化工分离过程_课后习题答案.pdf

化学工程与工艺教学改革系列参考书化学工程与工艺教学改革系列参考书 分分分分离离离离过过过过程程程程例例例例题题题题与与与与习习习习题题题题集集集集 叶庆国叶庆国 钟立梅钟立梅 主编主编 化工学院化学工程教研室 化工学院化学工程教研室 前前 言言 化学工程与工艺专业所在的化学工程与技术一级学科属于山东省“重中之重”学科，一直处于山东省领先地位，而分离工程是该专业二门重要的必修专业课程之一。该课程利用物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等基础基础知识中有关相平衡热力学、动力学、分子及共聚集状态的微观机理，传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系分离和提纯技术。传统的教学方法的突出的弊端就是手工计算工程量大，而且结果不准确。同时由于现代化化学工业日趋集成化、自动化、连续化，学生能学到的东西越来越少。所以，传统的教学模式不能满足现代化工业生产对高水平工业工程师的需求，开展分离工程课程教学方法与教学手段课题的研究与实践，对我们的学生能否承担起现代化学工业的重任，与该课程的教学质量关系重大，因此对该门课程进行教学改革具有深远意义。分离工程课程的改革主要包括多媒体辅助教学课件的开发、分离工程例题与习题集、分离工程试题库的编写等工作。目前全国各高校化学工程与工艺专业使用的教材一般均为由化学工程与工艺专业委员会组织编写的化工分离过程(陈洪钫主编，化学工业出版社)，其他类似的教材已出版了十余部。这些教材有些还未配习题，即便有习题，也无参考答案，而至今没有一本与该课程相关的例题与习题集的出版。因此编写这样一本学习参考书，既能发挥我校优势，又符合形势需要，填补参考书空白，具有良好的应用前景。分离工程学习指导和习题集与课程内容紧密结合，习题贯穿目前已出版的相关教材，有解题过程和答案，部分题目提供多种解题思路及解题过程，为学生的课堂以及课后学习提供了有力指导。编者 2006 年 3 月 目录目录 第一章 绪论.1 第二章 单级平衡过程.5 第三章 多组分精馏和特殊精馏.18 第四章 气体吸收.23 第五章 液液萃取.26 第六章 多组分多级分离的严格计算.27 第七章 吸附.33 第八章 结晶.34 第九章 膜分离.35 第十章 分离过程与设备的选择与放大.36 1 第一章 第一章 绪论绪论 1.列出 5 种使用 ESA 和 5 种使用 MSA 的分离操作。答：属于 ESA 分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。属于 MSA 分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。2.比较使用 ESA 与 MSA 分离方法的优缺点。答：当被分离组分间相对挥发度很小，必须采用具有大量塔板数的精馏塔才能分离时，就要考虑采用萃取精馏（MSA），但萃取精馏需要加入大量萃取剂，萃取剂的分离比较困难，需要消耗较多能量，因此，分离混合物优先选择能量媒介(ESA)方法。3.气体分离与渗透蒸发这两种膜分离过程有何区别？答：气体分离与渗透蒸发式两种正在开发应用中的膜技术。气体分离更成熟些，渗透蒸发是有相变的膜分离过程，利用混合液体中不同组分在膜中溶解与扩散性能的差别而实现分离。4.海水的渗透压由下式近似计算：=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/cm3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=RTC/M8.3142980.035/31.5=2.753kPa。所以反渗透膜两侧的最小压差应为 2.753kPa。5.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；（3）设计变量数 Ni;（4）固定和可调设计变量数 Nx,Na；（5）对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？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 V-2FziTFPFV,yi,Tv,PvL,xi,TL,PL习题5附图 2 热量衡算式1个 相平衡组成关系式C个 1个平衡温度等式 1个平衡压力等式 共2C+3个 故设计变量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3 固定设计变量NxC+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na0 解：（1）Nv=3(c+2)（2）Nc 物 c 能 1 相 c 内在(P，T)2 Nc=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：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+3个 可调设计变量 Na：有 0 6.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，请指出哪些附加变量需要规定？解：Nxu 进料 c+2 压力 9 c+11=7+11=18 Nau 串级单元 1 传热 1 合计 2 进料，227K，2068kPa 组分N2C1C2C3C4C5C6Kmol/h1.054.467.6141.154.756.033.3塔顶产物塔底产物92习题6附图 3 NVU=Nxu+Nau=20 附加变量：总理论板数。7.附图为热藕合精馏系统，进料为三组分混合物，采出三个产品。确定该系统：（1）设计变量数;（2）指定一组合理的设计变量。解:Nxu 压力 N+M+1+1 进料 c+2 合计 N+M+c+4 (c=3)Nau 串级 6 分配器 1 侧线 3 传热 2 10 Nvu=N+M+3+4=N+M+19 8.利用如附图所示的系统将某混合物分离成三个产品。试确定：（1）固定设计变量数和可调设计变量数;（2）指定一组合理的设计变更量 解:Nxu 进料 c+2 压力 N+M+1+1+1 c+N+M+5 Nau 串级 4 分配 1 侧线 1 传热 4 10 V-1E-1V-2E-2TaPaTbPb尾气吸收塔蒸出塔加热器换热器泵冷却器V-3水蒸气CO2+蒸汽习题7附图M2液汽汽液进料全凝器产品1产品2再沸器产品3习题14附图 4 9.采用单个精馏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:NXU 进料 c+2 压力 40+1+1 c+44=47 Nau 3+1+1+2=7 Nvu=54 设计变量：回流比，馏出液流率。2全凝器再沸器V-1FSN进料冷却器产品1产品2产品32M阀习题8附图2V-1140kPa99.95%(mol)苯87.2 kmol/h含进料中苯的1%204kPa2001140kPa阀Kmol/h苯 261.5甲苯 84.6联苯 5.1204010习题9附图 5 第二章 第二章 单级平衡过程单级平衡过程 1.计算在 0.1013MPa 和 378.47K 下苯(1)-甲苯(2)-对二甲苯(3)三元系，当x1=0.3125，x2=0.2978，x3=0.3897 时的 K 值。汽相为理想气体，液相为非理想溶液。并与完全理想系的 K 值比较。已知三个二元系的 Wilson方程参数。83.977;33.103522121112 15.4422223 ;05.4603323 14.15101113;81.16423313 (单位：J/mol)在 T=378.47K 时液相摩尔体积为：k m o lmvL3311091.100 ；321055.117Lv ；331069.136Lv 安托尼公式为：苯：36.5251.27887936.20ln1TPs；甲苯：67.5352.30969065.20ln2TPs；对二甲苯：84.5765.33469891.20ln3TPs；(KTPaPs:;:)解 1：由 Wilson参数方程RTvviiijLiLjijexp RTvvLL11121212exp 47.378314.833.1035exp1091.1001055.11733 =1.619 RTvvLL22212121exp 47.378314.883.977exp1055.1171091.10033 =0.629 同理：838.013 ；244.131 010.123 ；995.032 由 Wilson方程kjjkjkkijjijixxxln1ln：9184.01 ；9718.02 ；9930.03 6 根据安托尼方程：M P aPs2 07 5.01 ；PaPs4210693.8 ；PaPs4310823.3 由式(2-38)计算得：88.11K ；834.02K ；375.03K 如视为完全理想系，根据式(2-36)计算得：048.21K；858.02K ；377.03K 解 2：在 T=378.47K 下 苯：)36.5247.378/(5.27887936.20ln1sP；sP1=207.48Kpa 甲苯：)67.5347.378/(52.30969065.20ln2sP；sP2=86.93Kpa 对二甲苯：)84.5747.378/(65.33469891.20ln3sP；sP3=38.23Kpa Wilson方程参数求取 854.0)47.378314.883.977exp(1091.1001055.117)exp(3322121221RTvvLL 7472.0)47.378314.815.442exp(1069.1361055.117)exp(3322233223RTvvLL 346.1)47.378314.805.460exp(1055.1171069.136)exp(3333232332RTvvLL 457.0)47.378314.814.1510exp(1091.1001069.136)exp(3311132113RTvvLL 283.2)47.378314.881.1642exp(1091.1001069.136)exp(3333131331RTvvLL 313121211122133112213321 1223331 13223ln1 ln()()0.31251 ln(0.3125 1.193 0.2978 0.457 0.3897)(0.3125 1.193 0.2978 0.457 0.38970.854 0.29780.854 0.3125 0.2978 0.74xxxrxxxxxxxxxxxx 2.283 0.3897)720.38972.283 0.3125 1.346 0.2978 0.38970.09076 1r=0.9132 193.1)47.378314.833.1035exp(1055.1171091.100)exp(3311122112RTvvLL 7 323112221212323112213321122333113223ln1 ln()()0.2125 1.1931 ln(0.3125 0.8540.29780.7472 0.3897)(0.3125 1.193 0.29780.457 0.38970.29780.854 0.31250.29780.7xxxrxxxxxxxxxxxx 0.3897 1.346)4720.38972.283 0.3125 1.346 0.29780.38970.0188 2r=1.019 113232331312233112213321122333113223ln1 ln()()0.3125 0.4571 ln(0.3125 0.4570.2987 1.3460.3897)(0.3125 1.193 0.29780.457 0.38970.7472 0.29780.854 0.31250.297xxxrxxxxxxxxxxxx 0.3897)80.74720.38972.283 0.3125 1.346 0.29780.38970.2431 3r=1.2752 故 87.13.10148.2079132.0111PPrKs 8744.03.10193.86019.1222PPrKs 4813.03.10123.382752.1333PPrKs 而完全理想系：048.23.10148.20711PPKs 8581.03.10193.8622PPKs 3774.03.10123.3833PPKs 2.一液体混合物的组成为：苯 0.50；甲苯 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：k P aPs24.1561 ；kPaPs28.632 ；kPaPs88.263 由式(2-36)得：562.11K ；633.02K ；269.03K 781.01y ；158.02y ；067.03y ；006.1iy 8 由于iy1.001，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：5 5 3.111iyKK 可得KT78.367 重复上述步骤：553.11K ；6284.02K ；2667.03K 7765.01y ；1511.02y ；066675.03y ；0003.1iy 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：5.8 0 7 13 ；2.353 23 ；000.133 组分 i 苯(1)甲苯(2)对二甲苯(3)ix 0.50 0.25 0.25 1.000 ij 5.807 2.353 1.000 iijx 2.9035 0.5883 0.2500 3.7418 iijiijxx 0.7760 0.1572 0.0668 1.0000 解 2：(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设 t=95 苯：96.11)36.5215.27395/(5.27887936.20ln1sP；PaPs5110569.1 甲苯：06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln2sP；PaPs4210358.6 对二甲苯：204.10)84.5715.27395/(65.33469891.20ln3sP；PaPs4310702.2 569.11010569.15511PPKs；6358.022PPKs 2702.033PPKs 011.125.06358.025.02702.05.0596.1iixK 选苯为参考组分：552.1011.1569.112K；解得 T2=94.61 05.11ln2sP；PaPs4210281.6 19.10ln3sP；PaPs43106654.2 2K=0.6281 3K=0.2665 9 19997.025.02665.025.06281.05.0552.1iixK 故泡点温度为 94.61，且776.05.0552.11y；157.025.06281.02y；067.025.02665.03y(2)相对挥发度法 设 t=95，同上求得1K=1.569，2K=0.6358，3K=0.2702 807.513，353.223，133 74.325.0125.0353.25.0807.5iix 0.174.325.0174.325.0353.274.35.0807.5iiiiixxy 故泡点温度为 95，且776.074.35.0807.51y；157.074.325.0353.22y；067.074.325.013y 3.一烃类混合物含甲烷 5%(mol)，乙烷 10%，丙烷 30%及异丁烷 55%，试求混合物在 25时的泡点压力和露点压力。解 1：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可以看成理想溶液，iK值只取决于温度和压力。可使用烃类的 P-T-K 图。泡点压力的计算：75348 假设 P=2.0MPa，因 T=25，查图求iK 组分 i 甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)ix 0.05 0.10 0.30 0.55 1.00 iK 8.5 1.8 0.57 0.26 iiixKy 0.425 0.18 0.171 0.143 0.919 iixK=0.9191，说明所设压力偏高，重设 P=1.8MPa 组分 i 甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)ix 0.05 0.10 0.30 0.55 1.00 iK 9.4 1.95 0.62 0.28 iiixKy 0.47 0.195 0.186 0.154 1.005 iixK=1.0051，故泡点压力为 1.8MPa。露点压力的计算：假设 P=0.6MPa，因 T=25,查图求iK 组分 i 甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)iy 0.05 0.10 0.30 0.55 1.00 iK 26.0 5.0 1.6 0.64 10 iiiKyx 0.0019 0.02 0.1875 0.8594 1.0688 iiKy=1.06881.00，说明压力偏高，重设 P=0.56MPa。组分 i 甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)iy 0.05 0.10 0.30 0.55 1.00 iK 27.8 5.38 1.69 0.68 iiiKyx 0.0018 0.0186 0.1775 0.8088 1.006 iiKy=1.0061，故露点压力为 0.56MPa。解 2：(1)求泡点压力：设 P1=1000KPa，由 25，1000KPa，查 P-T-K 列线图得iK 1K=16.5 2K=3.2 3K=1.0 4K=0.43 所以168.143.055.00.13.02.31.05.1605.0iy 选异丁烷为参考组分 282.0907.0256.04243iyKK，查得 P=1771KPa 在此条件下求得iy=1.021，继续调整 279.002.1282.04344iyKK，查得 P=1800KPa 求得：1001.1iy，故混合物在 25的泡点压力为 1800KPa 序号 组分 ix 1000KPa 2000KPa 1770KPa 1800KPa iK iy iK iy iK iy iK iy 1 甲烷 0.05 16.5 0.825 8.4 0.42 9.6 0.48 9.4 0.47 2 乙烷 0.10 3.2 0.32 1.75 0.175 1.95 0.195 1.92 0.192 3 丙烷 0.30 1.0 0.30 0.57 0.171 0.63 0.189 0.62 0.186 4 异丁烷 0.55 0.43 0.24 0.256 0.141 0.285 0.157 0.279 0.153 1.00 1.68 0.907 1.001(2)求露点压力 设 P1=1000KPa，由 25，1000KPa，查 P-T-K 列线图得iK 1K=16.5 2K=3.2 3K=1.0 4K=0.43 所以614.143.055.02.310.05.1605.0iiiKyx 选异丁烷为参考组分 694.0614.143.04142ixKK 由 25，42K=0.694 查得 P=560KPa，查得各组分的iK值 11 求得1990.0ix故混合物在 25时的露点压力为 560KPa 序号 组成 组成 1000KPa 560KPa iK ix iK ix 1 甲烷 0.05 16.5 0.003 27.5 0.002 2 乙烷 0.10 3.2 0.031 5.20 0.019 3 丙烷 0.30 1.0 0.30 1.70 0.176 4 异丁烷 0.55 0.43 1.28 0.694 0.793 1.614 0.990 4.含有 80%(mol)醋酸乙酯(A)和 20%乙醇(E)的二元物系，液相活度系数用 Van Laar 方程计算，AEA=0.144，EAA=0.170。试计算在 101.3kPa 压力下的泡点温度和露点温度。安托尼方程为：醋酸乙酯：15.5750.27900444.21lnTPSA 乙醇：68.4198.38038047.23lnTPSE (PS：Pa；T：K)解 1：泡点温度 此时8.0Ax，2.0Ex 0 0 7 5.02.01 7 0.08.01 4 4.011 4 4.01ln22EEAAAEAEAxAxAA 0075.1A 1 0 1 3.08.01 4 4.02.01 7 0.011 7 0.01ln22AAEEEAEAExAxAA 1067.1E 设 T=350K PaPTPSASA100271516.1115.5750.27900444.21ln PaPTPSESE955054669.1168.4198.38038047.23ln 9 9 7 2.0PPKSAAA 12 0 4 3 4.1PPKSEEE 0 0 6 4.12.00 4 3 4.18.09 9 7 2.0EEAAiixKxKxK 1iixK 所以泡点温度为 350K。露点温度 此时8.0Ay，2.0Ey 设 T=350K，PaPTPSASA100271516.1115.5750.27900444.21ln PaPTPSESE955054669.1168.4198.38038047.23ln 设1A，1E 98984.0PPKSAAA 94279.0PPKSEEE 8 0 8 2.0AAAKyx 2121.0EEEKyx 00806.02121.0170.08082.0144.01144.01ln22EEAAAEAEAxAxAA 0081.1A 0 9 9 0 8.08 0 8 2.01 4 4.02 1 2 1.01 7 0.011 7 0.01ln22AAEEEAEAExAxAA 1 0 4 2.1E 9 9 7 8 5.01 0 1 3 0 01 0 0 2 7 10 0 8 1.1PPKSAAA 13 04103.1101300955051042.1PPKSEEE 9 9 3 8.01 9 2 1.08 0 1 7.0EEAAiiKyKyKy 1iiKy 所以露点温度为 350K。解 2：(1)计算活度系数：0075.0)2.017.08.0144.01(144.01(ln22EEAAAEAEAxAxAAr Ar=1.0075 10137.08.0144.02.017.01(17.01(ln22AAEEEAEAExAxAAr Er=1.107(2)计算泡点温度 设 T=353.15K(80)617.1115.5715.35350.27900444.21lnsAP PaPsA5101097.1 5917.1168.4115.35398.38088047.23lnsEP PaPsE510082.1 1037.110013.1101097.10075.155PPrKSAAA 1821.110013.110082.1107.155PPrKSEEE 1194.12.01821.18.01037.1iixK 调整98597.01194.11037.12AK)15.575.27900444.21exp(0075.110013.198597.0522TrPKPAASA 14 解得 T2=349.65，即 T2=76.50 sAPln=11.504 PaPsA41091.9 sEPln=11.453 PaPsE4104175.9 AK=0.9857 EK=1.0288 19943.02.00288.18.09857.0iixK 故泡点温度为 76.5(3)计算露点温度 设 T=353.15K(80)9867.0894.01037.12AK)15.575.27900444.21exp(0075.110013.19867.0522TrPKPAASA 解得 T2=349.67K(76.52)sAPln=11.505 PaPsA41092.9 sEPln=11.454 PaPsE410425.9 9866.0013.1992.00075.1AK 03.1013.19425.0107.1EK 1005.103.12.09866.08.0ix 故露点温度为 76.52 5.设有 7 个组分的混合物在规定温度和压力下进行闪蒸。用下面给定的 K 值和进料组成画出 Rachford-Rice 闪蒸函数曲线图。ciiiiKKzf1111 的间隔取 0.1，并由图中估计出 的正确根值。组分 1 2 3 4 5 6 7 zi 0.0079 0.1321 0.0849 0.2690 0.0589 0.1321 0.3151 Ki 16.2 5.2 2.0 1.98 0.91 0.72 0.28 解：计算过程如下表所示：1 2 3 4 5 6 7 15=0-0.12008-0.55482-0.08490-0.26362 0.00530 0.03899 0.22687-0.7543=0.1-0.04765-0.39072-0.07718-0.24009 0.00535 0.03805 0.24447-0.4678=0.2-0.02972-0.30153-0.07075-0.22042 0.00540 0.03918 0.26504-0.3128=0.3-0.02160-0.24550-0.06530-0.20373 0.00545 0.04038 0.28378-0.2009=0.4-0.01696-0.20702-0.06064-0.18938 0.00550 0.04165 0.31864-0.1082=0.5-0.01396-0.17897-0.05660-0.17693 0.00555 0.04301 0.35449-0.0234=0.6-0.01187-0.15762-0.05306-0.16601 0.00560 0.04446 0.39942 0.0609=0.7-0.01031-0.14082-0.04994-0.15636 0.00566 0.04601 0.45740 0.1516=0.8-0.00913-0.12725-0.04717-0.14777 0.00571 0.04767 0.53508 0.2571=0.9-0.00818-0.11607-0.04468-0.14007 0.00577 0.04945 0.64452 0.3907=1-0.00741-0.10670-0.04245-0.13314 0.00583 0.05137 0.81026 0.5778 根据上表所得数据画图：由曲线图得：=0.527 6.组成为 60%(mol)苯，25%甲苯和15%对二甲苯的 100kmol 液体混合物，在 101.3kPa 和 100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：36.5251.27887936.20ln1TPS kPaPS315.1791 77.11K 甲苯：67.5352.30969065.20ln2TPS kPaPS834.732 729.02K 对二甲苯：84.5765.3346981.20ln3TPS kPaPS895.313 315.03K 计算混合组分的泡点 TB TB=364.076K 计算混合组分的露点 TD TD=377.83K 65.0076.36483.377076.3643731 040443.011111iiiKKzf-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.800.511.5f 16 414.01112121iiiKKzf 7477.01112ff 00024.02f 此时：x1=0.38，x2=0.3135，x3=0.3074，L=74.77kmol；y1=0.6726，y2=0.2285，y3=0.0968，V=25.23kmol。7.用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并从较重烃中分离轻质气体。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；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。总进料量为 F=460kmol/h，4348.01z，4348.02z，1087.03z，0217.04z 又 K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004 由式(2-72)试差可得：=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。8.下图所示是一个精馏塔的塔顶部分。图中以表示出总精馏物的组成，其中10%(mol)作为汽相采出。若温度是 311K，求回流罐所用压力。给出该温度和1379kPa 压力下的 K 值为：C2-2.7；C3-0.95；C4-0.34，并假设 K 与压力成正比。解：由图中可知 zC2=0.10，zC3=0.20，zC4=0.70；由题意知：1379iiKPK，=0.1，由式(2-72)试差得：P=2179kPa。9.在101.3kPa下，对组成为45%(摩尔)正己烷，25%正庚烷及 30%正辛烷的混合物。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%汽化。求闪蒸温度，两相的组成。组分 流率，mol/h 氢 200 甲烷 200 苯 50 甲苯 10 17 解：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液，KI只取决于温度和压力，可使用烃类的 P-T-K 图。泡点温度计算得：TB=86。露点温度计算得：TD=100。由式(2-76)求 T 的初值为 93，查图求 KI 组分 正己烷 正庚烷 正辛烷 zi 0.45 0.25 0.30 Ki 1.92 0.88 0.41 111iiiKzK 0.2836-0.0319-0.2511 00006.0111iiiKzK 所以闪蒸温度为 93。由式(2-77)、(2-68)计算得：xC6=0.308，xC7=0.266，xC8=0.426 yC6=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%。18 第三章 第三章 多组分精馏和特殊精馏多组分精馏和特殊精馏 1.在一精馏塔中分离苯(B)，甲苯(T)，二甲苯(X)和异丙苯(C)四元混合物。进料量 200mol/h，进料组成 zB=0.2,zT=0.1,zX=0.4(mol)。塔顶采用全凝器，饱和液体回流。相对挥发度数据为：BT=2.25，TT=1.0，XT=0.33，CT=0.21。规定异丙苯在釜液中的回收率为 99.8%，甲苯在馏出液中的回收率为 99.5%。求最少理论板数和全回流操作下的组分分配。解：根据题意顶甲苯(T)为轻关键组分，异丙苯(C)为重关键组分，则苯(B)为轻组分，二甲苯(X)为中间组分。以重关键组分计算相对挥发度。71.1021.025.2BC 762.421.00.1TC 5714.121.033.0XC 1CC 由分离要求计算关键组分在塔顶釜的分配。hkmolWC/84.79998.04.0200 hkmolDC/16.084.795.0200 hkmolDT/7.59995.03.0200 hkmolWT/3.07.593.0200 所以37.7762.4lg3.084.7916.07.59lglglgTCTCCTmWWDDN 由HHNmiHiiWDWD与iiiWDF求出非关键组分的分布 苯：437.7108.784.7916.071.10BBWD BW=0，BD=2000.2=40Kmol/h 二甲苯：056.084.7916.05714.137.7XXWD，XD+XW=2000.1=20 19 求得XD=1.06，XW=18.94，物料平衡结果见下表：组分 Fix iD Dix iW Wix 苯(B)0.2 40 0.396 0 0 甲苯(T)0.3 59.9 0.592 0.3 0.003 异丙苯(C)0.4 0.16 0.002 79.84 0.806 100.92 1.00 99.08 1.00 2.在 101.3Kpa 压力下氯仿(1)-甲醇(2)系统的 NRTL 参数为：12=8.9665J/mol，12=-0.83665J/mol，12=0.3。试确定共沸温度和共沸组成。安托尼方程(SP：Pa；T：K)氯仿：）（16.4679.26968660.20ln1TPS 甲醇：）（29.3455.36264803.23ln2TPS 解：设 T 为 53.5 则）（16.4665.32679.26968660.20ln1SP ）（29.3465.32655.36264803.23ln2SP SP1=76990.1 SP2=64595.6 由）（ijijijG exp，ij=ji ）（121212expG=）（9665.83.0exp=0.06788 ）（212121expG=）（8365.03.0exp=1.2852 2121212122212122121221ln）（）（GxxGGxxGx=21122122106788.0106788.09665.82852.112852.18365.01xxxxx）（）（）（）（=21212193212.016086.02852.02852.13817.11）（）（）（xxx 2212121212121221212212ln）（）（GxxGGxxGx=21121122112852.12852.18365.006788.0106788.09665.8）（）（xxxxx 20=2121212852.02852.107507.193212.0104131.0）（）（xxx 1ln-2ln=SSPP21ln=6.645951.76990ln=0.1755 求得1x=0.321=1.2092 2=0.8971 222111SSiSiiPxPxPx=8971.06.6459568.02092.11.7699032.0=69195.98Pa101.3kPa 设 T 为 60 则）（16.4615.33379.26968660.20ln1SP）（29.3415.33355.36264803.23ln2SP SP1=95721.9 SP2=84599.9 1ln-2ln=SSPP21ln=9.845999.95721ln=0.1235 设 T 为 56 则）（16.4615.32979.26968660.20ln1SP）（29.3415.32955.36264803.23ln2SP SP1=83815.2 SP2=71759.3 1ln-2ln=SSPP21ln=3.717592.83815ln=0.1553 当1ln-2ln=0.1553 时求得1x=0.30 1=1.1099 2=0.9500 222111SSiSiiPxPxPx=9500.03.7175970.01099.12.8381530.0=75627.8Pa101.3kPa 3.某 1、2 两组分构成二元系，活度系数方程为221lnAx，212lnAx，端值常数与温度的关系：A=1.7884-4.2510-3T (T，K)蒸汽压方程为 TPS40500826.16ln1 TPS40503526.16ln2 (P：kPa：T：K)21 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=1.7884-4.2510-3350=1.7884-1.4875=0.3009 35040500826.16ln1SP；SP1=91.0284 kPa 35040503526.16ln2SP；S