化工分离工程习题答案.doc

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、吸取蒸出、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）、吸取、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=RTC/M8.3142980.035/31.5=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，所有变量表达在所附简图中。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？思绪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） Nc 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 思绪2：输出的两股物流当作是相平衡物流，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011.满足下列规定而设计再沸汽提塔见附图，求：（1） 设计变更量数是多少？（2） 假如有，请指出哪些附加变量需要规定？解： Nxu 进料 c+2压力 9c+11=7+11=18Nau 串级单元 1 传热 1 合计 2NVU = 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?假如不,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 c+44 = 47Nau 3+1+1+2 = 7Nvu = 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。假设为完全抱负系。解1：(1)平衡常数法： 设T=368K 用安托尼公式得： ； ； 由式(2-36)得： ； ； ； ； ； 由于1.001，表白所设温度偏高。 由题意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得： 可得 反复上述环节： ； ； ； ； ； 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： ； ；组分i苯(1)甲苯(2)对二甲苯(3)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.90350.58830.25003.74180.77600.15720.06681.0000解2：(1)平衡常数法。假设为完全抱负系。设t=95苯： ； 甲苯： ；对二甲苯：；选苯为参考组分：；解得T2=94.61；=0.6281=0.2665故泡点温度为94.61，且；(2)相对挥发度法设t=95，同上求得=1.569，=0.6358，=0.2702，故泡点温度为95，且；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。假设该物系为抱负溶液。用安托尼方程计算蒸气压。解：在373K下 苯： 甲苯： 对二甲苯： 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映器出来的物料，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。从反映器出来的物料温度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组分流率，mol/h氢200甲烷200苯50甲苯10解：以氢为1，甲烷为2，苯为3，甲苯为4。总进料量为F=460kmol/h，又K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004由式(2-72)试差可得：=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。 求泡点和露点温度 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：由于各组分都是烷烃，所以汽、液相均可当作抱负溶液，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组分正己烷正庚烷正辛烷zi0.450.250.30Ki1.920.880.410.2836-0.0319-0.2511所以闪蒸温度为93。由式(2-77)、(2-68)计算得：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压力下氯仿(1)-甲醇(2)系统的NRTL参数为： =8.9665J/mol，=-0.83665J/mol，=0.3。试拟定共沸温度和共沸组成。安托尼方程(：Pa；T：K)氯仿：甲醇：解：设T为53.5则 =76990.1=64595.6由，=0.06788=1.2852=-=0.1755求得=0.32=1.2092=0.8971=69195.98Pa101.3kPa设T为60则=95721.9=84599.9-=0.1235设T为56则=83815.2=71759.3-=0.1553当-=0.1553时求得=0.30=1.1099=0.9500=75627.8Pa101.3kPa14.某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为，端值常数与温度的关系：A=1.7884-4.2510-3T (T，K)蒸汽压方程为 (P：kPa：T：K)假设汽相是抱负气体，试问99.75Kpa时系统是否形成共沸物？共沸温度是多少？解：设T为350K则A=1.7884-4.2510-3350=1.7884-1.4875=0.3009 ；=91.0284 kPa ；=119.2439 kPa 由于在恒沸点 由得 解得：=0.9487=0.0513；=1.0008；=1.3110P=1.00080.948791.0284+1.31100.0513119.2439=95.0692 kPa设T为340K则A=1.7884-4.2510-3340=0.3434；=64.7695 kPa；=84.8458 kPa由；解得：=0.8931=1-0.8931=0.1069；=1.0039；=1.3151P=1.00390.893164.7695+1.31510.106984.8458=69.9992 kPa设T为352K则A=1.7884-4.2510-3352=0.2924；=97.2143 kPa；=127.3473 kPa由；=0.9617=1-0.9617=0.0383；=1.0004；=1.3105P=1.00040.961797.2143+1.31050.0383127.3473=99.9202 kPa说明系统形成共沸物，其共沸温度为352K。判断，而=1.313，=1.002 ，且， 故形成最低沸点恒沸物，恒沸物温度为344.5K。 第四章 1.某原料气组成如下：组分 CH4 C2H6 C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12 n-C6H14y0(摩尔分率) 0.7650.045 0.0350.025 0.0450.0150.0250.045先拟用不挥发的烃类液体为吸取剂在板式塔吸取塔中进行吸取，平均吸取温度为38，压力为1.013Mpa，假如规定将i-C4H10回收90%。试求：(1) 为完毕此吸取任务所需的最小液气比。(2) 操作液气比为组小液气比的1.1倍时，为完毕此吸取任务所需理论板数。(3) 各组分的吸取分率和离塔尾气的组成。(4) 求塔底的吸取液量解：(1)最小液气比的计算：在最小液气比下 N=，A关=关=0.0.85=0.56 0.85=0.476(2)理论板数的计算：操作液气比=1.20.476=0.5712(3)尾气的数量和组成计算：非关键组分的吸取率被吸取的量为，塔顶尾气数量塔顶组成按上述各式计算，将结果列于下表组分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合计100.0-19.81080.190(4)塔底的吸取量塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率： 而，即100+=80.37+联立求解得=61.33Kmol/h. =41.70Kmol/h解2：由题意知，i-C4H10为关键组分由P=1.013Mpa，t平=38查得K关=0.56 (P-T-K图)(1)在最小液气比下 N=，A关=中关=0.9=0.56 0.9=0.504(2)=1.10.504=0.5544所以 理论板数为(3)它组分吸取率公式 ，计算结果如下：组分进料量相平衡常数Ki被吸取量塔顶尾气数量组成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4H104.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-C5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6H144.50.0569.91.004.5000.00.0合计100.0-19.81080.190 以CH4为例：=V1(CH4)=(1-)VN+1=(1-0.032)76.5=74.05（3） 塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率：L=由=0.5544=40.05Kmol/h