化工分離過程課后答案劉家祺

1、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分離操作的有精儲、萃取精儲、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精儲。屬于MSA分離操作的有萃取精儲、液-液萃取、液-液萃取(雙溶劑)、吸收、吸附。5.海水的滲透壓由下式近似計算：tt=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(cè)的最小壓差應為多少 kPa?答：滲透壓 tt=RTC/W8.314X298X0.035/31.5=2.753kPa所以反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應為 2.753kPa。9.假定

2、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(guān)變更量的獨立方程數(shù) Nc；(3)設(shè)計變量數(shù) Ni; v , yi R , Pv(4)固定和可調(diào)設(shè)計變量數(shù) Nx ,.Na；(5)對典型的絕熱閃蒸過程，你r一將推薦規(guī)定哪些變量？TfPf思路 1 :Fzi g_-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)NcL, Xi, Tl, Pl習題5附圖物料衡算式C個熱量衡算式1個相平衡組成關(guān)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(shè)計變量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定設(shè)計變量Nx = C+2,加上節(jié)流后的

3、壓力，共C+3個可調(diào)設(shè)計變量Na = 0解:(1) Nv = 3 ( c+2 )(2) Nc 物能相內(nèi)在(P, T)Nc = 2c+3 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(shè)為完全理想系。(3)(4)(5)思路2:Ni = NvNxu =Nau =Nc = c+3(c+2 )+1 = c+3c+3 - ( c+3 ) = 0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(shè)計變量數(shù) Ni=Nv-

4、Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定設(shè)計變量Nx:有C+2個加上節(jié)流后的壓力共C+3個可調(diào)設(shè)計變量Na：有011.滿足下列要求而設(shè)計再沸汽提塔見附圖，求：(1)設(shè)計變更量數(shù)是多少？一塔頂產(chǎn)物(2)如果有,請指出哪些附加變進料，227K, 2068kPa止？解：Nxu 進料c+2壓力9c+11=7+11=18/vy 2 1 2 3 4 5 6 NccccccKmol/h1.054.467.6141.154.756.033.3Nau小級單元1傳熱1合計2NVU= Nxu+Nau = 20附加變量：總理論板數(shù)。16.采用單個精儲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(shè)計變量能否

5、使問題有唯一解？如果不，你認為還應規(guī)定哪個(些)設(shè)計變量？解：Nxu進料 c+2壓力 40+1+1c+44 = 47Nau 3+1+1+2 = 7習題6附圖塔底產(chǎn)物Nvu = 54設(shè)計變量：回流比，儲出液流率第二章解1：(1)平衡常數(shù)法：設(shè) T=368K用安托尼公式得： sssP 156.24kPa; P2 63.28kPa; P326.88kPa由式(2-36)得：Ki1.562;K20.633;K30.269yi0.781；V20.158；y0.067; y 1.006由于 y >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KK1 一 1.553 可得 TV重復上述步驟

6、：K1 1.553; K20.6284y10.7765; y2 0.1511由式 （2-62）得： 367.78K;K30.2667'y30.066675;yi 1.0003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(shè)溫度為368K,取對二甲苯為相對組分。計算相對揮發(fā)度的：135.807;232.353;331.000組分i苯甲苯(2)對二甲苯(3)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.90350.58830.25003.74180.77600.15720.0

7、6681.0000解2:平衡常數(shù)法。假設(shè)為完全理想系。設(shè) t=95C苯:ln P1s 20.7936 2788.5/(95 273.15 52.36) 11.96;甲苯：lnp2s 20.9065 3096.52/(95 273.15 53.67) 11.06；對二甲苯：ln P3s 20.9891 3346.65/(95 273.15 57.84) 10.204；K1 P% 1.569 10/5 1.569; K2 P% 0.6358選苯為參考組分：K121.56%.011 1.552；解得 T2=94.61C_ s_ s _4_In P211.05;P26.281 10 Pa_ s _ s

8、_4_In P310.19;P32.6654 10 PaK2=0.6281K3 =0.2665故泡點溫度為94.61 C,且y11.552 0.5 0.776；V20.6281 0.25 0.157; y3 0.2665 0.25 0.067(2)相對揮發(fā)度法設(shè) t=95 C,同上求得 K1=1.569, K2 =0.6358, K3=0.2702135.807232.353331故泡點溫度為95C,且y15.807 0.5 0.776 ;3.74y22.353 0.253.740.157；y31 0.253.740.06711 .組成為60%(mol)苯，25%甲苯和15%對二甲苯的100k

9、mol液體混合物，在101.3kPa和100c下閃蒸。試計算液體和氣體產(chǎn)物的量和組成。假設(shè)該物系為理想溶液。用安托尼方程計算蒸氣壓。解：在373K下苯：ln P1S甲苯：ln P2s對二甲苯：ln P3s20.7936 2788.51 T20.9065 3096.52. T20.981 3346.65 TS52.36 PS 179.315kPa_ S_53.67 P273.834kPaS57.84 P331.895kPa計算混合組分的泡點TbTb=364.076K計算混合組分的露點TdTd=377.83K此時：xi=0.38, x2=0.3135, x3=0.3074, L=74.77kmol

10、;yi=0.6726, y2=0.2285, y3=0.0968, V=25.23kmol。從較 組成 如下 甲烷12 .用圖中所示系統(tǒng)冷卻反應器出來的物料，并 重姓中分離輕質(zhì)氣體。計算離開閃蒸罐的蒸汽 和流率。從反應器出來的物料溫度 811K,組成 表。閃蒸罐操作條件下各組分的 K值：氫-80; -10;苯-0.01;甲苯-0.004解：以氫為1,甲烷為2,苯為3,甲苯為4。組分流率，mol/h氫200甲烷200苯50甲苯10總進料量為F=460kmol/h,4 0.4348 z2 0.4348 Z3 0.1087 z4 0.0217 ? ? ?又 K1=80, K2=10, K3=0.01

11、 , K4=0.004由式(2-72)試差可得：V =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：因為各組分都是烷姓，所以汽、液相均可看成理想溶液，Ki只取決于溫度和壓力，可使用姓類的P-T-K圖。泡點溫度計算得：Tb=86Co露點溫度計算得：Td=100Co由式(2-76)求T的初值為93C,

12、查圖求Ki組分正己烷正庚烷正辛烷Zi0.450.250.30K1.920.880.410.2836-0.0319-0.2511所以閃蒸溫度為93Co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：12 =8.9665J/mol, 12=-0.83665J/mol,12 =0.3

13、。試確定共沸溫度和共沸組成。S安托尼萬程（P : Pa； T: K）氯仿：lnPiS20. 86602696.7%T46. 16)甲醇：lnP2s23. 48033626 .55jT34.29)解：設(shè)T為53.5C則 1n P1S20. 86602696 . 79(326 . 6546. 16)RS =76990.1 P2S =64595.6由 Gijexp ( ij ij ) , ij = jiG12exp (12 12)=expG21exp (21 21) =exp(0. 38. 9665 ) =0.06788(0.30. 8365 ) =1.2852=(12 ( 0.8365)1.285

14、22Xi(1x2)1.285228. 96650. 06788(1Xi)0. 06788 X1221. 38170. 6086=(1X1)-272(1.28520.2852x1)2(10.93212 x1)22_2 8. 96650. 067880. 83651. 2852=X1 (1 x10.06788x1)2x11.2852 (1x1)20. 04131一,Z _Z 2(10. 93212 Xi)1 . 07507一 ZZ Z 2(1. 28520. 2852 Xi)ln 1-lnP1S2 = ln-S' =ln2P2S76990 . 164595 . 6=0.1755求得 x 1

15、=0.321=1.20922=0.8971=0. 32 7699Q 1 1.2092 0. 68 64595. 6 0. 8971=69195.98Pa 101.3kPa設(shè)T為60c則 1n P1S20. 86602696 . 79(333.1546.16)RS =95721.9 P2S =84599.9SPi95721 . 9ln 1 - ln 2 = ln s =ln=0.12351 2P284599 . 9設(shè)T為56c則 1n P1S20. 86602696 . 7%29. 1546. 16)nS =83815.2 P2S =71759.3Sln 1 - lnP183815 . 22 =

16、 ln S =ln =0.15532F2S71759 . 3當 ln 1 - ln2 =0.1553時求得 Xi =0.301=1.10992=0.9500=0. 3083815. 21. 10990. 7071759.30. 9500=75627.8Pa 101.3kPa14.某1、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為1n 1Ax2ln2 Ax12 ,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ln PS16.0826 4050Tln P2S16.3526 4050T(P：kPa： T:K)假設(shè)汽相是理想氣體，試問99.75Kpa時系統(tǒng)是否形成共沸物？共沸

17、溫度是多少?解：設(shè)T為350KWJ A=1.7884-4.25 10-3350=1.7884-1.4875=0.3009ln RS 16.08264050350 ；P1S =91.0284 kPaln P2s16.35264050350 .7P2S=119.2439 kPa因為在恒沸點1PS 12由 2HPSPS解得：x1 =0.9487x2 =0.0513ln 1 0.300920.0513 ;1=1.00082ln 2 0.3009 0.9487 .2=1 3110P=ixiPi =1.0008 0.9487 91.0284+1.31100.0513119.2439=95.0692 99.

18、75 kPa設(shè)T為340KWJ A=1.7884-4.25 10-3340=0.3434_ S ln P16.08264050340 ；RS =64.7695 kPa_Sln P216.35264050340 ；P2 =84.8458 kPaPSln 4 A由P2(1 2xi) 64.7695ln 0.3434(1 2x1)84.8458解得：x1 =0.8931x2 =1-0.8931=0.1069ln 1 0.343420.1069 ；1=1.00392ln 2 0.3434 0.8931 .2=1 3151P= ixiP =1.0039 0.8931 64.7695+1.31510.10

19、6984.8458=69.9992 99.75 kPa設(shè)T為352K352=0.2924貝U A=1.7884-4.25 10-3InPS 16.08264050352P1S =97.2143 kPaInP2S 16.35264050352P2S =127.3473 kPalnPSP2(1 2x1)97 2143ln 97.2143 0.2924(1 2xi)127.3473X1=0.9617x 2 =1-0.9617=0.0383In1 0.292420.0383 ；1=1.0004ln 2 _ _ ._20.2924 0.9617 ;2=1.3105P=；x；P；S- _ _ _ _ixi

20、P =1.0004 0.9617 97.2143+1.31050.0383127.3473=99.920299.75kPa吸收率iAN 1AAN1說明系統(tǒng)形成共沸物，其共沸溫度為352K。P2S99.131 31判斷/P1s為5.6738,而 1=1.313,2=1.002P2s?1/P：2,且 P KPS,? 故形成最低沸點包沸物，恒沸物溫度為344.5K。?第四章? 1.某原料氣組成如下：組分CH4c2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14y0(摩爾分率)0.765 0.045 0.0350.0250.045 0.015 0.025

21、0.045先擬用不揮發(fā)的爛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38C,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Nr0 , A關(guān)=關(guān)(LV)min K關(guān) A關(guān)=0.560.85=0.476(2)理論板數(shù)的計算：操作液氣比 LV 1.2(4()min =1.2 0.476=0.5712 (3)尾氣的數(shù)量和組成計算:L Ai非關(guān)鍵組分的

22、VKi被吸收的量為Vn 1 i ,塔頂尾氣數(shù)量vN 1 (1 i) vi塔頂組成y1iViV按上述各式計算，將結(jié)果列于下表組分Kmol/hKCH76.517.40.0330.0322.52473.980.920C2H64.53.750.1520.1520.6843.8160.047GH3.51.30.4390.4361.5261.9740.025i-C 4H102.50.561.020.852.1250.3750.0047nCHw4.50.41.4280.954.2750.2250.0028i-C 5H121.50.183.171.001.5000.00.0n-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Ln塔內(nèi)氣體平均流率:100 80.3790.185Kmol/hL均-L0LN (L) V均 0.5712 90.185 51.514塔內(nèi)液體平均流率：2 V而外 1 L0 V1 Ln，即 100+L0 =80.37+Ln聯(lián)立求解得