化工分離過(guò)程課后答案劉家祺

1、第一章1.列出5種使用ES用口 5種使用MSA勺分離操作。答：屬于ESA離操作的有精儲(chǔ)、萃取精儲(chǔ)、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精儲(chǔ)。屬于MS吩離操作的有萃取精儲(chǔ)、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(jì)算：tt=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。若從含鹽 0.035 g/cm 3的海水中制取純水，M=31.5, 操作溫度為298K。問(wèn)反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應(yīng)為多少 kPa?答：滲透壓 兀=RTC/陣 8.314 X 298X0.035/31.5=2.753kPa 。所以反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應(yīng)為 2.753kPa

2、。9 .假定有一絕熱平衡閃蒸過(guò)程，所有變量表示在所附簡(jiǎn)圖中。求:(1)總變更量數(shù)Nv;(2)有關(guān)變更量的獨(dú)立方程數(shù)Nc；Na；將推(3) 設(shè)計(jì)變量數(shù)Ni;(4)固定和可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù)Nx,(4) 對(duì)典型的絕熱閃蒸過(guò)程，你薦規(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(dú)立方程數(shù)Nc物料衡算式C個(gè)熱量衡算式1個(gè)相平衡組成關(guān)系式Ct1個(gè)平衡溫度等式1個(gè)平衡壓力等式共2C+訃故設(shè)計(jì)變量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定設(shè)計(jì)變量Nx= C+2,加上節(jié)流后的壓力，共C+訃可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na= 0解:(5) Nv = 3 ( c+2 )(6) Nc物c能

3、1相c內(nèi)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: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(dú)立方程數(shù)Nc：物料衡算式C個(gè),熱量衡算式1個(gè)，共C+1個(gè)設(shè)計(jì)變量數(shù) Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定設(shè)計(jì)變量Nx:有C+2個(gè)加上節(jié)流后的壓力共C+訃可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na：有0+塔頂產(chǎn)物11.滿足下列要求而設(shè)計(jì)再沸汽提塔見(jiàn)附圖，求: (1)設(shè)計(jì)變更量數(shù)是多少？(2)如果有，請(qǐng)指出哪些附加變 需要規(guī)定？解：Nxu 進(jìn)料 c+

4、2壓力 9c+11=7+11=18進(jìn)料，227K, 2068kPa組分Kmol/h: 1 2 3 4 5 6 NCCCCCC1.054.467.6141.154.756.033.3Nau 串級(jí)單元1傳熱1合計(jì)2NU = Nxu+Zu = 20附加變量：總理論板數(shù)。16.采用單個(gè)精儲(chǔ)塔分離一個(gè)三組分混合物為三個(gè)產(chǎn)品(見(jiàn)附圖)，試問(wèn)圖中所注設(shè)計(jì)變 量能否使問(wèn)題有唯一解？如果不，你認(rèn)為還應(yīng)規(guī)定哪個(gè)(些)設(shè)計(jì)變量？解：N XU 進(jìn)料 c+2壓力 40+1+1c+44 = 47Nu 3+1+1+2 = 72習(xí)題6B圖Nu = 54設(shè)計(jì)變量：回流比，儲(chǔ)出液流率第二章4.一液體混合物的組成為：苯0.50;甲

5、苯0.25;對(duì)二甲苯0.25(摩爾分率)。分別用平 衡常數(shù)法和相對(duì)揮發(fā)度法計(jì)算該物系在 100kPa式的平衡溫度和汽相組成。假設(shè)為完全 理想系。解1:(1)平衡常數(shù)法：設(shè) 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 ,表明所設(shè)溫度偏高。由題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重復(fù)上述步驟： ' ' K1 =1.553； K2 =0.6284; K3 =0.2667'y1 二0.7765； y2 =0.1511; y3 =0.066675； Z yi =1.0003在溫度為367.78K時(shí)，存在與之平衡的汽相，組成為：苯 0.7765、甲苯 0.1511、對(duì)二甲苯 0.066675。(2)用相對(duì)揮發(fā)度法：設(shè)溫度為368K,取對(duì)二甲苯為相對(duì)組分。計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度的：13 =5.807 ； 623 =2.353 ; 口33 =1.000組分i苯甲苯(2)對(duì)一甲苯(3)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002

7、.90350.58830.25003.74180.77600.15720.06681.0000解2:平衡常數(shù)法。假設(shè)為完全理想系。設(shè) 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 ；對(duì)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選苯為參考組分：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故泡點(diǎn)溫度為 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)相對(duì)揮發(fā)度法設(shè) 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故泡點(diǎn)溫度為95C,且y1 = 5.807-0.5 =0.776 ；3.74y2 =2.353 0.253.74= 0.157y3 =1 0.253.74= 0.06711 .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(jì)算液體和氣體產(chǎn)物的量和組成。假設(shè)該物系為理想溶液。用安托 尼方程計(jì)算蒸氣壓。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 對(duì)二甲苯：lnp3s =20.981 3346.65 T -57.84 P3s =31.895kPa 計(jì)算混合組分的泡點(diǎn)Tb T b=364.076K計(jì)算混合組分的露點(diǎn)Td Td=377.83K此時(shí):x產(chǎn)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)冷卻反應(yīng)器出來(lái)的物料，并7 耳 1/Aii從較重姓中分離輕質(zhì)氣體。計(jì)算離開(kāi)閃蒸罐的 蒸汽組成和流率。從反應(yīng)器出來(lái)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 ;

11、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求閃蒸溫度，兩相總進(jìn)料量為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)試差可得：W=0.87,由式(2-68)計(jì)算得：y1=0.4988 , y2=0.4924 , y3=0.008 , y4=0.0008 ; V=400.2mol/h。14.在101.3kPa下，對(duì)組成為 45%摩爾)正己烷，25%E庚烷及 30%

12、£辛烷的混合物。求泡點(diǎn)和露點(diǎn)溫度將此混合物在101.3kPa下進(jìn)行閃蒸，使進(jìn)料的50%氣化 的組成。解：因?yàn)楦鹘M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(diǎn)溫度計(jì)算得：Tb=86C。露點(diǎn)溫度計(jì)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Zi0.450.250.30Ki1.920.880.410.2836-0.0319-0.2511所以閃蒸溫度為93Co由式(2-77)、(2-68)計(jì)算得：Xc6=0.308, xc產(chǎn)0.266, Xc8=0.426yc6=0.591 , yc產(chǎn)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壓力下氯仿(1)-甲醇(2)系統(tǒng)的NRT修數(shù)為：和2 =8.9665J/mol ,加 =-0.83665J/mol ,(2=0.3。試確定共沸溫度和共沸組成。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：設(shè)T為53.5 C則 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設(shè)T為60c則 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設(shè)T為56c則 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當(dāng) ln ln %=0.1553 時(shí)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、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為ln h1 = Ax2 , ln. Ax2 ,端值常數(shù)與溫度的關(guān)系：A=1.7884-4.25 父 10-3T (T , K)蒸汽壓方程為Sln R =16.08264050TSln F2 =16.35264050T(P:kPa： T： K)假設(shè)汽相是理想氣體，試問(wèn)99.75Kpa時(shí)系統(tǒng)是否形成共沸物？共沸溫度是多 少？解：設(shè)T為350K則 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?yàn)樵诤惴悬c(diǎn)1PS .1P2s-12 二一薩=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設(shè)T為340K則 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設(shè)T為352K貝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說(shuō)明系統(tǒng)形成共沸物，其共沸溫度為 352K。P2S/0 _99.13/_1 31判斷；y2=1.002/p1%6738-1.31,而1=1.313,1 >P2SZss s1/P2 且 P"1 ,P2故形成最低沸點(diǎn)包沸物，恒沸物溫度為344.5K 第四章 1.某原料氣組成如下：組分CH 4 C 2H C3H8i-C,H。n-CdHw i-C 5H12 n

22、-C5H2n-C6Hmy。(摩爾分率)0.7650.045 0.0350.025 0.045 0.0150.025 0.045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(jìn)行吸收，平均吸收溫度為 38 C,壓力為1.013Mpa,如果要求將i-C出°回收90% 試求：(1) 為完成此吸收任務(wù)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(shí)，為完成此吸收任務(wù)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(jì)算：在最小液氣比下 Nr0 , A關(guān)=中關(guān)(LV)mn = gA關(guān)=0.56 x 0.85=0.476(2)理論板

23、數(shù)的計(jì)算：操作液氣比 % =1.2(LV)min =1.2 x 0.476=0.5712尾氣的數(shù)量和組成計(jì)算：A L非關(guān)鍵組分的i - VKiA： 1 - A十_ i = aN 11吸收率Ai一 1被吸收白量為Vn書*,塔頂尾氣數(shù)量vN-(1-Q)=vi塔頂組成y1i =%按上述各式計(jì)算，將結(jié)果列于下表組分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合計(jì)100.0-19.81080.190(4)塔底的吸收量Ln塔內(nèi)氣體平均流率:100 80.37v = 90.185Kmol/hL均=L0 +Ln =(上)v均=0.5712M 90.185 = 51.514塔內(nèi)液體平均流率：2 V而Vn書+L0+ Ln ,即 100+Lo=80.37+Ln聯(lián)立求解得 Ln =61.