用不揮發(fā)的烴類(lèi)液體為吸收劑在板式塔吸收塔中進(jìn)行吸收，平均吸收溫度為38C,壓力為1.013Mpa,如果要求將i-C4H?；厥?0% 試求：(1) 為完成此吸收任務(wù)所需的最小液氣比。操作液氣比為組小液氣比的1.1倍時(shí)，為完成此吸收任務(wù)所需理論板數(shù)(3)各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成(4)求塔底的吸收液量解：(1)最小液氣比的計(jì)算：在最小液氣比下 Nh, a關(guān)=關(guān)(L

21、V)min K 關(guān)A關(guān)=0.560.85=0.476(2) 理論板數(shù)的計(jì)算：操作液氣比 LV 1.2( LV )min =1.2 0.476=0.5712(3) 尾氣的數(shù)量和組成計(jì)算:Ai非關(guān)鍵組分的LVKii吸收率被吸收的量為 1 i，塔頂尾氣數(shù)量Vn 1 (1Vi塔頂組成按上述各式計(jì)算，將結(jié)果列于下表組分Kmol/hKCH76.517.40.030.032.52473.980.92010080.37v32C2I44.53.750.150.150.6843.8160.04722C3H83.51.30.430.431.5261.9740.02596i-C 4H102.50.561.020.852.1250.3750.0047n-CdHo4.50.41.420.954.2750.2250.00288i-C 5H21.50.183.171.001.5000.00.0n-C5H22.50.143.971.002.5000.00.04n-C6H44.50.0510.21.004.5000.00.06合計(jì)100.019.8180.1900(4) 塔底的吸收量Ln90.185(3)它組分吸收率公式AiA N1AAiAA N17Ai1塔內(nèi)氣體平均流率:2Kmol/hLn (L) V均 0.5712 90.185 51.514 塔內(nèi)液體平均流率：2 V而Vn 1 Lo V1 Ln