化工分离过程课后参考答案刘家祺

ThismodelpaperwasrevisedbyLINDAonDecember15,2012.化工分离过程课后参考刘家祺分离工程习第一章列出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：π=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0.035g/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π=RTC/M＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa。所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa。9.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量示在所附简图中。求：总变更量数Nv;有关变更量的独立方程数Nc；变量数Ni;固定和可调设计变量数Nx,Na；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Nx＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个可调设计变量Na＝0解：Nv=3(c+2)Nc物c能1相c内在(P，T)2Nc=2c+3Ni=Nv–Nc=c+3Nxu=(c+2)+1=c+3Nau=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011.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求：设计变更量数是多少？如果有，请指出哪些附加变量需要规定？解：Nxu进料c+2压力9c+11=7+11=18Nau串级单元1传热1合计2NVU=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+1c+44=47Nau3+1+1+2=7Nvu=54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0.50；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：；；由式(2-36)得：；；；；；由于>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：可得重复上述步骤：；；；；；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：；；组分i苯(1)甲苯(2)对二甲苯(3)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.90350.58830.25003.74180.77600.15720.06681.0000解2：(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95℃苯：；甲苯：；对二甲苯：；；选苯为参考组分：；解得T2=94.61℃；；=0.6281=0.2665故泡点温度为94.61℃，且；；(2)相对挥发度法设t=95℃，同上求得=1.569，=0.6358，=0.2702，，故泡点温度为95℃，且；；11.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：甲苯：对二甲苯：计算混合组分的泡点TBTB=364.076K计算混合组分的露点TDTD=377.83K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组分流率，mol/h氢200甲烷200苯50甲苯10解：以氢为1，甲烷为2，苯为3，甲苯为4。总进料量为F=460kmol/h，，，，又K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004由式(2-72)试差可得：Ψ=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。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。⑴求泡点和露点温度⑵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：⑴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℃。⑵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zi0.450.250.30Ki1.920.880.410.2836-0.0319-0.2511所以闪蒸温度为93℃。由式(2-77)、(2-68)计算得：xC6=0.308，xC7=0.266，xC8=0.426yC6=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压力下氯仿(1)-甲醇(2)系统的NRTL参数为：=8.9665J/mol，=-0.83665J/mol，=0.3。试确定共沸温度和共沸组成。安托尼方程(：Pa；T：K)氯仿：甲醇：解：设T为53.5℃则=76990.1=64595.6由，===0.06788==1.2852====-===0.1755求得=0.32=1.2092=0.8971==69195.98Pa101.3kPa设T为60℃则=95721.9=84599.9-===0.1235设T为56℃则=83815.2=71759.3-===0.1553当-=0.1553时求得=0.30=1.1099=0.9500==75627.8Pa101.3kPa14.某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为，，端值常数与温度的关系：A=1.7884-4.2510-3T(T，K)蒸汽压方程为(P：kPa：T：K)假设汽相是理想气体，试问99.75Kpa时①系统是否形成共沸物②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；=91.0284kPa；=119.2439kPa因为在恒沸点由得解得：=0.9487=0.0513；=1.0008；=1.3110P==1.00080.948791.0284+1.31100.0513119.2439=95.0692kPa设T为340K则A=1.7884-4.2510-3340=0.3434；=64.7695kPa；=84.8458kPa由；解得：=0.8931=1-0.8931=0.1069；=1.0039；=1.3151P==1.00390.893164.7695+1.31510.106984.8458=69.9992kPa设T为352K则A=1.7884-4.2510-3352=0.2924；=97.2143kPa；=127.3473kPa由；=0.9617=1-0.9617=0.0383；=1.0004；=1.3105P==1.00040.961797.2143+1.31050.0383127.3473=99.9202kPa说明系统形成共沸物，其共沸温度为352K。判断，而=1.313，=1.002，且，故形成最低沸点恒沸物，恒沸物温度为344.5K。第四章1.某原料气组成如下：组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12n-C6H14y0(摩尔分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温度为38℃，压力为1.013Mpa，如果要求将i-C4H10回收90%。试求：为完成此吸收任务所需的最小液气比。操作液气比为组小液气比的1.1倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。求塔底的吸收液量解：(1)最小液气比的计算：在最小液气比下N=∞，A关=关=0.560.85=0.476(2)理论板数的计算：操作液气比=1.20.476=0.5712(3)尾气的数量和组成计算：非关键组分的吸收率被吸收的量为，塔顶尾气数量塔顶组成按上述各式计算，将结果列于下表组分Kmol/hKiCH476.517.40.0330.0322.52473.980.920C2H64.53.750.1520.1520.6843.8160.047C3H83.51.30.4390.4361.5261.9740.025i-C4H102.50.561.020.852.1250.3750.0047n-C4H104.50.41.4280.954.2750.2250.0028i-C5H121.50.183.171.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.971.002.5000.00.0n-C6H144.50.05610.21.004.5000.00.0合计100.0---19.81080.190(4)塔底的吸收量塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率：而，即100+=80.37+联立求解得=61.33Kmol/h.=41.70Kmol/h解2：由题意知，i-C4H10为关键组分由P=1.013Mpa，t平=38℃查得K关=0.56(P-T-K图)(1)在最小液气比下N=∞，A关=中关=0.9=0.560.9=0.504(2)=1.10.504=0.5544所以理论板数为(3)它组分吸收率公式，计算结果如下：组分进料量相平衡常数Ki被吸收量塔顶尾气数量组成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4H104.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-C5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6H144.50.0569.91.004.5000.00.0合计100.0---19.81080.190以CH4为例：==V1(CH4)=(1-)VN+1=(1-0.032)76.5=74.05塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率：L=由=0.5544=40.05Kmol/h