化工分离过程课后答案刘家祺

第一章

1. 列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。

答：属于ESA分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。

属于MSA分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。 5.海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M，式中C为溶解盐的浓度，g/cm3；M为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐 g/cm3的海水中制取纯水，M=，操作温度为298K。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa 答：渗透压π=RTC/M＝×298×=。 所以反渗透膜两侧的最小压差应为。

9.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。求：

（1） 总变更量数Nv;

（2） 有关变更量的方程数Nc； （3） 设计变量数Ni;

（4） 固定和可调设计变量数Nx , （5） 对典型的绝热闪蒸过程，你

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 方程数Nc 物料衡算式 C个 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

L , xi , TL , PL习题5附图FziTFPFV-2V , yi ,Tv , PvNa； 将推荐

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) 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

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

要规定

解： Nxu 进料 c+2

压力 9 c+11=7+11=18

Nau 串级单元 1 传热 1 合计 2 NV= N+Na = 20 附加变量：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 解: NXU 进料 c+2 压力 40+1+1 c+44 = 47

Nau 3+1+1+2 = 7 Nvu =

设计变量：回流比，馏出液流率。

U

ux

u

塔顶产物进料，227K，2068kPa 组分Kmol/h1.0N2.4C167.6C2141.1C3.7C456.0C533.3C69量需

2塔底产物习题6附图 第二章

4.一液体混合物的组成为：苯；甲苯；对二甲苯(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：

P1s156.24kPa ；P2s63.28kPa ；P3s26.88kPa 由式(2-36)得：

K11.562 ；K20.633 ；K30.269

y10.781 ；y20.158 ；y30.067 ；yi1.006 由于yi>，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： K1'K11.553 可得T'367.78K yi 重复上述步骤：

'0.6284 ；K3'0.2667 K1'1.553 ；K2''0.1511 ；y30.066675 ；yi1.0003 y1'0.7765 ；y2 在温度为时，存在与之平衡的汽相，组成为：苯、甲苯、对二甲苯。 (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： 13 5.807 ；23 2.353 ；331.000

组分i 苯(1) 甲苯(2) 对二甲苯(3) 解2：

(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95℃

苯： lnP1s20.79362788.5/(95273.1552.36)11.96； 甲苯： lnP2s20.90653096.52/(95273.1553.67)11.06； 对二甲苯：lnP3s20.913346.65/(95273.1557.84)10.204；

sP1K1P51.56910105sP1.569；K22P0.6358

1.552；解得T2=℃ 选苯为参考组分：K121.5691.011lnP2s11.05； lnP3s10.19；

P2s6.281104Pa P3s2.66104Pa

K2= K3=

故泡点温度为℃，且y11.5520.50.776；

y20.62810.250.157；y30.26650.250.067

(2)相对挥发度法

设t=95℃，同上求得K1=，K2=，K3=

135.807，232.353，331

故泡点温度为95℃，且y1y25.8070.50.776；

3.742.3530.2510.250.157y30.0673.743.74；

11.组成为60%(mol)苯，25%甲苯和15%对二甲苯的100kmol液体混合物，在和100℃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

苯： lnP1S20.79362788.51T52.36 P1S179.315kPa 甲苯： lnP2S20.90653096.52T53.67 P2S73.834kPa 对二甲苯：lnP3S20.9813346.65T57.84 P3S31.5kPa 计算混合组分的泡点TB TB= 计算混合组分的露点TD TD=

此时：x1=，x2=，x3=，L=； y1=，y2=，y3=，V=。

12.用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并从较重烃中分离轻质气体。计算离开闪蒸罐的蒸汽组成和流率。从反应器出来的物料温度811K，组成如下表。闪蒸罐操作条件下各组分的K值：氢-80；甲烷-10；苯；甲苯 解：以氢为1，甲烷为2，苯为3，甲苯为4。

总进料量为F=460kmol/h，

z10.4348，z20.4348，z30.1087，z40.0217 又K1=80，K2=10，K3=，K4= 由式(2-72)试差可得：Ψ=， 由式(2-68)计算得： y1=，y2=，y3=，y4=；V=h。

14.在下，对组成为45%(摩尔)正己烷，25%正庚烷及30%正辛烷的混合物。

⑴求泡点和露点温度

组分 流率，mol/h 氢 甲烷 苯 甲苯 200 200 50 10 ⑵将此混合物在下进行闪蒸，使进料的50%汽化。求闪蒸温度，两相的组成。 解：⑴因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液，KI只取决于温度和压力，

可使用烃类的P-T-K图。 泡点温度计算得：TB=86℃。 露点温度计算得：TD=100℃。

⑵由式(2-76)求T的初值为93℃，查图求KI 组分 zi Ki 正己烷 正庚烷 正辛烷 所以闪蒸温度为93℃。 由式(2-77)、(2-68)计算得：

xC6=，xC7=，xC8= yC6=，yC7=，yC8=

所以液相中含正己烷%，正庚烷%，正辛烷%；

汽相中含正己烷%，正庚烷%，正辛烷%。

第三章

12.在压力下氯仿(1)-甲醇(2)系统的NRTL参数为： 12=mol，12=mol，12=。试确定共沸温度和共沸组成。

安托尼方程(PS：Pa；T：K)

氯仿：lnP1S20.86602696.79 （T46.16）甲醇：lnP2S23.48033626.55 （T34.29）则lnP1S20.86602696.79 （326.6546.16）P1S= P2S=

（ijij）由Gijexp，ij=ji

解：设T为℃

=exp= G12exp（1212）（0.38.9665）=exp= G21exp（2121）（0.30.8365）（0.8365）1.285228.96650.06788（1x1）=22 [x（1x）1.2852]（[1x）0.06788x]121121.38170.6086（1x1）=22 （10.93212x1）1.28520.2852x1）（28.96650.0678820.83651.2852=x22 （1x0.06788x）[x1.2852（1x）]1111210.041311.07507=x22 （10.93212x）（1.28520.2852x）1121P1S76990.1= ln1-ln2=lnS=ln595.6P2求得x1= 1= 2=

=0.3276990.11.20920.68595.60.71 =设T为60℃

则lnP1S20.86602696.79 （333.1546.16）

P1S= P2S=

P1S95721.9= ln1-ln2=lnS=ln84599.9P2设T为56℃

lnP1S20.86602696.79（329.1546.16）则

P1S= P2S=

P1S83815.2= ln1-ln2=lnS=ln71759.3P2当ln1-ln2=时求得x1= 1= 2=

=0.3083815.21.10990.7071759.30.9500

22lnAxlnAx1221=某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为，，端值常数与

温度的关系：A= (T，K) 蒸汽压方程为

SlnP116.08264050T

4050T (P：kPa：T：K)

lnP2S16.3526假设汽相是理想气体，试问时①系统是否形成共沸物②共沸温度是多少 解：设T为350K

则A=

SlnP116.08264050S350；P1= kPa

lnP2S16.35264050S350；P2= kPa

因为在恒沸点

S1P2S1P1121SS2P21 由得2P解得：x1= x2=

2ln10.30090.0513；1=

ln20.30090.94872；2=

xPP=iii=99.75 kPa

设T为340K

则A=SlnP116.0826S4050S340；P1= kPa

lnP2S16.35264050S340；P2= kPa

SP1lnSA（12x1）ln.76950.3434（12x1）P84.84582由；

解得：x1= x2==

2ln10.34340.1069；1=

ln20.34340.312；2=

xPP=iii=99.75 kPa

设T为352K

则A=SlnP116.0826S4050S352；P1= kPa

lnP2S16.35264050S352；P2= kPa

SP1lnSA（12x1）ln97.21430.2924（12x1）P127.34732由；

x1=

x2==

2ln10.29240.0383；1=

ln20.29240.96172；2=

xPP=iii=99.75 kPa

说明系统形成共沸物，其共沸温度为352K。

SP2S判断PS199.1375.67381.31，而1=，2=

• •

SP21P1S2SSPP,P12，且，

故形成最低沸点恒沸物，恒沸物温度为。 第四章 1.某原料气组成如下：

i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12

•

•

组分 CH4 C2H6 C3H8 y0(摩尔分率)

n-C6H14

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38℃，压力为，如果要求将i-C4H10回收90%。试求： (1) (2) (3) (4)

为完成此吸收任务所需的最小液气比。

操作液气比为组小液气比的倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。 各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。 求塔底的吸收液量

解：(1)最小液气比的计算：

在最小液气比下 N=∞，A关=关

（LV）minK关A关= =

(2)理论板数的计算： 操作液气比LV1.（2L）=尾气的数量和组成计算： VminAiLVKi非关键组分的

吸收率

iN1AiAN1Ai1

被吸收的量为

y1ivN1ivi，塔顶尾气数量

vN1(1i)vi

V 塔顶组成

按上述各式计算，将结果列于下表 组分 Kmol/h Ki CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 - - - n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14 合计 (4)塔底的吸收量LN

v 塔内气体平均流率：

10080.3790.1852Kmol/h

塔内液体平均流率：而

VN1L0V1LNL均L0LNL（）V均0.571290.18551.5142V

L0，即100+=+

LN

联立求解得LN=h. L0=h 解2：由题意知，i-C4H10为关键组分

由P=，t平=38℃ 查得K关= (P-T-K图) (1)在最小液气比下 N=∞，A关=中关=

（LV）minK关A关= =

(2)LV1.（1LV）min=所以 理论板数为 (3)它组分吸收率公式 Ai计算结果如下： 组分 进料量 CH4 相平衡常数Ki N1AiAL，i N1VKiAi1 被吸收量 塔顶尾气 数量 组成 C2H6 C3H8 i-C4H10 - - - n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14 合计 以CH4为例：

Ai=

L0.0.032VKi17.4

0.0329.4810.990.329.481i

0.0321=

V1(CH4)=(1-

i

)VN+1==

10080.19090.10Kmol/h

2（3） 塔内气体平均流率：vL0（L019.81）L09.905 塔内液体平均流率：L=

2由lv=

L0=h