化工分离过程 课后答案 刘家祺

1、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。 3；M为溶解盐的浓度，g/cm海水的渗透压由下式近似计算：=RTC/M，式中C5.3的海水中制取纯水，g/cm若从含盐0.035 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。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。

2、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; v , Pvi ,T , yV , 固定和可调设计变量数Nx （4） Na；对典型的绝热闪蒸过程，你） （5 将推荐规定哪些变量？FizTF-2V ：思路1PF 股物流均视为单相物流，3Nv=3(C+2)=3c+6 总变量数Nc 独立方程数 , PL , x , TLiL 物料衡算式 C个图附5题习 个1热量衡算式 相平衡组成关系式C个 个平衡温度等式1 2C+3 1个平衡压力等式共个Ni 故设计变量=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3

3、 固定设计变量Nx加上节流后的压力，共C+2,C+3个0 可调设计变量Na 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

4、 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： 塔顶产物 1） 设计变更量数是多少？（ 如果有，请指出哪些附加变） （2a ，2068kP料，227K进9 量需要规定？ol/hKm分组1.0N2u 54.4 c+2 进料解： NC1x67.6C2141.1C 9 压力354.7C4 56.0Cc+11=7+11=18 533.3C26u 1 串级单元Na 1 传热 2 合计塔底产物uuU = 20 +N= NNaVx图附6题习 附加变量：总理论板数。试问图中所注(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),16.? 你认为还应规定哪个,(设计变量些)如果不设

5、计变量能否使问题有唯一解?U c+2 解: N进料X 40+1+1 压力 c+44 = 47 u 3+1+1+2 = 7 Nau = 54 Nv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： sss ； kPa24kPa2863P.?P.?156kPa.P88?26213 由式(2-36)得： K?1.562K?0.633K?0.269 ； ； 213?y?1.0

6、06158.?781y0y?0.067.y?0 ； ； ； 213i?y1.001，表明所设温度偏高。 由于i 由题意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得： K1 可得 553?K1?.K.T78?367 ?1yi 重复上述步骤： ?1.K553?0.6284K； ； 2667.K?0213?0003.?1y?0.y?0.15117765y； ； 066675y.?0213i 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： ?1.000?

7、 5.807 2.353 ； ；332313 ? 对二甲苯甲苯(1) 苯i 组分 (3) (2)0.250.500.251.0002.3535.8071.000i2.903.740.58830.2500i580.771.00i0.06680.157200ij 解2： 平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95(1)s96.1152.36).2788.5/(95?27315?lnP?20.7936? ；苯：15sPa?10?1.569P ?1s3096.52/(95?273.15?53.67)?11Pln.?20.9065?06；甲苯： 2s4Pa?10?6.358P ?2s?20.9891?33

8、46.65/(95?273.15?lnP57.84)?10.204；对二甲苯： 3s4 Pa10.702P?2?3ssPP510.1569?1.?569K?； 6358.?0K12PP51210sP?0.2702K?3P3 Kx?1.596?0.5?0.2702?0.25?0.6358?0.25?1.011? ii1.569?1.552K?选苯为参考组分：=94.61 ；解得T21.01112ss4Pa10281?P11.056?Pln.? ；22s4s ；Pa?10?2.lnP?1019.P665433KK=0.2665 =0.6281 23Kx?1.552?0.5?0.6281?0.25?

9、0.2665?0.25?0.9997?1 ?iiy?1.552?0.5?0.776 94.61，且故泡点温度为；1157?0.?0.62810.25y067?0.0.2665?0.25y? ；23 (2)相对挥发度法KK=0.2702 =0.6358设t=95，同上求得，=1.569，K213?1353.807?2.?5 ，331323?743.1?0.25?0.5?2.353?0.25?x?5.807? ii?x250.0.251?5.807?0.52.353?ii01.?y? i?x.743.743.743? ii5.5.807?095，且故泡点温度为； ?776y?0. 1743.25.

10、251?02.353?0.0670yy?.?0.157 3274.743.3 ；液体混合物，在甲苯和15%对二甲苯的100kmol11.组成为60%(mol)苯，25%假设该物系为理101.3kPa和100下闪蒸。试计算液体和气体产物的量和组成。 想溶液。用安托尼方程计算蒸气压。 解：在373K下?SSkPa315?52.36179PlnP.?20.7936?2788.51T? 苯：1177?1.K 1?SSkPa83473.67P.20.9065?3096.52?T?53lnP? 甲苯： 22729.?0K 2?SS 对二甲苯：kPa.P89565T?57.84?31lnP?20.981?3

11、346.33K?0.315 3 计算混合组分的泡点T T=364.076K BB 计算混合组分的露点TT=377.83K DD 373?364.076?0.65 1377.83?364.076 ?1Kz?ii?0.?040443f? 11?K1? i1?21zK?ii?0.414?f? ?1211K? i1?f1?0.?7477? 12?f 1?0.0024?f0? 2此时：x=0.38，x=0.3135，x=0.3074，L=74.77kmol； 312 y=0.6726，y=0.2285，y=0.0968，V=25.23kmol。 32112.用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并 从较重

12、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， 1087.?0z02170.43480.z?0.4348z?z?mol/h 流率，组分 ，3412200 氢K4=0.004 K3=0.01，K1=80又，K2=10，200 甲烷 =0.87，(2-72)由式试差可得：50 苯 (2-68)计算得：由式10 甲苯；y4=0.0008y1=0.4988，y2=0.4924，y3=0.008，

13、 V=400.2mol/h。正辛烷的混合30%25%正庚烷及45%(摩尔)正己烷，下，14.在101.3kPa对组成为 物。 求泡点和露点温度汽化。求闪蒸温度，下进行闪蒸，使进料的50% 将此混合物在101.3kPa 两相的组成。只取决于温度解：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液，KI 图。和压力，可使用烃类的P-T-K =86。 泡点温度计算得：TB =100。露点温度计算得：T D K的初值为求T93，查图求(2-76)由式I 正辛烷 正庚烷组分 正己烷0.30 0.25 z0.45 i 0.41 K0.88 1.92 i ?z1K?-0.251-0.031ii0.28361

14、9i?z1K?ii0006?00.? ? 1?K1?i 所以闪蒸温度为93。 (2-77)、(2-68)计算得：由式=0.426 x=0.266，=0.308x，xC8C6C7=0.175 y=0.234，y=0.591，yC8C6C7 ；，正辛烷42.6%所以液相中含正己烷30.8%，正庚烷26.6% ，正辛烷17.5%。 59.1%汽相中含正己烷，正庚烷23.4% 第三章?， =8.9665J/mol压力下氯仿(1)-甲醇(2)系统的NRTL参数为：12.在101.3Kpa12? ，=0.3。试确定共沸温度和共沸组成。=-0.83665J/mol1212S( 安托尼方程K) ；T：PaP7

15、9.2696S? 氯仿：8660.20lnP）1646.（?T155.3626S? 甲醇： 480323lnP.?34.29（）T2解：设T为53.5 792696.S? 则8660ln.P20 ）?（326.6546.161553626.S? 4803lnP.23 ）34?.29（326.652SS =76990.1 =64595.6 PP21?）（ = 由exp?G，ijjiijijij? ）（=0.06788 =（?0.3?expexpG?8?.9665）121212? ）（=1.2852 =）8365.0exp?expG?3.0（212121?2?GG122121122? xln? 2

16、221）G（?）x?xGxx?12112212?2?（?）067881.285208.0.83659665.2?）（ =x1? 221?）（?（?）?xx01xx.067881.28521?1121?60860.1.38172?）（?=x1 ? 221）?（?）（x0.1.285210.2852x93212?11?2?GG211212212? xln? 2212）Gx?x）（?（Gxx?21122121?2?285218.9665.0.067888365.02?=x ? 221）（?x（?x?x）x?11.28520.067881?1111?07507104131.0.2?=x ? 221（）

17、?（x）?x9321201.1.28520.2852?11SP1.769901?=-=0.1755 =lnlnlnln S21664595.P2?=0.8971 求得=1.2092 =0.32 x211?SSS?PxP?xPx? i2i1212i1 =8971.6?068?1.2092?0.?64595.10.32?76990.?101.3kPa =69195.98Pa 设T为60792696.S?则866020P.ln ）1615?46.（333.155.3626S?480323.lnP ）29?34.（333.152SS=84599.9 =95721.9 PP21SP995721.1?=0

18、.1235 =-lnlnlnln S21984599.P2 56设T为2696.79S?8660.20lnP（329.15?46.16）1则 3626.55S?480323lnP. （329.15?34.29）2SS=71759.3 =83815.2 PP21SP83815.21?=0.1553 =-lnlnlnln S2171759.3P2?=0.9500 当=1.1099 ?=0.30 =0.1553-时求得xlnln21211?SSS?Px?xxPP? 221ii112i= 95000.3?71759.?1.1099?0.70300.?83815.2?101.3kPa =75627.8P

19、a22?lnlnAx?Ax14.某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为，端1221?-3K) T (T值常数与温度的关系：A=1.7884-4.25，104050S?.0826P?16ln 1T 蒸汽压方程为 4050S?16.3526?lnP 2T K) (P：kPa：T：假设汽相是理想气体，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 ?-3350=1.7884-1.4875=0.3009 A=1.7884-4.2510则4050S?082616.Pln?SP 1350?=91.0284 kPa ； 14050S?16.3526lnP?S P2350 ；

20、=119.2439 kPa 2 因为在恒沸点 SS?PP?2111?1? 12SS?PP得由 2221S?P22?11）?A（1?2x?lnA?（x?x）ln?lnln? 12211S?P? 2291.0284?0.3009（1?ln2x） 1119.2439 xx=0.0513 解得： =0.9487 212?05130?.30090ln?.?=1.0008 ；112?94870.?0.3009ln?=1.3110 ；22S?Px?119.2439 0.94870.0513P=91.0284+1.3110=1.0008iii75.?99 kPa =95.0692340K 为设T?-3340=

21、0.3434 10则A=1.7884-4.254050S?0826P?16.lnS P1340=64.7695 kPa ；14050S?16.P3526?lnS P2340=84.8458 kPa ；2SP64.76951）?2xln?A（1?0.3434（1?2x）ln 1SP 184.8458 由；2xx=1-0.8931=0.1069 解得： =0.8931 212?1069.?0ln.?03434?=1.0039 ；112?89310.?0.3434ln?=1.3151 ；22S?Px?84.8458 64.7695+1.31510.8931P=1.00390.1069iii7599.

22、? kPa =69.9992352K T为设?-3352=0.2924 A=1.7884-4.2510则4050S?16.0826Pln?SP 1352=97.2143 kPa ；14050S?16.3526lnP?S P2352=127.3473 kPa ；2SP97.21431）?2xAln?（1?0.2924（1?2xln） 1SP 1127.3473 由；2xx?=1-0.9617=0.0383 =0.9617 122?0383.029240ln?.?=1.0004 ；112?9617?0.2924?0.ln=1.3105 ；22S?Px?127.3473 =1.000497.2143

23、+1.31050.9617P=0.0383iii75?99. kPa =99.9202 说明系统形成共沸物，其共沸温度为352K。SP1399.311.?26738.75SP?=1.002 ，而，判断=1.313?121SP?2SSS21PPP,P? ，且?，121 344.5K。 ?故形成最低沸点恒沸物，恒沸物温度为 ? ? ?第四章 ?1.某原料气组成如下： HCHH n-C组分 CH CHn-CHi-CH n-C i-CH14 12 364210856 12 541040.045 0.025 0.045 0.015 0.025 y(摩尔分率) 0.765 0.045 0.035 0先拟用

24、不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温 90%。试求：i-C度为38，压力为1.013Mpa，如果要求将H回收104 为完成此吸收任务所需的最小液气比。(1)倍时，为完成此吸收任务所需理论板(2) 1.1操作液气比为组小液气比的 数。 (3) 各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。 (4) 求塔底的吸收液量 最小液气比的计算：解：(1)?=0.0.85 =N=，A 在最小液气比下关关L?0.85=0.476 =0.56 A（?）?KVmin关关 (2)理论板数的计算：LL）2?1.（0.476=0.5712 =1.2操作液气比VVminL0.5712?1?A.02 关KV56

25、.0关关?A850.1.02?）（log）log（ ?1 850.1? 32.?1?5?1?N? 021.logAlog (3)尾气的数量和组成计算：L?A iVK 非关键组分的i?1N?AAi? ?1Ni?1A 吸收率i?v?)v?(1v ，塔顶尾气数量被吸收的量为iN?N?11iiv?yiVi1 塔顶组成按上述各式计算，将结果列于下表 组iKmol/h76.5C17.40.00.02.52473.980.920230.0470.6843.750.13.8160.14.5220.0251.9741.5261.33.50.40.469 i-CH 2.5 0.56 1.02 0.85 2.125

26、 0.375 0.0041047 0.4 1.420.95 Hn-C 4.5 4.275 0.225 0.0021048 8 0.0 0.0 i-CH1.5 3.17 1.00 1.500 0.18 1250.0 2.5 Hn-C 0.0 1.00 0.143.97 2.500 1254 0.0 n-C4.500 0.0 1.00 4.5 H10.2 0.051466 100.0 - 合计80.1919.81- - 0 0 L (4)塔底的吸收量N3780.100?18590.v? 2Kmol/h 塔内气体平均流率：L?LLN0514.185?51?（）VL?0.5712?90? 均均V2 塔内液体平均流率：LL?VL?VL ，即而100+=80.37+0N0N?1N1=41.70Kmol/h =61.33Kmol/h. 联立求解得LL0N ：由题意知，i-CH为关键组分解2104 P=1.013Mpa，t平=38由) 查得K=0.