化工分离工程习题答案_刘家祺

分离工程习题

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：π=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0.035 g/cm3的海水中制取纯水，M=31.5，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π=RTC/M＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa。

所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa。

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

将推荐规定哪些变量？

思路1：

L , xi , TL , PLFziTFPFV , yi ,Tv , Pv

3股物流均视为单相物流，

总变量数Nv=3(C+2)=3c+6

习题5附图

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Nx＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个

可调设计变量Na＝0

解：

（1） Nv = 3 ( c+2 )

（2） Nc 物 c

能 1

相 c

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？

进料，（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+11=7+11=18

Nau 串级单元 1

合计 2

NVU = Nxu+Nau = 20

附加变量：总理论板数。 习题6附图

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

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0.50；甲苯0.25；对二甲苯0.25(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：

P1s 156.24kPa ；P2s 63.28kPa ；P3s 26.88kPa

由式(2-36)得：

K1 1.562 ；K2 0.633 ；K3 0.269

y1 0.781 ；y2 0.158 ；y3 0.067 ； yi 1.006 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' K1 1.553 可得T' 367.78K yi

重复上述步骤：

'' 0.6284 ；K3 0.2667 K1' 1.553 ；K2

'' y1' 0.7765 ；y2 0.1511 ；y3 0.066675 ； yi 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 5.80 7 ； 23 2.353 ； 33 1.000

解2： (1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95℃

苯： lnP1s 20.7936 2788.5/(95 273.15 52.36) 11.96；

P1s 1.569 105Pa

甲苯： lnP2s 20.9065 3096.52/(95 273.15 53.67) 11.06；

P2s 6.358 104Pa

对二甲苯：lnP3s 20.9891 3346.65/(95 273.15 57.84) 10.204；

P3s 2.702 104Pa

K1 P1s5 1.569 105 1.569；K2 P2s 0.6358

K3 P3sP 0.2702

Kixi 1.596 0.5 0.2702 0.25 0.6358 0.25 1.011 选苯为参考组分：K12 1..011 1.552；解得T2=94.61℃

lnP2s 11.05； P2s 6.281 104Pa

P3s 2.6654 104Pa lnP3s 10.19；

K2=0.6281 K3=0.2665

Kixi 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；

y2 0.6281 0.25 0.157；y3 0.2665 0.25 0.067

(2)相对挥发度法

设t=95℃，同上求得K1=1.569，K2=0.6358，K3=0.2702

13 5.807， 23 2.353， 33 1

ixi 5.807 0.5 2.353 0.25 1 0.25 3.74

yi ixi5.807 0.52.353 0.251 0.25 1.03.743.743.74 ixi

5.807 0.5 0.776； 3.74故泡点温度为95℃，且y1

y2 2.353 0.251 0.25 0.157y3 0.0673.743.74；

11.组成为60%(mol)苯，25%甲苯和15%对二甲苯的100kmol液体混合物，在101.3kPa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： lnP1S 20.7936 2788. T 52.36 P1S 179.315kPa

K1 1.77

甲苯： lnP2S 20.9065 3096.52 T 53.67 P2S 73.834kPa

K2 0.729

对二甲苯：lnP3S 20.981 3346.65 T 57.84 P3S 31.895kPa

K3 0.315

计算混合组分的泡点TB TB=364.076K

计算混合组分的露点TD TD=377.83K

1 373 364.076 0.65377.83 364.076

f 1

'zi Ki 1 0.0404431 1Ki 1 f 1 1 1Ki 1zi Ki 1 2

2 0.414

2 1 f 1 0.7477'f 1

f 2 0.0024 0

此时：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-0.01；甲苯-0.004

解：以氢为1，甲烷为2，苯为3，甲苯为4。

总进料量为F=460kmol/h， z1 0.4348，z2 0.4348，z3 0.1087，z4 0.0217 又K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004

由式(2-72)试差可得：Ψ=0.87，

由式(2-68)计算得：

y1=0.4988，y2=0.4924，y3=0.008，y4=0.0008；V=400.2mol/h。

14.在101.3kPa下，对组成为45%(摩尔)正己烷，25%正庚烷及30%正辛烷的混合物。

⑴求泡点和露点温度

⑵将此混合物在101.3kPa下进行闪蒸，使进料的50%汽化。求闪蒸温度，

两相的组成。

解：⑴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℃。

⑵由式(2- …… 此处隐藏：6124字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……