化工分离过程课后答案刘家祺Word文件下载.docx

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（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

FTP

习题5附图

V,yi,Tv,Pv

L,x,T,P

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

6.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？

塔顶产物

（2）如果有，请指出哪些附加变

进料，227K，2068kPa

量需要规定？

Nxu进料c+2

压力9

Nau串级单元1

传热1

合计2

组分Kmol/h

N1.0

C54.4

C67.6

C141.1

C54.7

C33.3

9

2

习题6附图

塔底产物

N

V

U=Nxu+Nau

=20

附加变量：

总理论板数。

7.附图为热藕合精馏系统，进料为三组分混合物，采出三个产品。

确定该系统：

（1）设计变量数;

（2）指定一组合理的设计变量。

解:

Nxu压力N+M+1+1

进料c+2

合计N+M+c+4（c=3）

Nau串级6

分配器1

侧线3

传热2

吸收塔

尾气

T

P

冷却器

加热器换热器

泵

CO+蒸汽

蒸

T出

P塔

水蒸气

10

Nvu=N+M+3+4=N+M+19

习题7附图

8.利用如附图所示的系统将某混合物分离成三个产品。

试确定：

（1）固定设计变量数和可调设计变量数;

（2）指定一组合理的设计变更量解:

压力N+M+1+1+1c+N+M+5

Nau串级4进料

分配1

侧线1

传热4

全凝器

液M

汽

液2

产品1

产品2

习题14附图

再沸器产品3

阀

9.采用单个精馏塔分离一个三组分混合

140kPa

S

进料F

再沸器

40

200

1140kPa阀20

Kmol/h

苯261.510

甲苯84.6

联苯5.1

99.95%（mol）苯

87.2kmol/h

含进料中苯的1%

204kPa

习题8附图

产品3

习题9附图

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=47

Nau3+1+1+2=7

Nvu=54

设计变量：

回流比，馏出液流率。

第二章单级平衡过程

1.计算在0.1013MPa和378.47K下苯

（1）-甲苯

（2）-对二甲苯（3）三元系，当x1=0.3125，x2=0.2978，x3=0.3897时的K值。

汽相为理想气体，液相为非理想溶液。

并与完全理想系的K值比较。

已知三个二元系的Wilson方程参数。

?

12?

?

11?

1035.33;

22?

977.83

23?

442.15

13?

1510.14

;

33?

460.05

?

1642.81

3

（单位：

J/mol）

在T=378.47K时液相摩尔体积为：

1

vL?

100.91?

10?

3m3

安托尼公式为：

kmol

；

117.55?

136.69?

s

苯：

lnP1

20.7936?

2788.51?

T?

52.36?

；

甲苯：

lnP2

20.9065?

3096.52

53.67?

对二甲苯：

lnP3

20.9891?

3346.65?

57.84?

（Ps

:

Pa;

T:

K）

解1：

由Wilson参数方程?

ij

L

ij

ii

jexp?

v

i

RT?

vL

2

exp?

RT?

12L

1211

1035.33?

8.314?

378.47?

100.91?

=1.619

21L

exp?

21?

22?

100.91?

977.83?

117.55?

=0.629

同理：

13?

0.838

23?

1.010

31?

1.244

32?

0.995

kixk

由Wilson方程ln?

i?

1?

ln?

ijxj?

x：

j?

k

j

kjj

1?

0.9184

2?

0.9718

3?

0.9930

根据安托尼方程：

Ps?

0.207M5

由式（2-38）计算得：

Pa；

Ps?

8.693?

104Pa

3.823?

K1?

1.88

K2?

0.834

K3?

0.375

如视为完全理想系，根据式（2-36）计算得：

2.048；

0.858

解2：

在T=378.47K下

0.377

lnPss

2788.5/（378.47?

52.36）；

Ps=207.48Kpa

lnP2

3096.52/（378.47?

53.67）；

P2=86.93Kpa

Wilson方程参数求取

3346.65/（378.47?

57.84）；

P3=38.23Kpa

1

100.91?

10?

exp（?

1211）?

1035.33

）?

1.193

RT117.55?

378.47

117.55?

1222）?

977.83

0.854

21L

RT100.91?

2322）?

442.15

0.7472

23L

RT136.69?

3

136.69?

2333）?

460.05

1.346

32L

1311）?

1510.14

0.457

13L

1333）?

1642.81

2.283

31L

lnr?

ln（x?

x?

x）?

（x1

21x2

31x3）

11122133

x1?

12x2?

13x3

21x1?

x2?

23x3

31x1?

32x2?

x3

ln（0.3125?

1.193?

0.2978?

0.457?

0.3897）?

（

0.3125

0.3125?

1.193?

0.3897

0.854?

0.2978

2.283?

0.3897）

0.854?

0.3125?

0.7472?

0.38972.283?

1.346?

0.09076

r1=0.9132

lnr

x

x?

x?

x

x）

x

x?

0.854?

0.2125?

1.193

0.2978

0.3897?

1.346）

0.0188

r2=1.019

x）?

1?

0.2987?

1.346?

1.193?

0.2978?

0.3897）

0.38972.283?

0.2431

r3=1.2752

故

KrP

111P?

0.9132?

207.48101.3?

1.87

222P?

1.019?

86.93101.3?

0.8744

333P?

1.2752?

38.23101.3?

0.4813

而完全理想系：

Ps

K2?

K3?

1P?

2.048

2P?

0.8581

3P?

0.3774

2.一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：

156.24kPa；

63.28kPa

26.88kPa

由式（2-36）得：

1.562

y1?

0.781

0.633

y2?

0.158

0.269

y3?

0.067

yi?

1.006

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'

K1

1.553

可得T'

367.78K

yi

重复上述步骤：

1.553

K'

0.6284

0.2667

i

y'

0.7765

y'

0.1511

0.066675；

y?

1.0003

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

（1）

甲苯

（2）

对二甲苯（3）

xi

0.50

0.25

1.000

5.807

2.353

ijxi

2.9035

0.5883

0.2500

3.7418

ij?

xi

0.7760

0.1572

0.0668

1.0000

5.807；

2.353

33?

1.000

（1）平衡常数法。

设t=95℃

lnPs

2788.5/（95?

273.15?

52.36）?

11.96；

Ps?

1.569?

105Pa

lnPs

3096.52/（95?

53.67）?

11.06；

6.358?

3346.65/（95?

57.84）?

10.204；

2.702?

KP5；

K?

P

0.6358

1?

0.2702

105?

1.56922P

Kixi?

1.596?

0.5?

0.2702?

0.25?

0.6358?

1.011

选苯为参考组分：

K12?

1.5691.011?

1.552；

解得T2=94.61℃

ss4

lnP2?

11.05；

P2?

6.281?

10Pa

lnP3?

10.19；

P3?

2.6654?

K2=0.6281

K3=0.2665

1.552?

0.6281?

0.2665?

0.9997?

1

故泡点温度为94.61℃，且y1?

0.776；

y2?

0.157；

（2）相对挥发度法

设t=95℃，同上求得K1