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1、分离工程课后习题答案第一章列出5种使用ESA和5种使用MSA的分别操作。答:属于ESA分别操作的有精馏、萃取精馏、汲取蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。属于MSA分别操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取(双溶剂)、汲取、吸附。海水的浸透压由下式近似计算:=RTC/M,式中C为溶解盐的浓度,g/cm3;M为离子状态的各样溶剂的均匀分子量。若从含盐0.035g/cm3的海水中制取纯水,M=31.5,操作温度为298K。问反浸透膜双侧的最小压差应为多少kPa?答:浸透压=RTC/M8.3142980.035/31.5=2.753kPa。因此反浸透膜双侧的最小压差应为2.753kPa。假定有一绝热均衡闪蒸
2、过程,全部变量表示在所附简图中。求:1)总更改量数Nv;2)相关更改量的独立方程数Nc;(3)设计变量数Ni;V,yi,Tv,Pv4)固定和可调设计变量数Nx,Na;5)对典型的绝热闪蒸过程,你将介绍规定哪些变量?FziTFV-2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PFL,xi,TL,PL习题5附图热量衡算式1个相均衡构成关系式C个1个均衡温度等式1个均衡压力等式共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)
3、Nc物c能1相c内在(P,T)2Nc=2c+3(3)Ni=NvNc=c+34)Nxu=(c+2)+1=c+3(5)Nau=c+3(c+3)=0思路2:输出的两股物流当作是相均衡物流,因此总变量数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.知足以下要求而设计再沸汽提塔见附图,求:(1)设计更改量数是多少?塔顶产物(2)假如有,请指出哪些附带变进料,227K,2068kPa量需要规定?组分Kmol/h9N21.0u进料c+2C15
4、4.4解:Nx67.6C2压力9C3141.1C454.7c+11=7+11=18C556.033.3C62au串级单元1N传热1共计2塔底产物UuuNV=Nx+Na=20习题6附图附带变量:总理论板数。采纳单个精馏塔分别一个三组分混淆物为三个产品(见附图),试问图中所注设计变量可否使问题有独一解?假如不,你以为还应规定哪个(些)设计变量?解:NU进料c+2X压力40+1+1c+44=47uNa3+1+1+2=7设计变量:回流比,馏出液流率。第二章一液体混淆物的构成为:苯0.50;甲苯0.25;对二甲苯0.25(摩尔分率)。分别用均衡常数法和相对挥发度法计算该物系在100kPa式的均衡温度和汽
5、相构成。假定为完整理想系。解1:均衡常数法:设T=368K用安托尼公式得:P1s156.24kPa;P2s63.28kPa;P3s26.88kPa由式(2-36)得:K11.562;K20.633;K30.269y10.781;y20.158;y30.067;yi1.006因为yi1.001,表示所设温度偏高。由题意知液相中含量最大的是苯,由式(2-62)得:K1K11.553可得T367.78Kyi重复上述步骤:K11.553;K20.6284;K30.2667y10.7765;y20.1511;y30.066675;yi1.0003在温度为367.78K时,存在与之均衡的汽相,构成为:苯0
6、.7765、甲苯0.1511、对二甲苯0.066675。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:135.807;232.353;331.000甲苯对二甲苯组分i苯(1)(2)(3)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.9033.7410.58830.2500580.7761.0000.15720.066800解2:均衡常数法。假定为完整理想系。设t=95苯:lnP1s20.79362788.5/(95273.1552.36)11.96;甲苯:lnP2s20.90653096.52/(95273.1553.67)11.06;对二甲苯
7、:lnPs20.98913346.65/(95273.1557.84)10.204;3K1P1s105Ps0.63581.5691051.569;K22PP选苯为参照组分:K121.5691.552;解得T2=94.611.011lnP2s11.05;P2s6.281104PalnP3s10.19;P3s2.6654104PaK2=0.6281K3=0.2665故泡点温度为94.61,且y11.5520.50.776;y20.62810.250.157;y30.26650.250.067相对挥发度法设t=95,同上求得K1=1.569,K2=0.6358,K3=0.2702135.807,23
8、2.353,331故泡点温度为95,且y15.8070.50.776;3.742.3530.250.15710.250.067y274y33.743.;11.构成为60%(mol)苯,25%甲苯和15%对二甲苯的100kmol液体混淆物,在101.3kPa和100下闪蒸。试计算液体随和体产物的量和构成。假定该物系为理想溶液。用安托尼方程计算蒸气压。解:在373K下苯:S20.79362788.51T52.36S179.315kPalnP1P1甲苯:lnP2S20.90653096.52T53.67P2S73.834kPa对二甲苯:lnP3S20.9813346.65T57.84P3S31.89
9、5kPa计算混淆组分的泡点TBTB=364.076K计算混淆组分的露点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。用图中所示系统冷却反响器出来的物料,并从较重烃中分别轻质气体。计算走开闪蒸罐的蒸汽构成和流率。从反响器出来的物料温度811K,构成以下表。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,z10.4348,z20.4348,z3
10、0.1087,z40.0217组分流率,mol/h又K1=80,K2=10,K3=0.01,K4=0.004氢200甲烷200由式(2-72)试差可得:=0.87,苯50由式(2-68)计算得:甲苯10y1=0.4988,y2=0.4924,y3=0.008,y4=0.0008;V=400.2mol/h。在101.3kPa下,对构成为45%(摩尔)正己烷,25%正庚烷及30%正辛烷的混淆物。求泡点和露点温度将此混淆物在101.3kPa下进行闪蒸,使进料的50%汽化。求闪蒸温度,两相的构成。解:因为各组分都是烷烃,因此汽、液相均可当作理想溶液,KI只取决于温度和压力,可使用烃类的P-T-K图。泡
11、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zi0.450.250.30Ki1.920.880.41-0.031-0.2510.283691因此闪蒸温度为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因此液相中含正己烷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:12=8.9665J/mol,12=-0.83665J/mol,12=0.3。试确立共沸温度和共沸构成。安托尼方程(PS:Pa;T:K)氯仿:lnS20.86602696.79P1(T46.16)甲醇:lnS23.48033626.55P2(T34.29)解:设T为53.5S20.86602696.79