化工分离过程课后答案刘家祺Word文档格式.docx

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（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^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:

传热1

合计2

nV=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

压力40+1+1

c+44=47

NT3+1+1+2=7

N?

=54

设计变量：

回流比，馏出液流率

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：

P1s156.24kPa；

P2s63.28kPa；

P3S26.88kPa

由式（2-36）得:

yi1.006

y10.781；

y20.158;

y30.067

由于yi>

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:

K'

©

1553

可得T

367.78K

1

yi

重复上述步骤：

k11.553；

k2

0.6284

；

K30.2667

yr0.7765；

y2

0.1511

y30.066675；

yi1.0003

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⑴

甲苯

（2）

对二甲苯

（3）

0.50

0.25

1.000

5.807

2.353

2.903

5

0.5883

0.2500

3.741

8

0.776

0.1572

0.0668

解2:

（1）平衡常数法。

假设为完全理想系。

设t=95C

苯：

InRs20.79362788.5/（95273.1552.36）11.96；

甲苯：

InP2s20.90653096.52/（95273.1553.67）11.06；

对二甲苯：

InRs20.98913346.65/（95273.1557.84）10.204；

K1PyP1.56910^1051.569;

K2PyP0.6358

选苯为参考组分：

K12^56%.。

“1.552；

解得T2=94.6「C

InP2s11.05;

P2s6.281104Pa

ss4

InP310.19;

P32.665410Pa

K2=0.6281

K3=0.2665

（2）相对挥发度法

设t=95C,同上求得©

=1.569,K2=0.6358,K3=0.2702

故泡点温度为95C,且y1逬7严0776；

11.组成为60%（mol）苯，25%P苯和15%寸二甲苯的100kmol液体混合物，在101.3kPa和

100C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

lnRS

20.7936

2788.51T

52.36

RS

179.315kPa

lnP2S

20.9065

3096.52T

53.67

P2S

73.834kPa

lnP3S

20.981

3346.65T

57.84

P3S

31.895kPa

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,xa=0.3074,L=74.77kmol;

y1=0.6726,y2=0.2285,ya=0.0968,V=25.23kmol。

12.用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并

较重烃中分离轻质气体。

计算离开闪蒸罐的蒸组成和流率。

从反应器出来的物料温度811K,

成如下表。

闪蒸罐操作条件下各组分的K值：

-80;

甲烷-10;

苯-0.01;

甲苯-0.004

以氢为1,甲烷为2,苯为3,甲苯为4

总进料量为F=460kmol/h,

组分

流率，mol/h

乙0.4348z20.4348s0.1087z40.0217

?

?

氢

200

又K1=80,K2=10,K3=0.01,K4=0.004

甲烷

由式（2-72）试差可得：

屮=0.87,

由式（2-68）计算得：

苯

50

y1=0.4988,y2=0.4924,y3=0.008,y4=0.0008;

V=400.2mol/h。

10

14.在101.3kPa下，对组成为45%摩尔）正己烷，25%E庚烷及30%E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%气化。

求闪蒸温度，两相的组成。

K只取决于温度和压力,

⑴因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液,

可使用烃类的P-T-K图。

泡点温度计算得：

Tb=86C

露点温度计算得：

Td=100C

⑵由式（2-76）求T的初值为93C，查图求K

正己烷

正庚烷

正辛烷

Zi

0.45

0.30

K

1.92

0.88

0.41

0.2836

-0.031

9

-0.251

所以闪蒸温度为93C。

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%。

AVV*

第二早

12=8.9665J/mol，12

12.在101.3Kpa压力下氯仿

（1）-甲醇

（2）系统的NRTL参数为:

=-0.83665J/mol，12=0.3。

试确定共沸温度和共沸组成。

安托尼方程（PS:

Pa；

T：

K）

氯仿：

mP1S20.86602696.79（T46.16）

甲醇：

lnP/23.48033626.55（T34.29）

设T为53.5C

则InpiS20.86602696.7；

（326.6546.16）

P；

=76990.1P；

=64595.6

=0.327699011.20920.686459560.8971

=69195.98Pa101.3kPa

设T为60r

则InP；

20.86602696.79（333.1546.16）

=95721.9P；

=84599.9

20.86602696.7%29.1546.16）

=83815.2P；

=71759.3

当In1-In2=0.1553时求得x1=0.301=1.10992=0.9500

0.9500

=0.3083815.21.10990.7071759.3

=75627.8Pa101.3kPa

22

14.某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为In1Ax2,In2A%，端值常数与温

3

度的关系：

A=1.7884-4.2510-T（T，K）

蒸汽压方程为

InP2S16.3526

（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

因为在恒沸点

1PS由122^

2

In10.30090.0513；

1=10008

P=iXiPS

In20.30090.9487；

2=13110

=1.00080.948791.0284+1.31100.0513119.2439

设T为340K

则A=1.7884-4.25

10340=0.3434

InRS

16.0826

4050

340；

7

S

pi=64.7695kPa

InP2S

16.3526

h=84.8458kPa

由唔A（12x）inS2S0.34341

解得：

x1=0.8931

x2=1-0.8931=0.1069

In10.34340.10692；

1=1.0039

2=1.3151

In20.34340.8931；

P=

iXiRS

=1.0039

0.8931

64.7695+1.3151

0.1069

84.8458

=69.999299.75kPa

设T为352K

10-352=0.2924

lnRS16.0826

352；

R=97.2143kPa

InP2S16.35264050ps

P2=127.3473kPa

A（12x1）

972143

In97.21430.2924（12x1）

127.3473

X1=0.9617

x2=1-0.9617=0.0383

In

10.29240.0383；

1=10004

ln2

0.29240.9617；

2=1.3105

iXiR*=1.00040.961797.2143+1.31050.0383127.3473

=99.920299.75kPa

第四章

1.某原料气组成如下:

组分CH4C2H5CsHbi-C4H0n-C4Hioi-C5H2n-C5H12n-C6H4

yo（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38C,

压力为1.013Mpa,如果要求将i-C4H。

回收90%试求：

（1）为完成此吸收任务所需的最小液气比。

⑵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

（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Nh,a关=关

（LV）minK关A关=0.560.85=0.476

（2）理论板数的计算：

操作液气比LV1.2（LV）min=1.20.476=0.5712

尾气的数量和组成计算:

i

吸收率

被吸收的量为％1i，塔顶尾气数量Vn1（1」Vi

塔顶组成

按上述各式计算，将结果列于下表

Kmol/h

CH

76.5

17.4

0.03

2.524

73.98

0.920

C2I4

4.5

3.75

0.15

0.684

3.816

0.047

C3H8

3.5

1.3

0.43

1.526

1.974

0.025

6

i-C4H10

2.5

0.56

1.02

0.85

2.125

0.375

0.004

n-CdHo

0.4

1.42

0.95

4.275

0.225

0.002

i-C5H2

1.5

0.18

3.17

1.00

1.500

0.0

n-C5H2

0.14

3.97

2.500

4

n-C6H4

0.05

10.2

4.500

合计

100.0

—

19.81

80.19

（4）塔底的吸收量Ln

2Kmol/h

—Ln（L）V均0.571290.18551.514塔内液体平均流率：

^2V

而Vn1LoV1Ln，即100+L°

=80.37+Ln

联立求解得Ln=61.33Kmol/h.L0=41.70Kmol/h

由题意知，i-CM。

为关键组分

由P=1.013Mpat平=38C

查得K关=0.56（P-T-K图）

（1）在最小液气比下Nh,a关二中关=0.9

（LV）minK关A关=0.560.9=0.504

⑵LV1.1（LV）min=1.10.504=0.5544

所以理论板数为

计算结果如下:

进料

相平衡常数

被吸收

塔顶尾气

量

数量

组成

CH4

2.448

74.05

0.923

GH

0.668

3.834

0.048

GH8

0.42

1.491

2.009

0.99

0.90

2.250

0.250

0.003

1.38

4.455

0.045

0.000

3.08

n-C5Hi2

0.144

3.85

n-C6Hi4

0.056

9.9

■

19.810

以CH4为例:

Ai=VKi

17.4

0.032

0.0329.4810.99

i二r~

0.32

V1（CH4）=（1-i）VN+1=（1-0.032）76.5=74.05

（3）塔内气体平均流率：

10080.190““

v90.10Kmol/h

塔内液体平均流率：

L。

（L。

19.81）

L=」0L09.905

20

由1v=0.5544

L0=40.05Kmol/h