化工分離過(guò)程課后答案

分離工程習(xí)題第一章列出5種使用ESA和5種使用MSA的分離操作。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：π=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0.035g/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π=RTC/M＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa。所以反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應(yīng)為2.753kPa。9.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：總變更量數(shù)Nv;有關(guān)變更量的獨(dú)立方程數(shù)Nc；設(shè)計(jì)變量數(shù)Ni;固定和可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù)Nx,Na；對(duì)典型的絕熱閃蒸過(guò)程，你將推薦規(guī)定哪些變量？思路1：3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+3個(gè)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C+3個(gè)可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na＝0解：Nv=3(c+2)Nc物c能1相c內(nèi)在(P，T)2Nc=2c+3Ni=Nv–Nc=c+3Nxu=(c+2)+1=c+3Nau=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個(gè)可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na：有011.滿(mǎn)足下列要求而設(shè)計(jì)再沸汽提塔見(jiàn)附圖，求：設(shè)計(jì)變更量數(shù)是多少？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+11=7+11=18Nau串級(jí)單元1傳熱1合計(jì)2NVU=Nxu+Nau=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:NXU進(jìn)料c+2壓力40+1+1c+44=47Nau3+1+1+2=7Nvu=54設(shè)計(jì)變量：回流比，餾出液流率。第二章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)為完全理想系。解1：(1)平衡常數(shù)法：設(shè)T=368K用安托尼公式得：；；由式(2-36)得：；；；；；由于>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：可得重復(fù)上述步驟：；；；；；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：；；組分i苯(1)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)為完全理想系。設(shè)t=95℃苯：；甲苯：；對(duì)二甲苯：；；選苯為參考組分：；解得T2=94.61℃； ； =0.6281 =0.2665故泡點(diǎn)溫度為94.61℃，且；；(2)相對(duì)揮發(fā)度法設(shè)t=95℃，同上求得=1.569，=0.6358，=0.2702，，故泡點(diǎn)溫度為95℃，且；；11.組成為60%(mol)苯，25%甲苯和15%對(duì)二甲苯的100kmol液體混合物，在101.3kPa和100℃下閃蒸。試計(jì)算液體和氣體產(chǎn)物的量和組成。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：甲苯：對(duì)二甲苯：計(jì)算混合組分的泡點(diǎn)TBTB=364.076K計(jì)算混合組分的露點(diǎn)TDTD=377.83K此時(shí)：x1=0.38，x2=0.3135，x3=0.3074，L=74.77kmol；y1=0.6726，y2=0.2285，y3=0.0968，V=25.23kmol。12.用圖中所示系統(tǒng)冷卻反應(yīng)器出來(lái)的物料，并從較重?zé)N中分離輕質(zhì)氣體。計(jì)算離開(kāi)閃蒸罐的蒸汽組成和流率。從反應(yīng)器出來(lái)的物料溫度811K，組成如下表。閃蒸罐操作條件下各組分的K值：氫-80；甲烷-10；苯-0.01；甲苯-0.004組分流率，mol/h氫200甲烷200苯50甲苯10解：以氫為1，甲烷為2，苯為3，甲苯為4?？傔M(jìn)料量為F=460kmol/h，，，，又K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004由式(2-72)試差可得：Ψ=0.87，由式(2-68)計(jì)算得：y1=0.4988，y2=0.4924，y3=0.008，y4=0.0008；V=400.2mol/h。14.在101.3kPa下，對(duì)組成為45%(摩爾)正己烷，25%正庚烷及30%正辛烷的混合物。⑴求泡點(diǎn)和露點(diǎn)溫度⑵將此混合物在101.3kPa下進(jìn)行閃蒸，使進(jìn)料的50%汽化。求閃蒸溫度，兩相的組成。解：⑴因?yàn)楦鹘M分都是烷烴，所以汽、液相均可看成理想溶液，KI只取決于溫度和壓力，可使用烴類(lèi)的P-T-K圖。泡點(diǎn)溫度計(jì)算得：TB=86℃。露點(diǎn)溫度計(jì)算得：TD=100℃。⑵由式(2-76)求T的初值為93℃，查圖求KI組分正己烷正庚烷正辛烷zi0.450.250.30Ki1.920.880.410.2836-0.0319-0.2511所以閃蒸溫度為93℃。由式(2-77)、(2-68)計(jì)算得：xC6=0.308，xC7=0.266，xC8=0.426yC6=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%。第三章12.在101.3Kpa壓力下氯仿(1)-甲醇(2)系統(tǒng)的NRTL參數(shù)為：=8.9665J/mol，=-0.83665J/mol，=0.3。試確定共沸溫度和共沸組成。 安托尼方程(：Pa；T：K) 氯仿： 甲醇：解：設(shè)T為53.5℃ 則 =76990.1 =64595.6 由，= ==0.06788 ==1.2852====-===0.1755求得=0.32 =1.2092 =0.8971==69195.98Pa101.3kPa設(shè)T為60℃則 =95721.9 =84599.9-===0.1235設(shè)T為56℃則 =83815.2 =71759.3-===0.1553當(dāng)-=0.1553時(shí)求得=0.30 =1.1099 =0.9500==75627.8Pa101.3kPa14.某1、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為，，端值常數(shù)與溫度的關(guān)系：A=1.7884-4.2510-3T(T，K)蒸汽壓方程為 (P：kPa：T：K)假設(shè)汽相是理想氣體，試問(wèn)99.75Kpa時(shí)①系統(tǒng)是否形成共沸物？②共沸溫度是多少？解：設(shè)T為350K則A=1.7884-4.2510-3350=1.7884-1.4875=0.3009；=91.0284kPa；=119.2439kPa因?yàn)樵诤惴悬c(diǎn)由得解得：=0.9487 =0.0513；=1.0008；=1.3110P==1.00080.948791.0284+1.31100.0513119.2439=95.0692kPa設(shè)T為340K則A=1.7884-4.2510-3340=0.3434；=64.7695kPa；=84.8458kPa由；解得：=0.8931 =1-0.8931=0.1069；=1.0039 ；=1.3151P==1.00390.893164.7695+1.31510.106984.8458=69.9992kPa設(shè)T為352K則A=1.7884-4.2510-3352=0.2924；=97.2143kPa；=127.3473kPa由；=0.9617 =1-0.9617=0.0383；=1.0004；=1.3105P==1.00040.961797.2143+1.31050.0383127.3473=99.9202kPa說(shuō)明系統(tǒng)形成共沸物，其共沸溫度為352K。判斷，而=1.313，=1.002，且，故形成最低沸點(diǎn)恒沸物，恒沸物溫度為344.5K。第四章1.某原料氣組成如下：組分 CH4 C2H6C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14y0(摩爾分率)0.765 0.0450.035 0.025 0.045 0.015 0.025 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38℃，壓力為1.013Mpa，如果要求將i-C4H10回收90%。試求：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)。各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成。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N=∞，A關(guān)=關(guān)=0.560.85=0.476(2)理論板數(shù)的計(jì)算：操作液氣比=1.20.476=0.5712(3)尾氣的數(shù)量和組成計(jì)算：非關(guān)鍵組分的吸收率被吸收的量為，塔頂尾氣數(shù)量塔頂組成按上述各式計(jì)算，將結(jié)果列于下表組分Kmol/hKiCH476.517.40.0330.0322.52473.980.920C2H64.53.750.1520.1520.6843.8160.047C3H83.51.30.4390.4361.5261.9740.025i-C4H102.50.561.020.852.1250.3750.0047n-C4H104.50.41.4280.954.2750.2250.0028i-C5H121.50.183.171.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.971.002.5000.00.0n-C6H144.50.05610.21.004.5000.00.0合計(jì)100.0---19.81080.190(4)塔底的吸收量塔內(nèi)氣體平均流率：Kmol/h塔內(nèi)液體平均流率：而，即100+=80.37+聯(lián)立求解得=61.33Kmol/h.=41.70Kmol/h解2：由題意知，i-C4H10為關(guān)鍵組分由P=1.013Mpa，t平=38℃查得K關(guān)=0.56(P-T-K圖)(1)在最小液氣比下N=∞，A關(guān)=中關(guān)=0.9=0.560.9=0.504(2)=1.10.504=0.5544所以理論板數(shù)為(3)它組分吸收率公式，計(jì)算結(jié)果如下：組分進(jìn)料量相平衡常數(shù)Ki被吸收量塔頂尾氣數(shù)量組成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H102.50.560.