化工分离过程课后答案刘家祺Word文件下载.docx

1、（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 , PvL , 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NxC+2,加上节流后的压力，共C+3个可调设计变量Na0解：（1） Nv = 3 （ c+2 ）（2） Nc 物 c 能

2、 1 相 c 内在（P，T） 2Nc = 2c+3（3） Ni = N v 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=N v-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 06. 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，

3、2068kPa量需要规定？ Nxu 进料 c+2 压力 9Nau 串级单元 1 传热 1合计 2组分 Kmol/hN1.0C54.4C67.6C141.1C54.7C33.392习题6附图塔底产物NVU = 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TP冷却器加热器 换热器泵CO+蒸汽蒸T出P塔水蒸气10Nvu = N+M

4、+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+1 c+N+M+5Nau 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140kPaS进料 F再沸器402001140kPa 阀 20Kmol/h苯 261.5 10甲苯 84.6联苯 5.199.95%（mol）苯87.2 kmol/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

5、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 = 47Nau 3+1+1+2 = 7Nvu = 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 0.1013MP a 和 378.47K 下苯（1）- 甲苯 （2）- 对二 甲苯 （3） 三元 系，当 x 1 =0.3125，x 2 =0.2978，x 3 =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 .

6、33;22 ? 977.8323 ? 442.1513 ? 1510 .14;33 ?460.05 ?1642 .813（单位：J/mol）在 T=378.47K 时液相摩尔体积为：1v L ? 100.91?10 ?3 m3安托尼公式为：k m o l； 117.55 ? 136.69 ?s苯： ln P1 20.7936 ? 2788 .51 ?T ? 52.36? ；甲苯： ln P2 20.9065 ? 3096 .52 53.67 ?对二甲苯： ln P3 20.9891 ? 3346 .65 ? 57.84?（ P s: Pa;T : K ）解 1：由 Wilson 参数方程 ?

7、ijLijiij exp ?viRT ?v L 2exp? RT ?12 L12 11 1035 .33?8.314 ? 378.47 ?100.91?=1.619 21 Lexp ?21 ?22 ? 100.91 ?977.83?117.55 ?=0.629同理：13 ? 0.838 23 ? 1.010 31 ? 1.244 32 ? 0.995 ki xk由 Wilson 方程 ln ? i ? 1 ? ln? ij x j ? x ： j ? kjkj j 1 ? 0.9184 2 ? 0.9718 3 ? 0.9930根据安托尼方程：P s ? 0.2 0 7M5由式（2-38）计算

8、得：Pa ； P s ? 8.693 ?10 4 Pa 3.823 ?K1 ? 1.88 K 2 ? 0.834 K 3 ? 0.375如视为完全理想系，根据式（2-36）计算得： 2.0 4 8 ； 0.858解 2：在 T=378.47K 下 0.377 ln P s s 2788 .5 /（378.47 ? 52.36） ；P s =207.48Kpaln P2 3096 .52 /（378.47 ? 53.67） ； P2 =86.93KpaWilson 方程参数求取 3346 .65 /（378.47 ? 57.84） ； P3 =38.23Kpa 1 100.91 ? 10 ?ex

9、p（? 12 11 ） ? 1035 .33） ? 1.193RT 117.55 ? 378.47 117.55 ? 12 22 ） ?977.83 0.85421 LRT 100.91 ? 23 22 ） ?442.15 0.747223 LRT 136.69 ? 3 136.69 ? 23 33 ） ? 460.05 1.34632 L 13 11 ） ?1510 .14 0.45713 L 13 33 ） ? 1642 .81 2.28331 Lln r ? ln（ x ?x ?x ） ? （ x121 x231 x3 ）1 1 12 2 13 3x1 ?12 x2 ?13 x321 x

10、1 ? x2 ?23 x331 x1 ?32 x2 ? x3 ln（0.3125 ?1.193? 0.2978 ? 0.457 ? 0.3897） ? （0.31250.3125 ? 1.193? 0.3897 0.854 ? 0.2978 2.283? 0.3897 ）0.854 ? 0.3125 ? 0.7472 ? 0.3897 2.283? 1.346 ?0.09076 r1 =0.9132ln r x x ?x? xx）x x? 0.854 ?0.2125 ?1.193 0.2978 0.3897 ?1.346 ） 0.0188 r2 =1.019 x ） ?1 ? 0.2987 ?

11、1.346 ? 1.193 ? 0.2978 ?0.3897 ） 0.3897 2.283 ? 0.2431 r3 =1.2752故K r P1 1 1 P ? 0.9132 ? 207.48101.3 ? 1.872 2 2 P ? 1.019 ? 86.93101.3 ? 0.87443 3 3 P ? 1.2752 ? 38.23101.3 ? 0.4813而完全理想系：P sK 2 ?K3 ?1 P ? 2.0482 P ? 0.85813 P ? 0.37742. 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

12、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： 156.24k Pa ； 63.28k Pa 26.88k Pa由式（2-36）得： 1.562y1 ? 0.7 8 1 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 1.5 5 3可得T 367.78Kyi重复上述步骤： 1.553 K 0.6284 0.2667 iy 0.7765 y 0.1511 0.066675

13、；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）xi0.500.251.0005.8072.353 ij xi2.90350.58830.25003.7418 ij ? xi0.77600.15720.06681.0000 5 . 8 0 7 ； 2.353 33 ? 1.000（1）平衡常数法。设 t=95 ln P s 2788 .5 /（95 ? 273.15 ? 52.

14、36） ? 11.96 ； P s ? 1.569 ?10 5 Paln P s 3096 .52 /（95 ? 53.67） ? 11.06 ； 6.358 ? 3346.65 /（95 ? 57.84） ? 10.204 ； 2.702 ?K P 5 ； K ? P 0.63581 ? 0.2702105 ? 1.569 2 2 P Ki xi ? 1.596 ? 0.5 ? 0.2702 ? 0.25 ? 0.6358 ? 1.011选苯为参考组分： K12 ? 1.569 1.011 ? 1.552 ；解得 T2=94.61s s 4 ln P2 ? 11.05 ；P2 ? 6.281 ?10 Paln P3 ? 10.19 ；P3 ? 2.6654 ? K 2 =0.6281K 3 =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