分离过程习题答案Word文件下载.docx

1、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011.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 9c+ll=7+ll=18N； 串级单元 1 传热 1合计 2Nv= 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Wi

2、lson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6.69x 10“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=20.98913346&/了一57.84）； （PJPgT.K）解 1

3、:由 Wilson 参数方程心=exp-（2. -A/Rt117.55x10“100.91 x 10-3A|2 =rexp-（12 -Ah）/7?Texp - （-1035 .33）/（8.314 x 37&47）= 1.619100.91x10“117.55 x 10-3A2严約p-仏-氐加exp -（977.83）/（8.314 x 37&=0. 629同理：a 13 =0.838 ； A3i=l244由 Wilson 方程In= 1 -In Y Ax. - V A;:IV J UZZj/j =0.9184 ； /2 =0.9718 ；儿=0.9930根据安托尼方程：片、=0.2075 M

4、Pa ； P； = &693 x 104 Pa ； = 3.823 x 104 Pa 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 In P； =20.9065 - 3096.52/（378.47 - 53.67） ； =86. 93KpaIn/V =20.9891 -3346.65/（3

5、78.47 - 57.84）；二 &=38. 23KpaWilson方程参数求取ap = 4exp（-仏也）00.9。：沁（- 一曲3 =门vf RT 117.55x1（）7 r 8.314x378.47A21 _=4exp（-吐生）=117-55X10； exp（- 97783 ） = 0.854计 RT 100.91 x 103 8.314x378.47117,55x10- 441 ?47213669x107 匸 8.314x378.47vf , 心一兄33、136.69x1（）7 -460.05 、必廿 Lp（36.69232 _7FeXP - - 117.55xlO-3 CXP -8.

6、314x378.47 -、= exp（- 一1?1（），14一） = 0.457vf z 召-兄33、136.69x103A3i =exp（viRT 100.9 lxlO3 8.314x 378.47_ = 、exp（_ _ 164181 -） = 2.283RT 100.91 x 1 O 8.314x 378.47In /j = 1 - n（X + a, n x2 + abxJ-（ 十 + ）Xj+AI2X2+A13X3 A21Xj+X2+A2.X3 亠“ +A32X2 +為=1 - ln（0.3125 + 1.193x 0.2978+0.457 x 0.3897） - （ 巴兰 0.312

7、5 + 1.193x 0.2978+0.457 x 0.3897 2.283x0.3897八二0.9132A23A2/=1.019In 5 = 1 ln（. A】+x a,3 +兀3） （ + w + ）X, + A|2X2 4-AbX3 A21X（ +人23心 人剂斗 + A32X2 + 心i（03l25x0.457+0.29E.346+0.3897）-（o325 + “93x0.2978 + 0.457x0.38970.3125x0.4570.7472x0.2978 十 0.3897+ 0.854 x 0.3125 + 0.2978 + 0.7472 + 0.3897 + 2.283 x

8、0.3125 +1.346 x 0.2978 + 0.3897 = 0.2431=1.2752故（=% = 09132x207.4%。 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 = 0.37743.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 =3.22

9、2MPa dmh k0 5 mol 22 x T 5a22= =28. 9926 MPa* dm，e k mol 0.08664/?2 xr（.2xT25b2= P =0.0806 dm molTc2=425. 5K, Pd=3. 80Mpa均为查表所得。ai2= V aii# a22=9. 6651 MPa dm ku mol液相:a=anXi2+2ai2XiX2+a22X22=3. 22X0. 13042+2X9. 6651 X0. 1304X0. 8696+28. 9926X0. 86962 =24. 1711 b=biXi+b2x2=O. 0298X0. 1304+0. 0806X0.

10、 8696=0. 0740 由 R-K 方程：P二RT/W-bAa/ir W+b）0.0083145 x 361 24 J7114.1368= Vn -0.0740 _ 36105 V,!n （V；n + 0.0740）解得 V0. 1349In 灵 =lnV/（V-b） + bi/（V-b）-2 工y/bmRT1*5* 1 n（V+b）/V +abi/b2RTL5 ln（V+b）/V-b/（V+b） -ln（PV/RT）0.1349 0.02981 n 农二i口 0.1349-0.0740 + 0.1349-0.0740 _2 x （O 1304x 3.222 + 0.8696 x 9.66

11、51） 0.1349+ 0.07400.0740x0.0083145x361*5 xin（ 0.1340 ）+24.171 lx 0.0298 0,1347 + 0.07400.07402 x0.0083145x36115 Xln（ 0.1349 ）0.0740 4.1368x0.1349_ 0.1347 + 0.0740-ln0.0083145x361=1.3297灵=3.7780同理 ln =-l. 16696, =0.3113汽相：a = 3. 222 X 0. 603872+2X9. 6651 XO. 60387X0. 39613+28. 9926X0. 39613，= 10. 348

12、4 b=0. 0298X0. 60387+0. 0806X0. 39613二0. 04990.0083145 x361 10.3484由 4. 1368=匕;一 _ 361 0.0499）得 s =0. 58610.5861 0.0298门 I 二口（ 0.5861 0.0499）+ 0.5861 0.0499 2 x （0.60387x 3.222 + 0.39613x 9.6651 0.5861-0.0499 十 10.3484x0.0298 0.0499x0.0083145x3615 X 0.5861 十 0.049b x 0.0083145x36尸0.5861 + 0.0499 0.0

13、499 4.1368x0.5861Xin 0.5861 0.5861 + 0.0499 _in（ 0.0083145x361）=0.0334942故；=1.0341 同理,1 =-0.522819, 处=0.5928故 Kpyi/xFO. 60387/0. 1304=4. 631 （ /；）1 0.60387K2=y2/x2= 1-0.1304 =0.45554.（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

14、物系，故符合乌拉尔定律py,=p：sxi21 pL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;（XaPx p； p；X. + X, + =P P P=0. 64故所设温度偏高，重设T为91. 19C,p； =160. 02kPaf “；二56. 34kPa. 内=23. 625kPa）1 +力 +3 = 1 0000125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=

15、 P = 100 =0.8001仍 丫 56.34 ay一J2 x0.25yi = 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,SK =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=

16、50. 645kPa2+）3 = 1,故 Ji =o 799,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=0141, 力二0.05954（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 ； = 63.2

17、8RM ； = 26.88kPa由式（2-36）得：K = 1.562 ； K2 = 0.633 ； K. = 0.269y, =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

18、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苯甲苯（2）对二甲苯（3）0. 500. 251.0005.8072. 3532. 90350. 58830. 25003. 7418a 厂 x,.0. 7760. 15720. 0668解2：（1）平衡常数法。设t=95C = 20.7936 - 2788.5/（95 + 273.15 - 52.36） = 11.96 ； = 1.569xl05 Pa = 20.9065 - 3096.52/（95 + 2735 5

19、3.67） = 11.06 ； =6.358 x 1（）4 Pdln/y = 20.9891 -3346.65/（95 + 273.15 -57.84） = 10.204；/. & =2.702x105/K广% = l569xl%5 = 1.569；心=呀= 0.6358=卩 = 0.2702.工g = 1.596 x 0.5 + 0.2702 x 0.25 + 0.6358 x 0.25 = 1.011选苯为参考组分：心=156%0 = 1.552；解得294.619In =11.05 ； = 6.281 xlO4 PaIn =10.19； = 2.6654 x 104 Pa.K?=0. 6

20、281 =0.2665=1.552 x 0.5 + 0.6281 x0.25 + 0.2665 x 0.25 = 0.9997 al故泡点温度为94. 6TC,且戸=1.552 x 0.5 = 0.776 ；比=0.6281 x 0.25 = 0.157 ； y3 = 0.2665 x 0.25 = 0.067设 t=95C,同上求得 K产 1.569,心=0. 6358, =0.2702 al3 = 5.807 a=2.353 a33 = 1內=5.807 x 0.5 + 2.353 x 0.25 +1 x 0.25 = 3.74= 1.0为儿=工上丄.=曲7 x （2 * _2.3、3 X

21、 （）.2、*工匕召 3.74 3.74 3.742.353x0.251x0.255 3.74=157. ，3= 3.74 =0672.513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；“4p：X；C H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）

22、=：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70.5 C.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

23、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mibiiiuu mil丄 A RIn 府=9.3635 - 3096 .52/（7 - 53 .67） 曹In P； = 9.3993 一 3279 .47/（T 一 79 .47 ）设T为70C, 343. 15KIn 片 = 11.6834 -3816 .44/（7-46.13）=11 .6834 - 3816 .44/（343.15 46.13）= -1.1657Pj = 31170

24、PaIn P2 =9.3635 3096 ,52/（T -53.67）=9.3635 -3096 .52/（343 .15 - 53.67） = -1.3033= 27163 Pa文档在线In P? = 9.3993 - 3279 .47/（7 一 79 .47 ） 的=9.3993 - 3279 .47/（343 .15 - 79 .47 ） = -2.18075=11296 PaP =幷十户0鸥十Pj局3 4=31170 + 27163 x+ 11296 x = 49266 Pn7 7得P小于所给P,前设温度偏低，再设T为71C, 344. 15K,In =11 .6834 -3816 .

25、44/（7-46.13）=11.6834 一3816 .44/（344.15 -46.13）= -1.12259 冇 = 32544 Pa文档枉战 LVIHlimKIl Fill N 丄 丄 A 1 = 9.3635 一 309& .52/（7 - 53 .67 ）=9.3635 - 3096 .52/（344 .15 - 53 .67 ） = -1.26651Pi = 28181 Pa = 9.3993 - 3279 .47/（T - 79 .47 ）=9.3993 - 3279 .47/（344 .15 -79.47）= -2.1400 = 11766 PnP = P2X2 +=32544 + 28181 x +11766 x = 51345 P7 7 设T为70.65C, 343. 8K 文档在憐I.HiN i i. b . rvlii 片。=11.6834 -3816 .44/（7-46.13）=11 .6834