分离工程课后习题答案汇总文档格式.docx
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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
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?
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
NVU=Nxu+Nau=20
附加变量:
总理论板数。
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
Nau3+1+1+2=7
Nvu=54
设计变量:
回流比,馏出液流率。
第二章
4.一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:
;
;
由式(2-36)得:
由于>
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:
可得
重复上述步骤:
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)
0.50
0.25
1.000
5.807
2.353
2.9035
0.5883
0.2500
3.7418
0.7760
0.1572
0.0668
1.0000
解2:
(1)平衡常数法。
设t=95℃
苯:
甲苯:
对二甲苯:
;
选苯为参考组分:
解得T2=94.61℃
=0.6281=0.2665
故泡点温度为94.61℃,且;
(2)相对挥发度法
设t=95℃,同上求得=1.569,=0.6358,=0.2702
,,
故泡点温度为95℃,且;
11.组成为60%(mol)苯,25%甲苯和15%对二甲苯的100kmol液体混合物,在101.3kPa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。
在373K下
苯:
甲苯:
对二甲苯:
计算混合组分的泡点TBTB=364.076K
计算混合组分的露点TDTD=377.83K
此时:
x1=0.38,x2=0.3135,x3=0.3074,L=74.77kmol;
y1=0.6726,y2=0.2285,y3=0.0968,V=25.23kmol。
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-0.01;
甲苯-0.004
组分
流率,mol/h
氢
200
甲烷
苯
50
甲苯
10
以氢为1,甲烷为2,苯为3,甲苯为4。
总进料量为F=460kmol/h,
,,,
又K1=80,K2=10,K3=0.01,K4=0.004
由式(2-72)试差可得:
Ψ=0.87,
由式(2-68)计算得:
y1=0.4988,y2=0.4924,y3=0.008,y4=0.0008;
V=400.2mol/h。
14.在101.3kPa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
⑵将此混合物在101.3kPa下进行闪蒸,使进料的50%汽化。
求闪蒸温度,两相的组成。
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
正己烷
正庚烷
正辛烷
zi
0.45
0.30
Ki
1.92
0.88
0.41
0.2836
-0.0319
-0.2511
所以闪蒸温度为93℃。
由式(2-77)、(2-68)计算得:
xC6=0.308,xC7=0.266,xC8=0.426
yC6=0.591,yC7=0.234,yC8=0.175
所以液相中含正己烷30.8%,正庚烷26.6%,正辛烷42.6%;
汽相中含正己烷59.1%,正庚烷23.4%,正辛烷17.5%。
第三章
12.在101.3Kpa压力下氯仿
(1)-甲醇
(2)系统的NRTL参数为:
=8.9665J/mol,=-0.83665J/mol,=0.3。
试确定共沸温度和共沸组成。
安托尼方程(:
Pa;
T:
K)
氯仿:
甲醇:
设T为53.5℃
则
=76990.1=64595.6
由,=
==0.06788
==1.2852
=
-===0.1755
求得=0.32=1.2092=0.8971
设T为60℃
则
=95721.9=84599.9
-===0.1235
设T为56℃
=83815.2=71759.3
-===0.1553
当-=0.1553时求得=0.30=1.1099=0.9500
14.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=1.7884-4.2510-3T(T,K)
蒸汽压方程为
(P:
kPa:
假设汽相是理想气体,试问99.75Kpa时①系统是否形成共沸物?
②共沸温度是多少?
设T为350K
则A=1.7884-4.2510-3350=1.7884-1.4875=0.3009
=91.0284kPa
=119.2439kPa
因为在恒沸点
由得
解得:
=0.9487=0.0513
=1.0008
=1.3110
P==
=95.0692kPa
设T为340K
则A=1.7884-4.2510-3340=0.3434
=64.7695kPa
=84.8458kPa
由;
=0.8931=1-0.8931=0.1069
=1.0039
=1.3151
=69.9992kPa
设T为352K
则A=1.7884-4.2510-3352=0.2924
=97.2143kPa
=127.3473kPa
=0.9617=1-0.9617=0.0383
=1.0004
=1.3105
=99.9202kPa
说明系统形成共沸物,其共沸温度为352K。
判断,而=1.313,=1.002
∙,且,
∙故形成最低沸点恒沸物,恒沸物温度为344.5K。
∙第四章
∙1.某原料气组成如下:
组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12n-C6H14
y0(摩尔分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045
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1.013Mpa,如果要求将i-C4H10回收90%。
试求:
(1)为完成此吸收任务所需的最小液气比。
(2)操作液气比为组小液气比的1.1倍时,为完成此吸收任务所需理论板数。
(3)各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。
(4)求塔底的吸收液量
(1)最小液气比的计算:
在最小液气比下N=∞,A关=关=
=0.560.85=0.476
(2)理论板数的计算:
操作液气比=
(3)尾气的数量和组成计算:
非关键组分的
吸收率
被吸收的量为,塔顶尾气数量
塔顶组成
按上述各式计算,将结果列于下表
Kmol/h
CH4
76.5
17.4
0.033
0.032
2.524
73.98
0.920
C2H6
4.5
3.75
0.152
0.684
3.816
0.047
C3H8
3.5
1.3
0.439
0.436
1.526
1.974
0.025
i-C4H10
2.5
0.56
1.02
0.85
2.125
0.375
0.0047
n-C4H10
0.4
1.428
0.95
4.275
0.225
0.0028
i-C5H12
1.5
0.18
3.17
1.00
1.500
0.0
n-C5H12
0.144
3.97
2.500
n-C6H14
0.056
10.2
4.500
合计
1
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