化工分离过程课后答案刘家祺

1、第一章1.列出5种使用ES用口 5种使用MSA勺分离操作。答：属于ESA离操作的有精储、萃取精储、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精储。属于MS吩离操作的有萃取精储、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：tt=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/cm 3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 兀=RTC/阵 8.314 X 298X0.035/31.5=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；Na；将推(3) 设计变量数Ni;(4)固定和可调设计变量数Nx,(4) 对典型的绝热闪蒸过程，你荐规定哪些变量？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Ct1个平衡温度等式1个平衡压力等式共2C+讣故设计变量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+讣可调设计变量Na= 0解:(5) Nv = 3 ( c+2 )(6) Nc物c能

3、1相c内在(P, T) 2Nc = 2c+3(7) Ni = Nv - Nc = c+3(8) Nxu = ( c+2 )+1 = c+3(9) 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+讣可调设计变量Na：有0+塔顶产物11.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 需要规定？解：Nxu 进料 c+

4、2压力 9c+11=7+11=18进料，227K, 2068kPa组分Kmol/h: 1 2 3 4 5 6 NCCCCCC1.054.467.6141.154.756.033.3Nau 串级单元1传热1合计2NU = Nxu+Zu = 20附加变量：总理论板数。16.采用单个精储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：N XU 进料 c+2压力 40+1+1c+44 = 47Nu 3+1+1+2 = 72习题6B图Nu = 54设计变量：回流比，储出液流率第二章4.一液体混合物的组成为：苯0.50;甲

5、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：Rs =156.24kPa ; P2s =63.28kPa; P3s =26.88kPa由式(2-36)得：K1 =1.562；K2=0.633;K3 =0.269y1 =0.781；y2=0.158；y3 =0.067;工 yi=1.006由于工yi >1.001 ,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：K1 =-K- =1.553 可得T' = 36

6、7.78K、yi重复上述步骤： ' ' K1 =1.553； K2 =0.6284; K3 =0.2667'y1 二0.7765； y2 =0.1511; y3 =0.066675； Z yi =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 0.066675。(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：13 =5.807 ； 623 =2.353 ; 口33 =1.000组分i苯甲苯(2)对一甲苯(3)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002

7、.90350.58830.25003.74180.77600.15720.06681.0000解2:平衡常数法。假设为完全理想系。设 t=95C苯:ln P1s =20.7936 2788.5/(95 +273.15 52.36)=11.96 ；甲苯:ln P2s =20.9065 3096.52/(95 +273.15 53.67) =11.06 ；对二甲苯：ln P3s = 20.9891 3346.65/(95 +273.15 -57.84) =10.204 ；K1 =P/p =1.569>(105/05 =1.569; & =% = 0.6358选苯为参考组分：K12 =

8、1.5691.011 =1.552 ；解得 T2=94.61 C_ s_ s _4_In P2 =11.05 ;P2 =6.281 m 10 Pa_ s _ s _4_In P3 =10.19;P3 =2.6654 M10 PaK2 =0.6281K 3 =0.2665故泡点温度为 94.61 C,且 y =1.552x0.5 = 0.776;y2 =0.6281父0.25 = 0.157; y3 =0.2665乂 0.25 = 0.067(2)相对挥发度法设 t=95 C,同上求得 Ki=1.569, K2 =0.6358, K3 =0.2702豆 13 =5.807 口23 = 2.353

9、 口33=1故泡点温度为95C,且y1 = 5.807-0.5 =0.776 ；3.74y2 =2.353 0.253.74= 0.157y3 =1 0.253.74= 0.06711 .组成为60%(mol)苯，25刈苯和15%寸二甲苯的100kmol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 尼方程计算蒸气压。解：在373K下苯： ln PS =20.7936 -2788.51/(T-52.36)P1s = 179.315kPa甲苯：lnp2s =20.9065 _3096.52/(T _53.67 ) P2s =73.8

10、34kPa 对二甲苯：lnp3s =20.981 3346.65 T -57.84 P3s =31.895kPa 计算混合组分的泡点Tb T b=364.076K计算混合组分的露点Td Td=377.83K此时:x产0.38, X2=0.3135, X3=0.3074 , L=74.77kmol;y1=0.6726, y2=0.2285, y3=0.0968, V=25.23kmol。12 .用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并7 耳 1/Aii从较重姓中分离轻质气体。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 ;

11、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。组分流率，mol/h氢200甲烷200苯50甲苯10求闪蒸温度，两相总进料量为F=460kmol/h,乙=0.4348 z2 =0.4348Z3 =0.1087z4 =0.0217又 K1=80, K2=10, K3=0.01, K4=0.004由式(2-72)试差可得：W=0.87,由式(2-68)计算得：y1=0.4988 , y2=0.4924 , y3=0.008 , y4=0.0008 ; V=400.2mol/h。14.在101.3kPa下，对组成为 45%摩尔)正己烷，25%E庚烷及 30%

12、£辛烷的混合物。求泡点和露点温度将此混合物在101.3kPa下进行闪蒸，使进料的50%气化 的组成。解：因为各组分都是烷姓，所以汽、液相均可看成理想溶液，K只取决于温度和压力，可使用姓类的P-T-K图。泡点温度计算得：Tb=86C。露点温度计算得：Td=100Co由式(2-76)求T的初值为93C,查图求K组分正己烷正庚烷正辛烷Zi0.450.250.30Ki1.920.880.410.2836-0.0319-0.2511所以闪蒸温度为93Co由式(2-77)、(2-68)计算得：Xc6=0.308, xc产0.266, Xc8=0.426yc6=0.591 , yc产0.234,

13、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压力下氯仿(1)-甲醇(2)系统的NRT修数为：和2 =8.9665J/mol ,加 =-0.83665J/mol ,(2=0.3。试确定共沸温度和共沸组成。安托尼方程(PS : Pa； T: K)氯仿：lnPiS= 20. 8660 - 2696.7%T_ 46.16)甲醇：lnP2s= 23.4803 - 3626.55/T_ 34.29)解：设T为53.5 C则 1n P1S = 20. 8660 - 2696 .

14、7%326 . 65 - 46. 16)P； =76990.1 P2S =64595.6由 Gj = exp (一 % /)，aj =«jiG12 = exp ( «12t12) =exp (-0.3 8. 9665 )=0.06788G21 = exp ( a21 t21) =exp (0. 3 父 0. 8365 )=1.2852=(1 - Xi)2一 (-0. 8365)父 1.28522 xi + (1 - X2)M 1. 285228.96650.06788(1 - X。0. 06788Xi2_2- T. 38174=1 - X1 %.2852 - 0.2852x

15、1)2 +0. 6086(1 - 0. 93212 x1)2=x2 8.96650. 06788 231 1(1 - Xi + 0. 06788 Xi)2Xi + 1. 2852 (1 - xj28365 父 1. 28520. 041312=Xi- 1. 075070. 93212 x1)2 + (1.2852 0.2852x1)2SP176990 . 1ln 1 - ln 2nn S =ln =0.175512P2S64595 . 6求得 x 1=0.321 =1.20922=0.8971=0. 32 76990. 11. 2092 0.68 64595. 6 0. 8971=69195.

16、98Pa 101.3kPa设T为60c则 ln P1S = 20.8660 - 2696.7%33.15 - 46.16)PiS =95721.9 P2S =84599.9ln 1 - ln 2 =lnPSPS=ln95721 . 984599 . 9=0.1235设T为56c则 ln P； = 20.8660 - 2696 . 79(329 .15 - 46. 16)P1S =83815.2 P2S =71759.3ln 1-ln 2=ln PS =ln83815 . 271759 . 3=0.1553当 ln ln %=0.1553 时求得 Xi=0.30 3=1.1099 %=0.950

17、0=0. 3083815.21. 10990. 7071759. 30. 9500=75627.8Pa 101.3kPa 14.某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为ln h1 = Ax2 , ln. Ax2 ,端值常数与温度的关系：A=1.7884-4.25 父 10-3T (T , K)蒸汽压方程为Sln R =16.08264050TSln F2 =16.35264050T(P:kPa： T： K)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 10-3 350=1.7884-1.4875=0.3009s

18、4050ln R =16.0826s350 ；，n =91.0284 kPaS4050ln P2s =16.3526s350 ; P2 =119.2439 kPa因为在恒沸点1PS .1P2s-12 二一萨=1 二 gS由,2P2得，2P1解得：x 1=0.9487 x 2 =0.0513.In 工=0.3009 X0.05132 . ¥1 =1 0008ln %=0.3009 M 0.94872 ； 72=1.3110x PSP=£ ixiP =1.0008 黑 0.9487 黑 91.0284+1.3110 父 0.0513 黑 119.2439=95.0692 : 9

19、9.75 kPa设T为340K则 A=1.7884-4.25 10-3 340=0.3434S4050ln P =16.0826 - ns340 ; R =64.7695 kPaS4050ln P2S =16.3526s340 ； P2 =84.8458 kPaPSln* = A (1-2X1)m留遐5 =0.3434(1/Xi)由P2；84.8458解得：x1 =0.8931 x2=1-0.8931=0.1069ln X =0.3434 M0.10692 . 3 =1.0039ln =0.3434 M0.89312 . 72=13151»DSP=J ixP =1.0039 M 0.

20、8931 M 64.7695+1.3151 M 0.1069 m 84.8458=69.9992 : 99.75 kPa设T为352K贝U A=1.7884-4.25 103 352=0.2924S1npi =16.08264050玄；PiS =97.2143 kPaIn P2s =16.35264050352喈=127.3473 kPaps1n ±=A(1-2%)- 97.2143 =0.2924(1 -2x1)由p2；127.3473x 1=0.9617x2 =1-0.9617=0.0383. In '1 =0.2924 m 0.03832 .3=1 0004In

21、65;2 =0.2924X0.96172 . 72=13105p=Z 彳 xpS =1.0004 M 0.9617 M 97.2143+1.3105 父 0.0383 M 127.3473 =99.9202 : 99.75 kPa说明系统形成共沸物，其共沸温度为 352K。P2S/0 _99.13/_1 31判断；y2=1.002/p1%6738-1.31,而1=1.313,1 >P2SZss s1/P2 且 P"1 ,P2故形成最低沸点包沸物，恒沸物温度为344.5K 第四章 1.某原料气组成如下：组分CH 4 C 2H C3H8i-C,H。n-CdHw i-C 5H12 n

22、-C5H2n-C6Hmy。(摩尔分率)0.7650.045 0.0350.025 0.045 0.0150.025 0.045先拟用不挥发的烂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 38 C,压力为1.013Mpa,如果要求将i-C出°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1.1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：(1)最小液气比的计算：在最小液气比下 Nr0 , A关=中关(LV)mn = gA关=0.56 x 0.85=0.476(2)理论板

23、数的计算：操作液气比 % =1.2(LV)min =1.2 x 0.476=0.5712尾气的数量和组成计算：A L非关键组分的i - VKiA： 1 - A十_ i = aN 11吸收率Ai一 1被吸收白量为Vn书*,塔顶尾气数量vN-(1-Q)=vi塔顶组成y1i =%按上述各式计算，将结果列于下表组分Kmol/hKiCH476.517.40.0330.0322.52473.980.920C2H64.53.750.1520.1520.6843.8160.047C3H83.51.30.4390.4361.5261.9740.025i-C4H102.50.561.020.852.1250.37

24、50.0047n-C4Hio4.50.41.4280.954.2750.2250.0028i-C5H121.50.183.171.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.971.002.5000.00.0n-C6H144.50.05610.21.004.5000.00.0合计100.0-19.81080.190(4)塔底的吸收量Ln塔内气体平均流率:100 80.37v = 90.185Kmol/hL均=L0 +Ln =(上)v均=0.5712M 90.185 = 51.514塔内液体平均流率：2 V而Vn书+L0+ Ln ,即 100+Lo=80.37+Ln联立求解得 Ln =61.