2022年分离工程课后习题答案 .pdf
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1、第一章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。5.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/M 8.3142980.035/31.5=2.753kPa 。所以反渗透膜两侧的最小压差应为
2、2.753kPa。9.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:V
3、-2FziTFPFV , yi ,T v , PvL , xi , TL , PL习题5附图精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页,共 15 页 - - - - - - - - - - (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
4、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 11.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 NVU = Nxu+Nau = 20 附加变量:总理论板数。16.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
5、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 Nau3+1+1+2 = 7 Nvu = 54 进料,227K,2068kP a 组分N2C1C2C3C4C5C6Kmol/h1.054.467.6141.154.756.033.3塔顶产物塔底产物92习题6附图精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页,共 15 页 - - - - - - - - - - 设计变量:回流比,馏出液流率。第二章4.一液体混合物的组成为:苯0
6、.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:kPaPs24.1561;kPaPs28.632;kPaPs88.263由式(2-36)得:562.11K;633. 02K;269.03K781.01y;158. 02y;067.03y;006.1iy由于iy 1.001,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:553.111iyKK可得KT78.367重复上述步骤:553.11K;6284.02K;2
7、667.03K7765.01y;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:5.80713;2.35323;000.133组分 i 苯(1) 甲苯(2) 对二甲苯 (3) 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页,共 15 页 - - - - - - - - - - ix0.
8、50 0.25 0.25 1.000 ij5.807 2.353 1.000 iijx2.9035 0.5883 0.2500 3.7418 iijiijxx0.7760 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;PaPs431
9、0702.2569.11010569.15511PPKs;6358.022PPKs2702.033PPKs011.125.06358.025.02702.05 .0596.1iixK选苯为参考组分:552.1011.1569.112K;解得 T2=94.6105.11ln2sP;PaPs4210281.619.10ln3sP;PaPs43106654.22K =0.6281 3K=0.2665 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
10、.03y精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页,共 15 页 - - - - - - - - - - (2)相对挥发度法设 t=95,同上求得1K =1.569,2K =0.6358,3K=0.2702 807.513,353.223,13374.325.0125.0353.25.0807.5iix0 .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
11、;067.074.325.013y11.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:36.5251.27887936.20ln1TPSkPaPS315.179177. 11K甲苯:67.5352.30969065.20ln2TPSkPaPS834.732729.02K对二甲苯:84.5765.3346981.20ln3TPSkPaPS895.313315.03K计算混合组分的泡点TBTB=364.076K 计算混合组分
12、的露点TD TD=377.83K 65.0076.36483.377076.3643731040443.011111iiiKKzf414.01112121iiiKKzf精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页,共 15 页 - - - - - - - - - - 7477.01112ff00024.02f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。12.用图中所示系
13、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=40
14、0.2mol/h。14.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。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 Ki1.92 0.88 0.41 组分流率, mol/h 氢200 甲烷200 苯50 甲苯10 精
15、品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页,共 15 页 - - - - - - - - - - 111iiiKzK0.2836 -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 1
16、7.5%。第三章12.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)(29.3465.32655.36264803.23ln2SPSP1=76990.1 SP2=64595.6 由)(ijijijGexp,ij=ji
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