分离工程课后习题答案汇总.docx
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分离工程课后习题答案汇总
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：
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Nx＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个
可调设计变量Na＝0
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
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
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）
0.50
0.25
0.25
1.000
5.807
2.353
1.000
2.9035
0.5883
0.2500
3.7418
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：
；
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
zi
0.45
0.25
0.30
Ki
1.92
0.88
0.41
0.2836
-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=0.426
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%。
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
=
=
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
=
=
14.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
；=1.3110
P==
=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
；=1.3151
P==
=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
；=1.3105
P==
=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-C6H14
y0（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：
（1）为完成此吸收任务所需的最小液气比。
（2）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。
（3）各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。
（4）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=
（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/h
Ki
CH4
76.5
17.4
0.033
0.032
2.524
73.98
0.920
C2H6
4.5
3.75
0.152
0.152
0.684
3.816
0.047
C3H8
3.5
1.3
0.439
0.436
1.526
1.974
0.025
i-C4H10
2.5
0.56
1.02
0.85
2.125
0.375
0.0047
n-C4H10
4.5
0.4
1.428
0.95
4.275
0.225
0.0028
i-C5H12
1.5
0.18
3.17
1.00
1.500
0.0
0.0
n-C5H12
2.5
0.144
3.97
1.00
2.500
0.0
0.0
n-C6H14
4.5
0.056
10.2
1.00
4.500
0.0
0.0
合计
1
升级会员 