整理化工分离工程习题答案

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分离操作的有精谓、萃取精憎、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精憎。属于MSA分离操作的有萃取精镭、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。5.海水的渗透压山下式近似计算：JI=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0.035g/cm*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K=RTC/M = &314X298X0.035/31.5=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;（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1:3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 )习题5附图(2

3、)Nc物1.001,表明所设温度偏高。山题意知液相中含量最大的是苯，山式(2-62)得:K = 1.553:心=0.6284；K. = 0.2667y, = 0.7765；y2=0.1511；y3= 0.066675；工=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0.066675o(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:Z3 = 5.807；= 2.353； ay3= 1.000组分i苯甲苯(2)对二甲苯(3)y,0.500.250.251.0005.8072.3531.000讣2.903

4、50.58830.25003.7418a厂习0.77600.15720.06681.0000解2：(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95C苯：In片=20.7936 - 2788.5 /(95 + 273.15 - 52.36) = 11.96；片=1.569x10%甲苯：In P, = 20.9065 - 3096.52/(95 + 2735 -53.67) = 11.06 ；P；=6.358 xl(/P对二甲苯：ln/y = 20.9891 - 3346.65/(95 + 273.15 - 57.84) = 10.204 ； /. P；= 2.702 xlO4P& =1.569；

5、K2=P/p= 0.6358Ky=卩= 0.2702X, = 1.596 x 0.5 + 0.2702 x 0.25 + 0.6358 x 0.25 = 1.011选苯为参考组分：心=1 56%0 = 1.552；解得T2=94.61CIn P； =11.05 ；P；= 6.281 x 104PaIn P；=10.19；P；= 2.6654X104PA心=0.6281 Ky=0.2665=1.552 x 0.5 + 0.6281 x 0.25 + 0.2665 x 0.25 = 0.9997故泡点温度为94.61C,且x = 1.552 x 0.5 = 0.776 ；y2= 0.6281 x

6、0.25 = 0.157；= 0.2665 x 0.25 = 0.067(2)相对挥发度法设匸95C,同上求得 & =1.569,心=0.6358, K. =0.2702d3 = 5.807a23= 2.353a33= 1,9Xaixi=5.807 x 0.5 + 2.353 x 0.25 +1 x 0.25 = 3.745.8O7xO.5+2.353xO.25+1x(125=103.743.743.7411组成为60%(mol)苯，25%甲苯和15%对二甲苯的lOOkmol液体混合物， 在101.3kPa和100C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

7、算蒸气压。解：在373K下苯：In用=20.7936 - 2788.51/(T-52.36)用=179.315kPa故泡点温度为95C,且戸=5.807 xO 53?74= 0.776；2 353xO253?74= 0.1571x0,253.74=0.067K、=1/77T, = T, -= 0.7477/()y(vp2) =-0.0024Q0此时：X1=O.38, X2=0.3135,X3=0.3074, L=74.77kmol；yi=0.6726, y2=0.2285, y3=0.0968, V=25.23kmolo12用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并从较重烧中分离轻质气体。计算离开

8、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,石=0.4348 c = 0.4348 g = 0087乙=00217乂Kl=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：y 1=0.4988 ,y2=0.4924 , y3=O.OO8 ,y4=0.0008 ；V=400.2mol/ho 14在101 3kPa下，对组成为45%（摩尔）正己烷，

9、25%正庚烷及30%正辛烷的混 合物。求泡点和露点温度甲苯：InP/ =20.9065 - 3096.52/(T-53.67)P T3.dkPa K2= 0.729对二甲苯：In厅=20.981 -3346.65/(7-57.84)厅=31.895dKy=0.315计算混合组分的泡点TB计算混合组分的露点TDm 373-364.076T.=-1377.83-364.076TB=364.076KTD=377 83K=0.65氢200甲烷200苯50甲苯10组分流率，mol/h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：因为各组分都是烷桂，所以汽、液相

10、均可看成理想溶液，Ki只取决于温 度和压力，可使用桂类的P-T-K图。泡点温度计算得：TB=86CO露点温度计算得：TD=100CO所以闪蒸温度为93Co由式(2-77)、(2-68)计算得：XC6=0.308 ,XC7=0.266 , xcs=0.426yc6=0.591, yc7=0.234 ycs=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)-屮醇系统的NRTL参数为：rlz=8.9665J/mol,rlc=-0.83665J/moI,冬产0.3。试

11、确定共沸温度和共沸组成。安托尼方程(P$： Pa； T： K)氯仿：“才=20.8660 _ X96.7哭丁 _46 J6)甲醇：In Pf = 23.4803 - 3626.55,/ _ 34.29)解：设T为53.5C组分正己烷正庚烷正辛烷Z10.450.250.30Ki1.920.880.411+叭-1)0.2836-0.0319-0.2511山式(2-76)求T的初值为93C,査图求Ki=0.0006 # 0y (-1R厶1 +W(K”-1)则：Ln Pf = 20.8660 -上696.7%26.65 - 46.16)lnPf = 23.4803 _3&山5%326.65 _ 34.

12、29)厅=76990.1=64595.6由G.r = exp (一zx. J , a.二J7J Gy = exp (一arL2r12) = exp (一0.3 x 8.9665)=0.06788G2l= exp ( -a21r21)=exp(0.3 x0.8365) =1.2852Wi=(一0.8365)x 1.2852x. + (1 - xJ x 1.2852?*8.9665 x 0.06788(1 - x.) + 0.06788x,f- 1.3817(1.2852 - 0.2852X.)28.9665 x 0.067882一比|_(1一笔 +0.06788卷)20,04131(1 - 0.

13、93212x：)2=(1 - X,)2X0.6086(1一0.93212X,)2-0,8365 x 1,2852X. + 1.2852(1 - x,)f(xL+ x2G2i)2=a x2)2一1.07507(1.2852 - 0.2852X.)2求得x. =0.32人=1.2092 /2=0.8971工X童人=笛厅儿+x2Py2=0.32 x 76990.1 x 1.2092 + 0.68 x 64595.6 x 0.8971=69195.98PaY 101.3kPa设T为60 C则丄n戌=20.8660 -z696-Z%333.15 - 46.16)23.4803 -3OZ6-5%333.1

14、5 - 34.29)X =95721.9可=84599.9Fln/L-ln/2= ln - = ln设T为56Cln/1-ln/2= ln - = ln76990,164595.6=0.175595721.984599.9=0.1235则*=20.8660 -Z696，?%329.15 - 46.16)In P：=23.4803 -3OZ6,5%329.15 - 34.29)P5=83815.2宵=71759.3=0.1553当ln/rln/2=0.1553时求得x.=0.30人二1.1099 y2=0.9500S笔E% =x,7x+ X辱= 0.30 x 83815.2 x 1.1099 +

15、 0 70 x 71759.3 x 0 9500=75627.8PaY 101.3kPa14.某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为ln=Avt ln/2=端 值常数与温度的关系：A= 1.7884-4.25x 103T(T, K)In用=16.0826-出列蒸汽压方程为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则A= 1.7884-4.25 x 103x 350=1.7884-1.4875=0.3009In用=16.0826-巴巴350 ； A n =91.0284 kPaIn可=16.3526-兰理-350； =119.2439

16、 kPa因为在恒沸点祖=0卫由用得用=In /j - In /2= A Cxi-xf) = A (1一2斗)= 16.3526-4050T(P： kPa： T： K)In A = ln71ln/L-lny2= ln83815.271759.3Cdd寸 8寸 8=“ “0 寸 g剽9W97S2s697 寸 9_d“。寸mOro 寸寸S.OHOSX-.O-言yo寸EMH41E上A66H2690S6H6E寸Z.6 二X2S0.0X0HEI+寸8Z0I6XZ.8 寸6.0X8000IHrfw=dso 二二J叮录OX6OOEOIUI8()(op600506氏.6二霽0二6da“ 00 寸左m6H-劉9g.9SHSXL Xs.ls -H弓肖弱只F宏S66H2666.698寸8寸8X6901.0XSIE二+569X -E68.0X6E00 IH w Hds匸-二rIE68 OXMKoHUI60()PH121.50183.081.001.5000.00.0I1-C5H122.501443.851.002.5000.00.0n-CcHu4.50.0569.91.004.5000.00.0合计100.0-19.81080.190以CH4为例:0.0329E-0.99二=0 032以时】一10.554