分離工程課后習題答案-劉家祺.doc

分離工程習題 第一章1. 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算：=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。問反滲透膜兩側的最小壓差應為多少kPa?答：滲透壓=RTC/M8.3142980.035/31.5=2.753kPa。 所以反滲透膜兩側的最小壓差應為2.753kPa。9.假定有一絕熱平衡閃蒸過程，所有變量表示在所附簡圖中。求：（1） 總變更量數(shù)Nv; （2） 有關變更量的獨立方程數(shù)Nc；（3） 設計變量數(shù)Ni;（4） 固定和可調設計變量數(shù)Nx , Na；（5） 對典型的絕熱閃蒸過程，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獨立方程數(shù)Nc物料衡算式 C個 熱量衡算式1個 相平衡組成關系式C個1個平衡溫度等式1個平衡壓力等式 共2C+3個故設計變量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定設計變量NxC+2,加上節(jié)流后的壓力，共C+3個 可調設計變量Na0解：（1） Nv = 3 ( c+2 )（2） Nc 物 c 能 1 相 c 內在(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：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)獨立方程數(shù)Nc：物料衡算式 C個 ，熱量衡算式1個 ,共 C+1個設計變量數(shù) Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定設計變量Nx:有 C+2個加上節(jié)流后的壓力共C+3個 可調設計變量Na：有011.滿足下列要求而設計再沸汽提塔見附圖，求：（1） 設計變更量數(shù)是多少？（2） 如果有，請指出哪些附加變量需要規(guī)定？解： Nxu 進料 c+2壓力 9c+11=7+11=18Nau 串級單元 1 傳熱 1 合計 2NVU = Nxu+Nau = 20附加變量：總理論板數(shù)。16.采用單個精餾塔分離一個三組分混合物為三個產(chǎn)品(見附圖),試問圖中所注設計變量能否使問題有唯一解?如果不,你認為還應規(guī)定哪個(些)設計變量?解: NXU 進料 c+2 壓力 40+1+1 c+44 = 47Nau 3+1+1+2 = 7Nvu = 54設計變量：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；對二甲苯0.25(摩爾分率)。分別用平衡常數(shù)法和相對揮發(fā)度法計算該物系在100kPa式的平衡溫度和汽相組成。假設為完全理想系。解1：(1)平衡常數(shù)法： 設T=368K 用安托尼公式得： ； ； 由式(2-36)得： ； ； ； ； ； 由于1.001，表明所設溫度偏高。 由題意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得： 可得 重復上述步驟： ； ； ； ； ； 在溫度為367.78K時，存在與之平衡的汽相，組成為：苯0.7765、甲苯0.1511、對二甲苯0.066675。(2)用相對揮發(fā)度法： 設溫度為368K，取對二甲苯為相對組分。計算相對揮發(fā)度的： ； ；組分i苯(1)甲苯(2)對二甲苯(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。假設為完全理想系。設t=95苯： ； 甲苯： ；對二甲苯：；選苯為參考組分：；解得T2=94.61；=0.6281=0.2665故泡點溫度為94.61，且；(2)相對揮發(fā)度法設t=95，同上求得=1.569，=0.6358，=0.2702，故泡點溫度為95，且；11.組成為60%(mol)苯，25%甲苯和15%對二甲苯的100kmol液體混合物，在101.3kPa和100下閃蒸。試計算液體和氣體產(chǎn)物的量和組成。假設該物系為理想溶液。用安托尼方程計算蒸氣壓。解：在373K下 苯： 甲苯： 對二甲苯： 計算混合組分的泡點TB TB=364.076K 計算混合組分的露點TD TD=377.83K此時：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)冷卻反應器出來的物料，并從較重烴中分離輕質氣體。計算離開閃蒸罐的蒸汽組成和流率。從反應器出來的物料溫度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：=0.87，由式(2-68)計算得：y1=0.4988，y2=0.4924，y3=0.008，y4=0.0008；V=400.2mol/h。14.在101.3kPa下，對組成為45%(摩爾)正己烷，25%正庚烷及30%正辛烷的混合物。 求泡點和露點溫度 將此混合物在101.3kPa下進行閃蒸，使進料的50%汽化。求閃蒸溫度，兩相的組成。解：因為各組分都是烷烴，所以汽、液相均可看成理想溶液，KI只取決于溫度和壓力，可使用烴類的P-T-K圖。 泡點溫度計算得：TB=86。 露點溫度計算得：TD=100。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T為60則=95721.9=84599.9-=0.1235設T為56則=83815.2=71759.3-=0.1553當-=0.1553時求得=0.30=1.1099=0.9500=75627.8Pa101.3kPa14.某1、2兩組分構成二元系，活度系數(shù)方程為，端值常數(shù)與溫度的關系：A=1.7884-4.2510-3T (T，K)蒸汽壓方程為 (P：kPa：T：K)假設汽相是理想氣體，試問99.75Kpa時系統(tǒng)是否形成共沸物？共沸溫度是多少？解：設T為350K則A=1.7884-4.2510-3350=1.7884-1.4875=0.3009 ；=91.0284 kPa ；=119.2439 kPa 因為在恒沸點 由得 解得：=0.9487=0.0513；=1.0008；=1.3110P=1.00080.948791.0284+1.31100.0513119.2439=95.0692 kPa設T為340K則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設T為352K則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說明系統(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 C2H6 C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12 n-C6H14y0(摩爾分率) 0.7650.045 0.0350.025 0.0450.0150.0250.045先擬用不揮發(fā)的烴類液體為吸收劑在板式塔吸收塔中進行吸收，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：(1) 為完成此吸收任務所需的最小液氣比。(2) 操作液氣比為組小液氣比的1.1倍時，為完成此吸收任務所需理論板數(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)最小液氣比的計算：在最小液氣比下 N=，A關=關=0.0.85=0.56 0.85=0.476(2)理論板數(shù)的計算：操作液氣比=1.20.476=0.5712(3)尾氣的數(shù)量和組成計算：非關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算，將結果列于下表組分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100.0-19.81080.190(4)塔底的吸收量塔內氣體平均流率：Kmol/h塔內液體平均流率： 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為關鍵組分由P=1.013Mpa，t平=38查得K關=0.56 (P-T-K圖)(1)在最小液氣比下 N=，A關=中關=0.9=0.56 0.9=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 ，計算結果如下：組分進料量相平衡常數(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-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4