分离过程习题答案Word文件下载.docx

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固定设计变量乂：

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？

N,进料c+2

压力9

c+ll=7+ll=18

N；

串级单元1传热1

合计2

Nv°

=Nxu+Nau=20

附加变量：

总理论板数。

第二章单级平衡过程

2.计算在0.1013MPa和37&

47K下苯

（1）-甲苯

（2）-对二甲苯（3）三元系，当X产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。

兄12—兄11=—1035.33;

兄I?

—彳22=977.83

—=442.15；

_兄33=—460.05

人3-人1=1510.14；

2,3-233=-1642.81（单位:

J/mol）

在T=37&

47K时液相摩尔体积为：

叶=100.91x1057如辺；

吋=117.55xl0・；

町=口6.69x10“

安托尼公式为：

苯：

ln/y=20.7936_2788.51/（T_52.36）；

甲苯：

InP,5=20.9065-3096.52/（7-53.67）；

对二甲苯：

In件=20.9891—3346&

/了一57.84）；

（PJPgT.K）

解1:

由Wilson参数方程心=^exp[-（2..-A^/Rt]

117.55x10“

100.91x10-3

A|2=^rexp[-（^12-Ah）/7?

T]

exp[-（-1035.33）/（8.314x37&

47）]

=1.619

100.91x10“

117.55x10-3

A2严約p[-仏-氐加]

exp[-（977.83）/（8.314x37&

=0.629

同理：

a13=0.838；

A3i=l・244

由Wilson方程In=1-InYAx.-VA;

:

IV'

JUZZj

/j=0.9184；

/2=0.9718；

儿=0.9930

根据安托尼方程：

片、=0.2075MPa；

P；

=&

693x104Pa；

=3.823x104Pa由式（2-38）计算得：

K}=1.88；

K2=0.834；

K3=0.375

如视为完全理想系，根据式（2-36）计算得：

A；

=2.048；

K2=0.858；

K、=0.377

解2：

在T=378.47K下

In片=20.7936-2788.5/（37&

47-52.36）；

/.P；

=207.48Kpa

InP；

=20.9065-3096.52/（378.47-53.67）；

=86.93Kpa

In/V=20.9891-3346.65/（378.47-57.84）；

二&

=38.23Kpa

Wilson方程参数求取

ap=4exp（-仏也）」00.9"

。

：

沁（-一曲3=门

vfRT117.55x1（）7r8.314x378.47

A21_

=4exp（-吐生）=117-55X10'

；

exp（-97783）=0.854

计RT100.91x10"

38.314x378.47

117,55x10-44^1^?

472

13669x107匸8.314x378.47

vf,心一兄33、136.69x1（）7-460.05、"

必

廿Lp（—「36.692

32_7FeXP-—-117.55xlO-3CXP-8.314x378.47-、

=exp（-一1?

1（），14一）=0.457

vfz召-兄33、136.69x10'

3

A3i=—exp（

vi

RT100.9lxlO"

38.314x378.47

_=、exp（__~164181-）=2.283

RT100.91x1O'

'

8.314x378.47

In/j=1-]n（X[+a,nx2+abxJ-（十+）

Xj+AI2X2+A13X3A21Xj+X2+A2.X3亠“+A32X2+為

=1-ln（0.3125+1.193x0.2978+0.457x0.3897）-（巴兰

0.3125+1.193x0.2978+0.457x0.38972.283x0.3897

八二0.9132

A23A2

/\=1.019

In5=1—ln（.£

A］】+x>

a,3+兀3）—（+w」+）

X,+A|2X24-AbX3A21X（+人23心人剂斗+A32X2+心

i（0・3l25x0.457+0.29E.346+0.3897）-（o325+“93x0.2978+0.457x0.3897

0.3125x0.457

0.7472x0.2978十0.3897

+0.854x0.3125+0.2978+0.7472+0.3897+2.283x0.3125+1.346x0.2978+0.3897=0.2431

・・・^=1.2752

故

（=〃%=0・9132x207.4%。

］3=1.87心=%皿％.3=0.8744

^=^=1.2752x38.2%oi3

=0.4813

而完全理想系：

«

=呀=207.4%。

］§

=2.048心=呀=86.9%0］3=0.8581瓦=呀=382%0］3=0.3774

3.在361K和4136.8kPa下，甲烷和正丁烷二元系呈汽液平衡，汽相含甲烷0.60387%

和Ki值。

（mol），与其平衡的液相含甲烷0.1304%o用方程计算

0.42748/?

2x7；

25

仃

au=P"

=3.222MPa•dmh•k05•mol2

2xT~5

a22==28.9926MPa*dm，ek°

'

•mol~

0.08664/?

2xr（.

2xT25

b2=P"

=0.0806dmmol

Tc2=425.5K,Pd>

=3.80Mpa

均为查表所得。

ai2=Vaii#a22=9.6651MPa®

dm•ku•mol

液相:

a=anXi2+2ai2XiX2+a22X22

=3.22X0.13042+2X9.6651X0.1304X0.8696+28.9926X0.86962=24.1711b=biXi+b2x2=O.0298X0.1304+0.0806X0.8696=0.0740由R-K方程：

P二RT/W-bAa/ir^W+b）]

0.0083145x36124J711

4.1368=V'

n-0.0740_36105V,!

n（V；

n+0.0740）

解得V>

0.1349

In灵=ln[V/（V-b）]+[bi/（V-b）]-2工

y/bmRT1*5*1n[（V+b）/V]+abi/b2RTL5{[ln[（V+b）/V]-[b/（V+b）]}-ln（PV/RT）

0.13490.0298

1n农二i口0.1349-0.0740+0.1349-0.0740_

2x（O・1304x3.222+0.8696x9.6651）0.1349+0.0740

0.0740x0.0083145x361*5xin（0.1340）+

24.171lx0.02980,1347+0.0740

0.07402x0.0083145x36115X[ln（0.1349）

0.07404.1368x0.1349

_0.1347+0.0740]-ln0.0083145x361

=1.3297

灵=3.7780

同理ln^=-l.16696,=0.3113

汽相：

a=3.222X0.603872+2X9.6651XO.60387X0.39613+28.9926X0.39613，=10.3484b=0.0298X0.60387+0.0806X0.39613二0.0499

0.0083145x36110.3484

由4.1368=匕;

一_3610.0499）

得s=0.5861

0.58610.0298

]门<

1>

I二]口（0.5861—0.0499）+0.5861—0.0499—

2x（0.60387x3.222+0.39613x9.6651^0.5861-0.0499十10.3484x0.02980.0499x0.0083145x361'

5X°

0.5861十0.049bx0.0083145x36尸

0.5861+0.04990.04994.1368x0.5861

X[in0.58610.5861+0.0499]_in（0.0083145x361）

=0.0334942

故①；

=1.0341同理,1"

=-0.522819,处=0.5928

故Kpyi/xFO.60387/0.1304=4.631（/①；

）

1—0.60387

K2=y2/x2=1-0.1304=0.4555

4.

（1）一液体混合物的组分为：

苯0.50；

甲苯0.25；

对-二甲苯0.25（摩尔分数）。

分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在LOOkPa时的平衡温度和汽相组成。

假设为完全理想物系。

（1）平衡常数法

因为汽相、液相均为完全理想物系，故符合乌拉尔定律py,=p：

sxi

21pL

而K.==P

设T为8CTC时，由安托尼公式（见习题1）求出格组分的饱和蒸汽压。

P；

=101.29kPa,”；

=38.82kPa,卩二15.63kPa

故+>

2+^3=K|Xi+K2X2+K;

（Xa

Pxp；

p；

—X.+—X,+—

=PP'

P

=0.64<

1

故所设温度偏低，重设T为95七时

“=176.OOkPa,“2二63.47kPa,必=27.01kPa

比+力+儿=1.11>

故所设温度偏高，重设T为91.19°

C,

p；

=160.02kPaf“；

二56.34kPa.内=23.625kPa

）1+力+『3=10000125心1

故用平衡常数法计算该物系在lOOkPa时的平衡温度为91.19X：

理人型2x0.5

汽相组成：

X=KiK=P=100=0.8001

仍丫56.34ay

一J2x0.25

yi=^2x2=P=100=0.1409

匕3空竺225

-3=^3X3=p=100=o.059

（2）相对挥发度法

s=（如）/（3

由于是理想混合物，所以％忑，得

£

l_

对于理想混合物，得J=P；

设T为80P时,

S

K=101.29kPa,加=38.82kPa.必=15.63kPa

故02=2.61,%=&

4&

儿=X/5.22,^3=>

?

i/12.96

因为%+）2+）3=],故”=0.788

又因为”儿=100X0.788=78.8kPa,而卩"

=101.29X0.5=50.645kPa<

故所设温度偏低；

重设T=92°

C时H=163.31kPa,lJ'

=57.82kPa,=24.31kPa

得故知=2.8241知=6.718,儿=儿/5・64&

儿二儿/13,436

因为儿+>

2+）3=1,故Ji=o799,儿=0.141,儿二0.0595

且PJi=100X0.799=79.9kPa,而=163.31X0.5=81.655kPa,基本相等

因此，由相对挥发度计算该物系平衡温度为92P,

此时儿=0.799,儿=0・141,力二0.0595

4・

（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lOOkPa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：

=156.24RP"

；

=63.28RM；

=26.88kPa

由式（2-36）得：

K]=1.562；

K2=0.633；

K.=0.269

y,=0.781；

y2=0.158；

=0.067；

为必=1.006

由于工＞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\=合一=1.553可得厂=367.78K

重复上忆肉聚：

K\=1.553；

K2=0.6284；

K.=0.2667

儿=0.力65；

儿=0.1511；

儿=0.066675；

工牙=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0.066675c

（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：

=5.807；

a,$=2.353；

a.,=1.000

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

a厂x,.

0.776

0.1572

0.0668

解2：

（1）平衡常数法。

设t=95°

C

=20.7936-2788.5/（95+273.15-52.36）=11.96；

=1.569xl05Pa

=20.9065-3096.52/（95+273」5—53.67）=11.06；

〃=6.358x1（）4Pd

ln/y=20.9891-3346.65/（95+273.15-57.84）=10.204；

/.&

=2.702x105/

K广%=l・569xl%5=1.569；

心=呀=0.6358

=卩％=0.2702

.工g=1.596x0.5+0.2702x0.25+0.6358x0.25=1.011

选苯为参考组分：

心=156%0]]=1.552；

解得294.619

In=11.05；

=6.281xlO4Pa

In々=10.19；

=2.6654x104Pa

.K?

=0.6281©

=0.2665

=1.552x0.5+0.6281x0.25+0.2665x0.25=0.9997al

故泡点温度为94.6TC,且戸=1.552x0.5=0.776；

比=0.6281x0.25=0.157；

y3=0.2665x0.25=0.067

设t=95°

C,同上求得K产1.569,心=0.6358,©

=0.2702

・al3=5.807a》=2.353a33=1

・內=5.807x0.5+2.353x0.25+1x0.25=3.74

=1.0

为儿=工上丄.=°

曲7x（2*_2.3、3X（）.2、*

工匕召3.743.743.74

2.353x0.25

1x0.25

5•>

~

…3.74

=°

157.>

，3=3.74=0°

67

2.5

13•合不翠30%、乙彗40%.水30%〈均为摩尔％＞的液体在总用为5O.GkPn下进行连续闪熱假设甲笨和乙笨的混存物眼从拉乌尔定律，坯与水完全不互湍计算也点31虧比祁用的汽相组成。

2•容案Wt

设甲辈为1组分，乙苹为2组分。

冈为坯相笛介乌拉尔定庠，故冇：

P=P；

“4》p：

X；

CH

设泡点温度为70P,由安托尼方砾

p"

-27.1644.p2-11.3006

査衷得-31.176

此时p=3L.176427.L644x（3/7）+l：

L3D06x（a/7）=：

4g.275kPQV50.6kP冇

战所设81皮林，里设泡点S1皮为70.5X2

依卜川乂求得p=50.g50GkPa・歆也肢力70.5C.此时

儿=23.31儿^=13.01^,儿2=63.68%

计漳结块：

池点70.73OC：

汽甲北23.31%）、乙兰13.01%、水63.68%（旳为席尔FT分数）

2-5含30%甲苯

（1）,40%乙苯

（2）和30%水

（3）的液体混合物，在总压为50.66kPa下进行连续闪蒸蒸锚，假设乙苯和甲苯温合物服从拉乌尔定律，坯和水完全不互溶。

计算泡点温度和气相组成。

压力较低，气体看为理想气体；

桂与水完全互不溶，则液相按两相考虑，乙苯与甲苯混合物可看为理想溶液。

在泡点p=P］+尸2+&

=尸］°

兀］+尸2°

尢2+PJ

査《化工热力学》附录得安托尼公式:

T:

K；

P：

105帕。

In=11.6834-3816・44/（T-46.13）

i/\/文格程绞

mibiiiuumil

丄」■」AR

In府=9.3635-3096.52/（7-53.67）曹

InP；

=9.3993一3279.47/（T一79.47）

设T为70°

C,343.15K

In片°

=11.6834-3816.44/（7-46.13）

=11.6834-3816.44/（343.15—46.13）=-1.1657

Pj°

=31170Pa

InP2°

=9.3635—3096,52/（T-53.67）

=9.3635-3096.52/（343.15-53.67）=-1.3033

=27163Pa

文档在线

InP?

=9.3993-3279.47/（7一79.47）的

=9.3993-3279.47/（343.15-79.47）=-2.18075

=11296Pa

P=幷°

十户0鸥十Pj局

34

=31170+27163x—+11296x—=49266Pn

77

得P小于所给P,前设温度偏低，再设T为71°

C,344.15K,

In=11.6834-3816.44/（7-46.13）

=11.6834一3816.44/（344.15-46.13）=-1.12259冇°

=32544Pa

文档枉战LVIHlimKIlFillN・丄丄A1

=9.3635一309&

.52/（7-53.67）

=9.3635-3096.52/（344.15-53.67）=-1.26651

Pi=28181Pa

=9.3993-3279.47/（T-79.47）

=9.3993-3279.47/（344.15-79.47）=-2.1400

=11766Pn

P=P2X2+

=32544+28181x—+11766x—=51345P

77"

设T为70.65C,343.8K「

文档在憐I

.HiNii.b.rv

lii片。

=11.6834-3816.44/（7-46.13）

=11.6834