化工分離過(guò)程課后答案劉家祺

1、(3)設(shè)計(jì)變量數(shù)Ni;(4)固疋和可調(diào)設(shè)計(jì)變量數(shù)Nx(5)對(duì)典型的絕熱閃蒸過(guò)程，你薦規(guī)定哪些變量？第一章1.列出5種使用ESA和5種使用MSA的分離操作。答：屬于ESA分離操作的有精餾、萃取精餾、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精餾。屬于MSA分離操作的有萃取精餾、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：n =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 g/cm3的海水中制取純水，M=，操作溫度 為298K。問反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應(yīng)為多少 kPa?答：滲透壓 n =RTC/M=X 298X =。所以反滲透膜兩側(cè)的

2、最小壓差應(yīng)為。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；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C個(gè)1個(gè)平衡溫度等式1個(gè)平衡壓力等式 共2C+3個(gè) 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+3個(gè)可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na= 0Na ;將推解:(1) Nv = 3 ( c+2 )(2) Nc 物c相c內(nèi)在(P, T) 2Nc = 2c+3(3)Ni = Nv-Nc = c+3(

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(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+3個(gè)可調(diào)設(shè)計(jì)變量Na：有011.滿足下列要求而設(shè)計(jì)再沸汽提塔見附圖，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+2壓力9c+1仁7+11=18Nau串級(jí)單元1傳熱1合計(jì)2NVU = Nxu+Nau = 20附加變量：總理論

4、板數(shù)。進(jìn)料，227K，2068kPa組分N2C2C3C4C5C6習(xí)題6附圖塔頂產(chǎn)物皆塔底產(chǎn)物（見附圖），試問圖中所注設(shè)計(jì)變量16.采用單個(gè)精餾塔分離一個(gè)三組分混合物為三個(gè)產(chǎn)品能否使問題有唯一解？如果不，你認(rèn)為還應(yīng)規(guī)定哪個(gè)（些）設(shè)計(jì)變量解：NxU進(jìn)料c+2壓力40+1+1c+44 = 473+1+1+2 = 7Kmol/h1.054.467.6141.154.756.033.3sPi156.24kPaKiKiyi1.553 可得T367.78K重復(fù)上述步驟：K11.553； K20.6284K30.2667y1 0.7765； y?0.1511y30.066675yi1.0003Nvu = 54

5、設(shè)計(jì)變量：回流比，餾出液流率第二章4一液體混合物的組成為：苯；甲苯；對(duì)二甲苯(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:ssP263.28kPa； P326.88kPa由式(2-36)得:K11.562；K20.633； K30.269y10.781；y20.158；y30.067；yi1.006由于yi ，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:在溫度為時(shí)，存在與之平衡的汽相，組成為：苯、甲苯、對(duì)二甲苯(2)用相對(duì)揮發(fā)度法：設(shè)溫度為368K

6、，取對(duì)二甲苯為相對(duì)組分。計(jì)算相對(duì)揮發(fā)度的：135.807；232.353；331.000組分i苯甲苯(2)對(duì)二甲苯(3)sln P211.05 ;4P26.281 10 PaIn P3s10.19 ；P3s 2.6654 104 PaK2 =故泡點(diǎn)溫度為C,且y11.552 0.50.776 ；135.807232.35333y22.353 0.253.740.1577y31 0.253.740.067解2:(1)平衡常數(shù)法。假設(shè)為完全理想系。設(shè)t=95C苯：lnRs20.79362788.5/(95 273.15 52.36)11.96 ；甲苯：lnP2s20.90653096.52 /(9

7、5 273.1553.67)11.06 ；對(duì)二甲苯：lnP3s20.98913346.65/(95273.1557.84)10.204 ；K1 P1)P 1.569 10X5 1.569; K2P% 0.6358選苯為參考組分： g 56%011 1.552 ；解得T2=Cy20.6281 0.25 0.157; y3 0.2665 0.25 0.067(2)相對(duì)揮發(fā)度法設(shè) t=95C，同上求得 K1 = , K2 = , K3 =故泡點(diǎn)溫度為95C，且y15.807 0.50.776 ；3.7411.組成為60%(mol)苯，25%甲苯和15%對(duì)二甲苯的100kmol液體混合物，在和100C

8、 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 20.79362788.51 T 52.36179.315kPa甲苯：ln P2S20.9065 3096.52 T 53.67 P, 73.834kPaSP331.895kPa對(duì)二甲苯：lnP3S 20.981 3346.65 T 57.84計(jì)算混合組分的泡點(diǎn)TBTB=計(jì)算混合組分的露點(diǎn)TDTD=此時(shí)：X1 = , X2= , X3= , L=；yi= , y2=, y3=, V=。12.用圖中所示系統(tǒng)冷卻反應(yīng)器出來(lái)的物料，并 從較重?zé)N中分離輕質(zhì)氣體。計(jì)算離開閃蒸罐的 蒸

9、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；甲烷-10；苯；甲苯 解：以氫為1,甲烷為2,苯為3,甲苯為4?？傔M(jìn)料量為F=460kmol/h，乙 0.4348 z20.4348 Z30.1087 乙? ? ?又 0=80，K2=10，K3=，K4=由式(2-72)試差可得：屮二，由式(2-68)計(jì)算得：y仁，y2=，y3=， y4=; V=h。14.在下，對(duì)組成為45%(摩爾)正己烷，25%正庚烷及30%正辛烷的混合物。求泡點(diǎn)和露點(diǎn)溫度將此混合物在下進(jìn)行閃蒸，使進(jìn)料的 50%汽化。求閃蒸溫度，兩相的組成。 解：因?yàn)楦鹘M分都是烷烴，所以汽

10、、液相均可看成理想溶液，KI只取決于溫度和壓力，可使用烴類的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=100C。由式(2-76)求 T的初值為93C，查圖求KI組分正己烷正庚烷正辛烷ZiK所以閃蒸溫度為93C。由式(2-77)、(2-68)計(jì)算得:XC6=，XC7=，XC8=12 =mol，12 =mol，12 =。試確定yC6= , 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.在壓力下氯仿 -甲醇(2)系統(tǒng)的NRTL參數(shù)為:共沸溫度和共沸組成。安托尼方程(PS :Pa； T: K)氯仿：InP1S20 . 8

11、6602696 . 79(丁46. 16)甲醇：ln23.48033626 . 55(34. 29)則lnRS20. 86602696 . 79 (326. 6546. 16)RS =P2S =由Gjexpij ij)，ij = jiG12exp1212) =exp (0. 38. 9665 )=G21exp2121) =exp (0. 30. 8365 )=(1X1)220.8365)1.2852X1(1 X2) 1.285228. 96650. 06788(1xj0.06788X12(1X1)21. 3817(1. 28520.2852X1)0.6086(10. 93212x1)2=X12

12、=x 11. 075078.96650.06788 2(1X10. 06788 X1)20. 83651.2852X11. 2852 (1 X1)20. 04131(10. 93212 x1)2(1.28520. 2852x1)2求得x 1 =ln1 -lnP1S2 = ln S = ln2 P2S76990 . 164595 . 6 =0. 3276990. 11.20920. 68 64595.60. 897120. 86602696.79(333.1546. 16)SSP1 =P2 =ln 1 -l n2 = lnP1SP2S=ln 95721 . 984599 . 9則1n T20.

13、86602696.79 (329.1546. 16)SSP-1 =P2 =ln 1 -ln2 = lnP1SP2S=ln83815 . 271759當(dāng)ln 1 -ln2 =時(shí)求得X1=0. 3083815.21. 10990. 7071759. 30. 9500某1、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為ln 1Ax； ln2AXr端值常數(shù)與溫度的關(guān)系：A=(T,K)蒸汽壓方程為InPS16.08264050InP2S16.35264050(P：kPa： T:K)假設(shè)汽相是理想氣體, 試問時(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=ln P1S16.08264050350 ；P1

14、S = kPaSln F216.35264050350 ；P，= kPa因?yàn)樵诤惴悬c(diǎn)1” 由 122P2S解得：Xl = X2 二20.3009 0.0513 ；7In 1In 20.30090.94872 ；71 =2 =P=i xi Fi =99.75 kPa設(shè)T為340KS4050In RS16.0826 S則A=340 ； P1 =kPa4050In P2S*16.3526S340 ； P2=kPapSIn 各 A(12X1),64.7695 In0.3434(1 2x1)由P284.8458解得：X1 =X2 =In i0.34340.10692 ；1 =In 20.34340.89

15、312 ；72 =SP=i xi Fi =99.75 kPa設(shè)T為352K4050In P1S16.0826S則A=352 ； P=kPa4050In F2S16.3526、S352 ; P2 = kPapSIn 點(diǎn) A Cl2X1)In97*21430.2924(1 2x1)由B7127.3473xi =X2= =In 10.29240.03832 ；1 =In 20.29240.96172 ；72 =被吸收的量為SP= iXiP =99.75 kPa說(shuō)明系統(tǒng)形成共沸物，其共沸溫度為 352K。p2S/s 99.1V131判斷 A5-6738,而 1=, 2 =? 故形成最低沸點(diǎn)恒沸物，恒沸

16、物溫度為。?第四章? 1.某原料氣組成如下：組分CH4C2H6 C3H8 i-C4Hio n-C4H10 i-C5Hi2 n-C5Hi2 n-C6Hi4yo(摩爾分率)先擬用不揮發(fā)的烴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38C，壓力為，如果要求將i-C4H10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 NH，A關(guān)=關(guān)(/V)minK 關(guān)A關(guān)=(2)理論板數(shù)的計(jì)算：操作液氣比Lv 1.2( Lv

17、 )min =尾氣的數(shù)量和組成計(jì)算:非關(guān)鍵組分的AN 1i吸收率VN 1 i，塔頂尾氣數(shù)量VN 1 (1 i) vi塔頂組成y1i V按上述各式計(jì)算，將結(jié)果列于下表(3)它組分吸收率公式 AiA關(guān)=中關(guān)=A關(guān)=所以理論板數(shù)為典N 1典LA AVKi， i AN 11組分Kmol/hKCHCHC3H8i-C 4H10n-C4H10i-C 5H12n-C5H12n-C6H14合計(jì)-(4)塔底的吸收量LN10080.37v90.185塔內(nèi)氣體平均流率：2Kmol/h.LOLNL均L) V均 0.5712 90.185 51.514塔內(nèi)液體平均流率：2V而VN 1Lo Vi LN，即 IOO+LO=+LN聯(lián)立求解得LN =h. Lo=h解2:由題意知，i-C4Hio為關(guān)鍵組分 由 P=, t 平=38 C 查得K關(guān)=(P