化工分離工程習(xí)題答案-劉家祺(word文檔良心出品)

分離工程習(xí)題第一章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?。p溶劑）、吸收、吸附。5.海水的滲透壓由下式近似計算：π=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0.035g/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(cè)的最小壓差應(yīng)為多少kPa?答：滲透壓π=RTC/M＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa。所以反滲透膜兩側(cè)的最小壓差應(yīng)為2.753kPa。9.假定有一絕熱平衡閃蒸過程，所有變量表示在所附簡圖中。求：（1）總變更量數(shù)Nv;（2）有關(guān)變更量的獨立方程數(shù)Nc；（3）設(shè)計變量數(shù)Ni;V,yi,Tv,Pv（4）固定和可調(diào)設(shè)計變量數(shù)Nx,Na；FTPzi（5）對典型的絕熱閃蒸過程，你V-2FF將推薦規(guī)定哪些變量？1：L,x,T,PLiL3股物流均視為單相物流，總變量數(shù)Nv=3(C+2)=3c+6習(xí)題5附圖獨立方程數(shù)Nc物料衡算式C個1個C個熱量衡算式相平衡組成關(guān)系式1個平衡溫度等式1個平衡壓力等式共2C+3個故設(shè)計變量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定設(shè)計變量Nx＝C+2,加上節(jié)流后的壓力，共C+3個可調(diào)設(shè)計變量Na＝0解：（1）Nv=3(c+2)（2）Nc物能c1相c內(nèi)在(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(shè)計變量數(shù)Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定設(shè)計變量Nx:有C+2個加上節(jié)流后的壓力共C+3個可調(diào)設(shè)計變量Na：有011.滿足下列要求而設(shè)計再沸汽提塔見附圖，求：（1）設(shè)計變更量數(shù)是多少？塔頂產(chǎn)物進(jìn)料，227K，2068kPa（2）如果有，請指出哪些附加變9Kmol/h1.0組分N212345654.467.6141.154.756.033.3量需要規(guī)定？CCCCCC解：N進(jìn)料c+2ux2壓力9c+11=7+11=18塔底產(chǎn)物N串級單元1u習(xí)題6附圖a傳熱1合計2NVU=Nxu+Nau=20附加變量：總理論板數(shù)。16.采用單個精餾塔分離一個三組分混合物為三個產(chǎn)品(見附圖),試問圖中所注設(shè)計變量能否使問題有唯一解?如果不,你認(rèn)為還應(yīng)規(guī)定哪個(些)設(shè)計變量?解:N進(jìn)料c+2UX壓力40+1+1c+44=47N3+1+1+2=7uaNvu=54設(shè)計變量：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(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：Ps156.24kPa；Ps63.28kPa；Ps26.88kPa123由式(2-36)得：K1.5621；K0.6332；K0.2693y0.7811；y0.1582；y0.067；3y1.006i由于>1.001，表明所設(shè)溫度偏高。yi由題意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得：KK'11.553可得T'367.78K1yi重復(fù)上述步驟：K'1.553；K10.6284；K'0.26673'2y'0.7765；y0.1511；y0.066675；y1.0003i'2'31在溫度為367.78K時，存在與之平衡的汽相，組成為：苯0.7765、甲苯0.1511、對二甲苯0.066675。(2)用相對揮發(fā)度法：設(shè)溫度為368K，取對二甲苯為相對組分。計算相對揮發(fā)度的：335.807；2.353；1.0001323組分i苯(1)甲苯(2)對二甲苯(3)0.500.255.8072.3532.90350.58830.251.0000.25001.000xiijx3.74181.0000ijixijix0.77600.15720.0668iji解2：(1)平衡常數(shù)法。假設(shè)為完全理想系。設(shè)t=95℃苯：lnPs20.79362788.5/(95273.1552.36)11.96；11.569105PaPs1甲苯：lnPs20.90653096.52/(95273.1553.67)11.06；26.358104PPas2lnP20.98913346.65/(95273.1557.84)10.204；對二甲苯：s32.702104PPas31.569105105PPK1s11.569；K20.6358s2PPKPsP0.270233Kx1.5960.50.27020.250.63580.251.011ii選苯為參考組分：K1.5691.0111.552；解得T=94.61℃212lnPs11.05；Ps6.281104Pa22lnPs10.19；Ps2.6654104Pa33=0.6281K=0.26653K2Kx1.5520.50.62810.250.26650.250.99971ii故泡點溫度為94.61℃，且y11.5520.50.776；y0.62810.250.1572；y0.26650.250.0673(2)相對揮發(fā)度法設(shè)t=95℃，同上求得=1.569，K=0.6358，K=0.2702K1235.807，2.353，1132333x5.8070.52.3530.2510.253.74iix5.8070.52.3530.2510.251.0yiix3.743.743.74iii故泡點溫度為95℃，且y5.8070.50.776；3.741y2.3530.250.157y10.250.0673.743.742；311.組成為60%(mol)苯，25%甲苯和15%對二甲苯的100kmol液體混合物，在101.3kPa和100℃下閃蒸。試計算液體和氣體產(chǎn)物的量和組成。假設(shè)該物系為理想溶液。用安托尼方程計算蒸氣壓。解：在373K下苯：lnPS20.79362788.51T52.36PS179.315kPa11K1.771甲苯：lnPS20.90653096.52T53.67PS73.834kPa22K0.7292P20.9813346.65T57.84PS31.895kPa對二甲苯：lnS33K0.3153計算混合組分的泡點TBTB=364.076K計算混合組分的露點TDTD=377.83K373364.076377.83364.0760.6511zKif0.040443i1K111i1zKi2f'0.414i1K1121if0.74771f'211f0.002402此時：x=0.381，x=0.31352，x=0.30743，L=74.77kmol；y=0.67261，y=0.22852，y=0.09683，V=25.23kmol。12.用圖中所示系統(tǒng)冷卻反應(yīng)器出來的物料，并從較重?zé)N中分離輕質(zhì)氣體。計算離開閃蒸罐的蒸汽組成和流率。從反應(yīng)器出來的物料溫度811K，組的K值：氫-80；甲成如下表。閃蒸罐操作條件下各組分烷-10；苯-0.01；甲苯-0.004組分流率，mol/h解：以氫為1，甲烷為2，苯為3，甲苯為4。氫200甲烷200苯50甲苯10總進(jìn)料量為F=460kmol/h，z0.4348z0.4348z0.10873z0.0217，4，，12又K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004由式(2-72)試差可得：Ψ=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%正庚烷及30%正辛烷的混合物。⑴求泡點和露點溫度⑵將此混合物在101.3kPa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：⑴因為各組分都是烷烴，所以汽、液相均可看成理想溶液，K只取決于溫I度和壓力，可使用烴類的P-T-K圖。泡點溫度計算得：T=86℃。B露點溫度計算得：T=100℃。D⑵由式(2-76)求T的初值為93℃，查圖求KI組分正己烷正庚烷正辛烷ziKi0.451.920.250.880.300.41K1z0.2836-0.0319-0.2511ii1K1iK1z0.00060ii1K1i所以閃蒸溫度為93℃。由式(2-77)、(2-68)計算得：xC6=0.308，xC7=0.266，xC8=0.426yC6=0.591，yC7=0.234，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.在101.3Kpa壓力下氯仿(1)-甲醇(2)系統(tǒng)的NRTL參數(shù)為：=8.9665J/mol，1212=-0.83665J/mol，=0.3。試確定共沸溫度和共沸組成。12安托尼方程(PS：Pa；T：K)2696.79氯仿：lnPS20.8660（T46.16）3626.551甲醇：lnPS23.48032（T34.29）解：設(shè)T為53.5℃2696.79則lnPS20.86601（326.6546.16）3626.55lnPS23.48032（326.6534.29）=76990.1=64595.6PS2PS1exp（，=由G）ijijijijjiGexp（）exp（0.38.9665=）=0.06788121212Gexp（）exp（0.30.8365=）=1.28522121212G1212G22121lnx（xxG）2（xxG）122122121128.96650.06788（0.8365）1.28522（）=1x2（）（）[x1x1.2852]2[1x0.06788x]1212111.38170.608610.93212=（1x）x）（21.28520.2852（x）122112GG21212lnx（xxG）2（xxG）2121212211212218.96650.0678820.83651.2852=x2（1x0.06788x）x1.28521（x）[]12211110.041311.075071.28520.2852x）（x）=x2（10.9321212211=ln=ln6746599950..61=0.1755PS-1lnln1P2S2求得=0.321=1.2092=0.8971x12SSSxPxPxPiii111222=0.3276990.11.20920.6864595.60.8971=69195.98Pa101.3kPa設(shè)T為60℃2696.79則lnPS20.8660（333.1546.16）3626.551lnPS23.48032（333.1534.29）=95721.9=84599.9PS2PS1P95721.9=0.123584599.9S-1=ln=lnlnln1P2S2設(shè)T為56℃2696.79則lnPS20.8660（329.1546.16）13626.55lnPS23.48032（329.1534.29）S=83815.2S=71759.3P2P1P83815.2=0.155371759.3S1S2-=ln=lnlnlnP12當(dāng)-=0.1553時求得=0.30=1.10991=0.95002lnlnx112SxPxPSxPSiii111222=0.3083815.21.10990.7071759.30.9500=75627.8Pa101.3kPalnAxlnAx14.某1、2兩組分構(gòu)成二元系，活度系數(shù)方程為，12，端2212值常數(shù)與溫度的關(guān)系：A=1.7884-4.2510-3T(T，K)4050lnPS16.08261蒸汽壓方程為T4050lnPS16.35262T(P：kPa：T：K)假設(shè)汽相是理想氣體，試問99.75Kpa時①系統(tǒng)是否形成共沸物？②共沸溫度是多少？T為350K則A=1.7884-4.2510-3350=1.7884-1.4875=0.3009解：設(shè)lnPS16.08264050350；PS1=91.0284kPa1lnPS16.35264050350PS；2=119.2439kPa2因為在恒沸點PSPS1P12111PS222S由得21PS2ln1lnlnlnA（x2x2）A（12x）1P1211S22ln91.02840.300（912x）119.24391解得：x1=0.9487x2=0.0513ln0.30090.05132；1=1.00081ln0.30090.94872；2=1.31102xPSP==1.00080.948791.0284+1.31100.0513119.2439iii=95.069299.75kPa設(shè)T為340K則A=1.7884-4.2510-3340=0.34344050lnPS16.08261340P1；S=64.7695kPa4050340lnPS16.35262P2；S=84.8458kPaPln64.76950.343（412x）SlnA（12x）；1P184.8458S1由2解得：x1=0.8931x2=1-0.8931=0.1069ln0.34340.10692；1=1.00391ln0.34340.89312；2=1.31512xPSP==1.00390.893164.7695+1.31510.106984.8458iii=69.999299.75kPa設(shè)T為352K則A=1.7884-4.2510-3352=0.29244050lnPS16.08261352PS=97.2143kPa；14050352lnPS16.35262P；=127.3473kPaS2P97.2143SlnA（12x）ln127.34730.292（412x）11P1由S；2x1=0.9617x2=1-0.9617=0.0383ln0.29240.03832；1=1.00041ln0.29240.96172；2=1.31052xPSP==1.00040.961797.2143+1.31050.0383127.3473iii=99.920299.75kPa說明系統(tǒng)形成共沸物，其共沸溫度為352K。PS99.1375.67381.31，而1=1.313，2=1.0022判斷PS1PSPS212PPPS,2，1，且S1故形成最低沸點恒沸物，恒沸物溫度為344.5K。第四章1.某原料氣組成如下：組分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12n-C6H14y(摩爾分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.0450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38℃，壓力為1.013Mpa，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1.1倍時，為完成此吸收任務(wù)所需理論板數(shù)。(3)(4)各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成。求塔底的吸收液量解：(1)最小液氣比的計算：下N=∞，A==0.0.85在最小液氣比關(guān)關(guān)（LV）KA=0.560.85=0.476min關(guān)關(guān)(2)理論板數(shù)的計算：L1.（2L）=1.20.476=0.5712操作液氣比VVminL0.57121.020.56關(guān)A關(guān)KV關(guān)log（1A）log（1.020.85）10.8515.32N1logA(3)尾氣的數(shù)量和組成計算：Alog1.02LVK非關(guān)鍵組i分的iAA1N1iN1ii吸收率Av(1)vN1iiv被吸收的量為i，塔頂尾氣數(shù)量N1v塔頂組成iVy1i按上述各式計算，將結(jié)果列于下表i組分vN1KivN1viyiAiiKmol/hCH42.517.40.0330.0322.52473.980.9203.750.1520.1520.6843.8160.047C2H6C3H8i-C4H101.30.4390.4361.5261.9740.0250.561.020.852.1250.3750.00470.41.4280.954.2750.2250.0028n-C4H104.5i-C5H71.001.5000.00.1443.971.002.5000.00.05610.21.004.5000.00.00.00.0n-C5H122.5n-C6H144.5合計100.0---19.81080.190(4)塔底的吸收量LNv10080.3790.1852塔內(nèi)氣體平均流率：Kmol/hLLL（）V0.571290.18551.514V均L0N2塔內(nèi)液體平均流率：均VLVL而N，即100+L0=80.37+LNN101聯(lián)立求解得L=61.33Kmol/h.L