分离工程课后知识题目解析Word文档格式.docx
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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？
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
1.000
5.807
2.353
2.9035
0.5883
0.2500
3.7418
0.7760
0.1572
0.0668
1.0000
解2：
（1）平衡常数法。
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。
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
苯
50
甲苯
10
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。
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
正己烷
正庚烷
正辛烷
zi
0.45
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：
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℃
=83815.2=71759.3
-===0.1553
当-=0.1553时求得=0.30=1.1099=0.9500
=75627.8Pa101.3kPa
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：
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？
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==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；
=0.8931=1-0.8931=0.1069
=1.0039
=1.3151
P==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
=0.9617=1-0.9617=0.0383
=1.0004
=1.3105
P==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-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
（1）最小液气比的计算：
在最小液气比下N=∞，A关=关=0.0.85
=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
Kmol/h
CH4
76.5
17.4
0.033
0.032
2.524
73.98
0.920
C2H6
4.5
3.75
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
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