分离工程课后习题答案

1、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分离操作的有精懈、萃取精镉、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精镉。属于MSA分离操作的有萃取精饰、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、 吸附。5.海水的渗透压由下式近似计算：n=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=,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R=RTC/M=X298X=O所以反渗透膜两侧的最小压差应为。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

2、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列题5附I=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 )(2)Nc物c能1相c内在（P，T）2Nc = 2c+3(3)Ni = Nv-Nc = c+3(4

3、)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+l）=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满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求：（1）设计变更量数是多少（2）如果有，请指出哪些附加变量需要规定解：Nxu进料c+2床力9c+ll=7+ll=18Nau串级单元1传热1合计2Nvu= Nxu+Nau= 20附加变量：总理论板数。辺料

4、.227K,206813习邮附图16.采用单个精係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如果不，你认为还应规定哪个（些）设计变量解：Nxu进料c+2压力40+1+1c+44 = 47Nau3+1+1+2 = 7Nvu= 54设计变量：回流比，係出液流率。第二章4一液体混合物的组成为：苯；甲苯；对二甲苯(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lOOkPa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：厅=156.24內；P；= 63.28kPa；P；=26.88kPa由式(2-36

5、)得:K、= 1.562；K2= 0.633；K. = 0.269儿=0.781；儿=0.158； y3= 0.067；工”=1.006由于工)：，表明所设温度偏高。由题意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得：K.=仝-=1.553可得厂=367.78K重复上述步骤： =1.553； K = 0.6284； K； = 0.2667y； = 0.7765； y； =0.1511； y； = 0.066675； y. = 1.0003在温度为时，存在与之平衡的汽相，组成为：苯、甲苯、对二甲苯。(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：a13= 5.807

6、；冷=2353；=1.000组分组分 i苯苯甲苯对二甲苯咛i% 兀5宀解2：平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95C苯：lii “ = 20.7936 -2788 .5/(95 + 273.15-52.36) = 11.96 ；P：=1.569 x10Pa甲苯：hi =20.9065 3096.52/(95 + 273.15 53.67) = 11.06 ；/.仃=6.358 x 10“內对二甲苯：lii = 20.9891一3346.65 /(95 + 273.15 - 57.84) = 10.204；/.厅=2.702 x 10“內K严呀=1569X1% = 1.569； K严卩% =

7、0.6358K、=卩= 0.2702=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= 1.552；解得T2=Chi=11.05；P；= 6.281 x 104Palii =10.19；你=2.6654 xlO“PaK厂K严艺KN = 1.552 x 0.5 + 0.6281 x 0.25 + 0.2665 x 0.25 = 0.9997 1故泡点温度为C,且儿=1.552 x 0.5 = 0.776；儿=0.6281 x 0.25 = 0.157 ；儿=0.2665 x 0.25 = 0.067(2)相对挥发度法设t=

8、95C,同上求得 = ,K、=,/L3=Z13= 5.807= 2.353z33= 1龙乞=5.807 x 0.5 + 2.353 x0.25 + 1x0.25 = 3.745.807 x0.52.353 x0.25+1x025=1Q3.743.743.7411组成为60%(mol)苯，25%甲苯和15%对二甲苯的lOOkmol液体混合物,在和100兀下闪蒸。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 安托尼方程计算蒸气压。解：在373K下苯：In用=20.7936 2788.51/(T 52.36)P：=179.315心么=1.77甲苯：111P/ =20.9065 -3096

9、.52/(7-53.67)P；= 73.834kPaK2= 0.729对二甲苯：hiP3S=20.981 -3346.65/(7-57.84)P：=31.895kPa心=0.315计算混合组分的泡点TBTB=计算混合组分的露点TDTD=373-364.076= Q 6,377.83-364.076=0.040443故泡点温度为95C,5 807x0 574= 0.776；2 353x0 25r74= 0.1571x0.25儿一3.74=0.067f(比)工乙(-1)1 +出(K厂1)尸= -0.41414.在下，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

10、将此混合物在下进行闪蒸，使进料的50%汽化。求闪蒸温度，两相的组成。解：因为各组分都是烷烧，所以汽、液相均可看成理想溶液，Ki只取决于温度 和压力，可使用烧类的P-T-K图。泡点温度计算得：TB=86CO露点温度计算得：TD=100CO由式(2-76)求T的初值为93C,査图求Ki组分正己烷正庚烷正辛烷ZiKiK - ik1 + W(K, -1)y=屮 _俘=0.747721门出)/(VP2)=-0.0024Q0此时：Xl=, X2=T X3=，L=；yi=,丫2二，耳3=，V=o12.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。 计算离开闪蒸罐的 蒸汽组成和流率。从反应器出

11、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；甲苯 解：以氢为1,甲烷为2,苯为3,甲苯为4。总进料量为F=460kmol/h,Z = 0.4348乙=0.4348=0.1087乂Kl=80, K2=10, K3=, K4=由式(2-72)试差可得:叫由式(2-68)计算得：yl=, y2=, y3=, y4=； V=h。j = 0.0217组分流率,mol/h氢200甲烷200苯50甲苯10ln/=x：2(xi+ x2G2i)2(x2+ xd：.=(1 - x.)2(-0.8365) x 1.2852：,_x2+ (1 - x:) X 1.285

12、22+8.9665(1 - xL)x 0.067880 06788xJ；所以闪蒸温度为93Co由式(2-77)、(2-68)计算得：XC6=，XC7二，XC8=yc6二,yc7=, yc8=所以液相中含正己烷,正庚烷,正辛烷: 汽相中含正己烷,正庚烷,正辛烷。第三章12在圧力下氯仿甲醇系统的NRTL参数为:ri2=mol, r=mol, a12= o试确定共沸温度和共沸组成。安托尼方程WPa： T： K)氯仿：In =20.8660 - 2696.7% _ 46.6)甲醇：lnRs=23.4803一3626.5哭丫 _34.29)解：设T为C则=20 8660 _2696 7%26 65_46

13、 16)ln P2 = 23.4803 _3626,5%326.65 - 34.29)由夠=exp ( -a.j =ajiexp ( - a12ri2) = exp ( - 0.3 x 8.9665)=exp ( - 21r21) =exp(0.3 x 0.8365)=求得卷二 /L=/:=S卷过人=w垃* +x2y2=0.32 x 76990.1 x 1.2092 + 0.68 x 64595.6 x 0.8971=Y 设T为60C则gPf = 20 8660 _ 2696 7%33.5_46.6)ln卩；=23.4803 _3626,5%333.!5 - 34.29)P；95721.9ln

14、Z1-W2= ln = ln =设T为56C则gPj = 20.8660 _ 2696 7%29J5_ 46.16)ln卩；=23.4803 -3626,5%329.15 - 34.29)Pf = Pz =P；83815.2lnZ1-ln/2= ln = ln7r =-1.38170.6086(1.2852 - 0.2852X,)2 +(1 - 0.93212x.)2In2 金金+X2G21)2_28.9665 x 0.06788-笛 +0 06788冷)：一0.8365 x 1.2852x. + 1.2852(1 - x.)20.04131X1a - 0.93212X,)2-1.07507(

15、1.2852 - 0.2852X,)2ln/rln/2= lnP【，P；,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：组分CH4C2H6C3H8i-C4Hio n-C4HI0i-C5H12n-C5H12n-C6HI4yo(摩尔分率)先拟用不挥发的绘类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温 度为38C,压力为，如果要求将i-C4Hio回收90%。试求：(1)为完成此吸收任务所需的最小液气比。(2)操作液气比为组小液气比的倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。(3)各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。(4)求塔底的吸收液量解：最小液气比的计算：在最小液气比下N=oo, A

16、关=0关=(% )亦=关刀关x =理论板数的计算：操作液气比%=1広%心=X人关=总=需=血log(4) log(1 02-0-85)N =巳一-1 =-上盤一-1 = 5.32尾气的数量和组成计算：log Alog 1.02人亠非关键组分的 皿，A：V+1一A吸收率=弓厂被吸收的量为 0，塔顶尾气数量 (1一0)=叫按上述各式计算，将结果列于下表组分V.v+1Kmol/hKiA.化儿CH4C2H6C3H8塔顶组成儿i-C4Hion-C4Hioi-CsHnn-CsHi2D-C6H14合计-塔底的吸收量厶V=厶 +S=（色）卫0 5712x90 185 = 51 514塔内液体平均流率：2 V而Kv+i +厶=% +LN,即100+厶o =+ L”联立求解得Lv=h.LQ=h解2：由题意知,i-C4Hio为关键组分 由p=, t Y=38C查得K关二（P-T-K图）在最小液气比下N=oo,人关=中关二(%)m* =关A关=X =% =l.l（%）,in= x=总=罟|学=0 99所以理论板数 为计算结果如下:组分进料 量相平衡常数K.A.化被吸收 量塔顶尾气数量组成CH4C2H6CsHs塔内气体平均流率:100+80.372= 90.185Kmol/hlog (loglog A,0.99 - 0.91 - 0 9_ log 0 999.48它组分吸收