分離工程課后習題答案

1、第一章1.列出5種使用ES用口5種使用MSA勺別離操作.答：屬于ESA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MS吩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：兀=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.假設從含鹽0.035g/cm3的海水中制取純水,M=31.5,操作溫度為298K.問反滲透膜兩側的最小壓差應為多少kPa?答：滲透壓兀=RTC/陣8.314X298X0.035/31.5=2.753kPa.所以反滲透膜兩側的最小壓差應為2.753kPa.9.假定有一絕熱平衡閃蒸過程

2、,所有變量表示在所附簡圖中.求：(1)總變更量數(shù)Nv;(2)有關變更量的獨立方程數(shù)NV,yi,Tv,PvFziFF習題5附圖TP(3) 設計變量數(shù)Ni;(4)固定和可調設計變量數(shù)Nx,Na；(5)對典型的絕熱閃蒸過程,你將推薦規(guī)定哪些變量？思路1:3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)Nc物料衡算式C個熱量衡算式1個相平衡組成關系式Ct1個平衡溫度等式1個平衡壓力等式共2C+訃故設計變量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定設計變量Nx=C+2,加上節(jié)流后的壓力,共C+訃可調設計變量Na=0解：(1)Nv=3(c+2)(2) Nc物c能1相c內在(

3、P,T)2Nc=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: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個設計變量數(shù)Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定設計變量Nx:有C+2個加上節(jié)流后的壓力共C+訃可調設計變量Na：有011.滿足以下要求而設計再沸汽提塔見附圖,求:(1)設計變更量數(shù)是多少？+塔頂產物(2)如果有,請指出哪些附加變量需要規(guī)定？解：Nxu進料c+2壓力9c+11=7+11=18Nau半級單元1進料,227K,20

4、68kPa:123456NCCCCCC組分Kmol/h1.054.467.6141.154.756.033.3傳熱1合計2NU=Nxu+Zu=20附加變量：總理論板數(shù).16.采用單個精儲塔別離一個三組分混合物為三個產品習題6B圖(見附圖),試問圖中所注設計變量能否使問題有唯一解？如果不,你認為還應規(guī)定哪個(些)設計變量解：NXU進料c+240+1+1c+44=473+1+1+2=7Nu=54設計變量：回流比,儲出液流率第二章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.假設為完全理

5、想系.解1:(1)平衡常數(shù)法：設T=368K用安托尼公式得：Rs156.24kPa;P2s63.28kPa;P3s26.88kPa由式(2-36)得：K11.562；K20.633;K30.269yi0.781；V20.158;y0.067;yi1.006由于yi>1.001,說明所設溫度偏高.由題意知液相中含量最大的是苯,(2-62)行：K1K111.553可得T367.78Kyi重復上述步驟:K11.553；K20.6284;K30.2667y10.77650.1511;y30.066675;yi1.0003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

6、.1511、對二甲苯0.066675.(2)用相對揮發(fā)度法：設溫度為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)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.90350.58830.25003.74180.77600.15720.06681.0000解2:平衡常數(shù)法.假設為完全理想系.設t=95C苯：lnpis20.79362788.5/(95273.1552.36)11.96；甲苯:lnp2s20.90653096.52/(95273.1553.67)11.06；對二甲苯：lnP3s20

7、.98913346.65/(95273.1557.84)10.204；K1"%1.5691%51.569;K2%0.6358選苯為參考組分：K121.56%0111.552；解得T2=94.61CInP2s11.05;P2s6.281104Pa_s_s_4_InP310.19；P32.665410PaK2=0.6281K3=0.2665故泡點溫度為94.61C,且y11.5520.50.776；V20.62810.250.157；y0.26650.250.067(2)相對揮發(fā)度法設t=95C,同上求得&=1.569K2=0.6358K3=0.2702135.807,232.3

8、5333故泡點溫度為95C,且y15.8070.53.740.776y22.3530.250.1573.7410.25y33.740.06711 .組成為60%(mol)苯,25刈苯和15%寸二甲苯的100kmol液體混合物,在101.3kPa和100c下閃蒸.試計算液體和氣體產物的量和組成.假設該物系為理想溶液.用安托尼方程計算蒸氣壓.解：在373K下苯:lnpS20.79362788.51/T52.36P1s179.315kPa甲苯：lnp2s20.90653096.52/T53.67P2S73.834kPa對二甲苯：lnP3s20.9813346.65T57.84P3S31.895kPa

9、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:X1=0.38,X2=0.3135,X3=0.3074,L=74.77kmol;y1=0.6726,y2=0.2285,y3=0.0968,V=25.23kmol.12 .用圖中所示系統(tǒng)冷卻反響器出來的物料,并從較重姓中別離輕質氣體.計算離開閃蒸罐的蒸汽組成和流率.從反響器出來的物料溫度811K,組成如下表.閃蒸罐操作條件下各組分的K值：氫-80;甲烷-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=460k

10、mol/h,40.4348z20.4348Z30.1087z40.0217?又K1=80,K2=10,K3=0.01,K4=0.004由式(2-72)試差可得：W=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%E庚烷及30%E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%氣化.求閃蒸溫度,兩相的組成.解：由于各組分都是烷姓,所以汽、液相均可看成理想溶液,K只取決于溫度和壓力,可使用姓類的P-T-K圖.泡點

11、溫度計算得：Tb=86C.露點溫度計算得：Td=100Co由式(2-76)求T的初值為93C,查圖求K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,xc產0.266,Xc8=0.426yc6=0.591,ych0.234,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12.12在101.3Kpa壓力下氯仿(1)-甲醇(2)系統(tǒng)的NRTL參數(shù)為

12、:=-0.83665J/mol,12=0.30試確定共沸溫度和共沸組成.安托尼方程(PS:Pa；T:K)氯仿：lnP1S20.8660甲醇：lnP2S23.4803:設T為53.5C2696.79(丁3626.55(丁46.16)34.29)那么1nP1S20.86602696.7%326.6546.16)PS=76990.1P2S=64595.612=8.9665J/mol,由Gjexp(ijij),ij=jiG12exp(1212)=exp(0.38.9665)=0.06788G21exp(2121)=exp(0.30.8365)=1.2852二(12(0.8365)1.28522Xi(1

13、X2)1.285228.96650.06788(1Xi)0.06788X12=(121.3817X1(1.28520.2852x1)20.6086(10.93212x1)22=Xi28.96650.0678820.2(1x10.06788x1)x183651.28521.2852(1x1)220.04131=X-21(J0.93212x1)21.07507(1.28520.2852x1)2ln1-In2=lnPS=lnP276990.164595.6=0.1755求得x產0.321=1.20922=0.8971=0.327699Q11.20920.686459560.8971=69195.98

14、Pa101.3kPa設T為60c那么1np1s20.86602696.7%33.1546.16)P1S=95721.9P2S=84599.9In1-In2=1npSPS=1n95721.984599.9=0.1235設T為56c那么1np；20.86602696.79(329.1546.16)P1S=83815.2P2S=71759.3In1-In2=1npSP2s=1n83815.271759.3=0.15531=1.10992=0.9500當In1-In2=0.1553時求得x1=0.30=0.3083815.21.10990.7071759.30.9500=75627.8Pa101.3k

15、Pa.2.214.某1、2兩組分構成二元系,活度系數(shù)方程為1n1Ax2,1n2Ax1,端值常數(shù)與溫度的關系：A=1.7884-4.2510-3T(T,K)蒸汽壓方程為lnP1s16.08264050TlnP2S16.35264050T(P:kPa：T：K)假設汽相是理想氣體,試問99.75Kpa時系統(tǒng)是否形成共沸物？共沸溫度是多少？解：設T為350K那么A=1.7884-4.2510-3350=1.7884-1.4875=0.3009lnRS16.08264050350；RS=91.0284kPalnF2S16.35264050P2S=119.2439kPa由于在恒沸點1PS12-S由2P2P

16、1S解得：x1=0.9487x2=0.05132ln10.30090.0513.1=100082ln20.30090.9487.2=13110P=iXiPS=1.00080.948791.0284+1.31100.0513119.2439=95.069299.75kPa設T為340K貝UA=1.7884-4.2510-3340=0.3434lnPS16.08264050340；Sn=64.7695kPalnP2S16.35264050340；P2S=84.8458kPaln號P2(12x1)64.7695ln0.3434(12x1)84.8458解得:x1=0.8931x2=1-0.8931=

17、0.10692ln10.34340.1069.1=100392ln20.34340.8931.2=1315184.8458P=ixPS=1.00390.893164.7695+1.31510.1069=69.999299.75kPa設T為352K貝UA=1.7884-4.2510-3352=0.2924InP1s16.08264050玄；piS=97.2143kPaInP2S16.35264050352P2S=127.3473kPaIn由PSBSA(12x1)；972143ln0.2924(12x1)127.3473x1=0.9617x2=1-0.9617=0.0383In10.29240.0

18、3832.1=1.0004ln20.29240.96172.2=1.3105P=ixP=1.00040.961797.2143+1.31050.0383127.3473=99.920299.75kPa說明系統(tǒng)形成共沸物,其共沸溫度為352K.P2S/199.13/1312=1.002判斷/P1為5.6738,而1=1.313,P2S?1*2,且P?故形成最低沸點包沸物,SSP1,P2恒沸物溫度為344.5K.第四章?1.某原料氣組成如下：組分CH4C2HCHi-C4H1on-C4Hi0i-C5H12n-C5H2n-C6Hmy0(摩爾分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0

19、150.0250.045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-CM.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(LV)minK關A關=0.560.85=0.476(2)理論板數(shù)的計算：操作液氣比LV1.2(LV)min=1.20.476=0.5712尾氣的數(shù)量和組成計算：AL非關鍵組分的iVKiAiN1AiN"7

20、吸收率Ai1被吸收白量為vN1;塔頂尾氣數(shù)量人1(1i)vi塔頂組成y1i為按上述各式計算,將結果列于下表組分Kmol/hKCH76.517.40.0330.0322.52473.980.920GH4.53.750.1520.1520.6843.8160.047CH3.51.30.4390.4361.5261.9740.025i-C4H02.50.561.020.852.1250.3750.0047nCH.4.50.41.4280.954.2750.2250.0028i-C5H121.50.183.171.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.971.002.5000.00.0n-C6H44.50.05610.21.004.5000.00.0合計100.0-19.81080.190(4)塔底的吸收量Ln塔內氣體平均流率:10080.37290.185Kmol/hL均JLN(工)V均0.571290.18551.514塔內液體平均流率：2V而VN1L0V1Ln,即100+L0=80.37+Ln聯(lián)立求解得Ln=61.33Kmol/h.Lo