传质分离过程课后习题答案.docx
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传质分离过程课后习题答案
第一章绪论
略
第二章习题
xxx、、=)2-对二甲苯(3)三元系,当==1.计算在和下苯
(1)-甲苯(321KK值比较。
并与完全理想系的值。
汽相为理想气体,液相为非理想溶液。
时的已知三个二元系的wilson方程参数(单位:
J/mol):
λλλλ=--;-=22121211λλλλ=---=;33222323λλλλ=---=;331311133T/kmol)为:
m在=K时液相摩尔体积(=×10-3;=×10-3;=×10-3
sTp:
K):
:
Pa;安托尼公式为(
苯:
1n=();
甲苯:
1n=();
对-二甲苯:
1n=();
解:
由Wilson方程得:
Λ=exp[-(λ-λ)/RT]111212=×exp[-/×]=
Λ=Λ=Λ=312113Λ=Λ=3223lnγ=1-ln(ΛX+Λ2112?
XXX?
X])-[3132121?
?
313X?
?
?
?
X?
X?
?
?
XX?
X?
XX?
?
X332231123322113132121.
=
γ=1同理,γ=;γ=32SS==PlnP11SS=P=lnP22SS==lnPP33作为理想气体实际溶液,
K==,K=,K=312若完全为理想系,
K==K=K=312
2.在361K和下,甲烷和正丁烷二元系呈汽液平衡,汽相含甲烷%(mol)与,KiRK和其平衡的液相含甲烷%。
用值。
-方程计算
-26mol?
dm?
?
==解:
a11mol?
?
-26dm?
a==MPa22-13==dmmolb1-13==dmmolb2=,P=其中Tc1c1P=T=,c2c2均为查表所得。
mol?
?
-26=a√a?
=dm?
a221211液相:
+axx+2ax=aax222221121211.
=×+2×××+×=
b=bx+bx=×+×=2121由R-K方程:
P=RT/(V-b)-a/[(V+b)]
=-
l=解得Vmln=ln[V/(V-b)]+[b/(V-b)]-2Σi/{[ln[(V+b)/V]-[b/(V+b)]}-ln(PV/RT)a/*ln[(V+b)/V]+abyiiji-ln=ln+×ln()+
×[ln()
]-ln-=
=
==,同理ln+×=a=×+2×××汽相:
×=b=×+由=-=得v-lnΦ=ln()+1
-×[ln]ln()
=
v故Φ=1.
同理,ln=,=
v)=/Φ=y故K/x==(K11111/x==K=y222
yy=,)-甲醇(3)三组分蒸汽混合物的组成为3.乙酸甲酯
(1)-丙酮(221y方程表示,。
汽相假定为理想气体,液相活度系数用Wilson=(摩尔分率)=,350℃时该蒸汽混合物之露点压力。
试求2-6】P24例2-5,解:
由有关文献查得和回归的所需数据为:
【℃时各纯组分的饱和蒸气压,kPa50SSSP=P=P=321cm3/mol50℃时各组分的气体摩尔体积,lllV=V=V=321Wilson常数:
由50℃时各组分溶液的无限稀释活度系数回归得到的=Λ=Λ=Λ312111Λ=Λ=Λ=322212=ΛΛ=Λ=331323x=,x=。
按理想溶液确定初值x1()假定x值,取=,312××+=p=×+和Λ求γx
(2)由iij方程从多组分Wilson-lnγ=1-ln∑i)-[+xΛ+x+=1-ln(xγ得lnΛ+31211213=
故γ=1同理,γ=γ=32(3)求KiK=iK=exp=1同理K=K=32(4)求∑xi∑x=++=i整理得x=x=x=312在p=内层经7次迭代得到:
x=,x=,x=321(5)调整p
p=
=p
=×+×+×=
在新的p下重复上述计算,迭代至p达到所需精度。
最终结果:
露点压力
平衡液相组成:
x=x=x=321
4.一液体混合物的组分为:
苯;甲苯;对-二甲苯(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100kPa时的平衡温度和汽相组成。
假设为完全理想物系。
平衡常数法
(1)解:
因为汽相、液相均为完全理想物系,故符合乌拉尔定律py=psxiii而K==i设T为80℃时,由安托尼公式(见习题1)求出格组分的饱和蒸汽压。
=,=,=
故=Kx+Kx+Kx313122=
=
=<1
故所设温度偏低,重设T为95℃时
=,=,=
=>1
故所设温度偏高,重设T为℃,
=,=,=
=≈1
故用平衡常数法计算该物系在100kPa时的平衡温度为℃
汽相组成:
====
====
====
(2)相对挥发度法
由于是理想混合物,所以,得
对于理想混合物,得=
设T为80℃时,
==,,=
故=,=,=/,=/
因为=1,故=
又因为=100×=,而=×=<
故所设温度偏低;
重设T=92℃时=,=,=
得故=,=,=/,=/
因为=1,故=,=,=
且=100×=,而=×=,基本相等
因此,由相对挥发度计算该物系平衡温度为92℃,
此时=,=,=
5.一烃类混合物含有甲烷5%、乙烷10%、丙烷30%及异丁烷55%(mol),试求混合物在25℃时的泡点压力和露点压力。
解:
设甲烷为1组分,乙烷为2组分,丙烷为3组分
因为各组分都是烷烃,汽液相均可视为理想溶液,故符合乌拉尔定律。
25℃时,=,=,=
(1)泡点压力
=×5%+×10%+×30%+×55%
=
(2)露点压力时由乌拉尔定律得,
代入=1,并化简得=
故露点压力为。
.
AE)的二元物系。
液相活20%(mol))醋酸乙酯(乙醇()和80%6.含有(molAA=。
试计算在压力下的泡点温度和露点温方程计算,=,度系数用VanLaarEAAE度。
解:
由Vanlaar方程得:
,得=
得=
因为低压气体可视为理想气体,故
,得
(1)泡点温度时,设T=,由安托尼方程得
=,=
故+=
=<1,可知所设温度偏低,重设T=:
此时=,=
+==≈1
故泡点温度为
(2)求露点温度,此体系可视为理想气体,由,得
=设T
=,,由安托尼方程得=
故==>1,故所设温度偏低1=时=≈重设T故露点温度为
8.组成为60%苯,25%甲苯和15%对-二甲苯(均为mol百分数)的液体混合物100kmol,在和100℃下闪蒸。
试计算液体和气体产物的数量和组成。
假设该物系为理想溶液。
用安托尼方程计算蒸汽压。
解:
设苯为组分1,甲苯为组分2,对二甲苯为组分3。
100℃时,【P33例2-7】
=,=,=
对于低压气体,气相可视为理想气体,液相可视为理想溶液,
故=,得==,==,==
(1)核实闪蒸温度
假设100℃为进料的泡点温度,则
=×+×+×=>1
假设100℃为进料的露点温度,则
=>1
说明实际的进料泡点温度和露点温度分别低于和高于规定的闪蒸温度,闪蒸问题成立。
(2)求ψ,令ψ=
=+
=+
=
>0,应增大ψ值。
计算R-K方程导数公式为:
=-{++}?
)('f{++}=-
而=
以=为初值进行迭代,得下表
迭代次数/
1
2
—3
可知数值已达到P-T-K图的精确度
(3)计算,
==
==
同理,=,=
=,=
(4)计算,
==×100=84kmol
==100-84=16kmol
(5)核实,
=,=,结果以满意
9.在kPa下,对组成为45%(摩尔百分数,下同)正已烷,25%正庚烷及30%正辛烷的混合物计算。
(1)泡点和露点温度
(2)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:
因为各组分都是烷烃,所得的汽、液相均可看成理想溶液,只取决于温度和压力,若计算精度不要求非常高可使用烃类的P-T-K图,见图2-1
假设T=82℃,由P=得下表:
组分
45%正己烷%正庚烷25正辛烷30%
=<1,说明所设温度偏低,重设T=℃,得组分
45正己烷%正庚烷25%
正辛烷%30,故泡点温度为℃。
=≈195同理,可迭代求出露点温度设T=℃,此时=/组分
正己烷45%
%正庚烷25
正辛烷30%
=℃,得T/=>1,所设温度偏低,重设组分=/%正己烷45
%25正庚烷.
正辛烷30%
/=≈1,满足精度要求,故露点温度为℃。
(1)进料50%气化,则由公式得T=℃为闪蒸温度,查表2-1得:
组分
%%正己烷
%正庚烷%
%正辛烷%结果
(1)泡点:
,露点:
;
(2)闪蒸温度;气相组成:
正已烷—,正庚烷—,正辛烷—;
液相组成:
正已烷—,正庚烷—,正辛烷—。
(均为摩尔分数)
)溶液中)A8%(质量)的水(C10.以甲基异丁基酮为溶剂(),从含醋酸(B(质量)的醋。
若萃余液仅含萃取醋酸。
萃取温度25℃,进料量13500kg/h1%(质量分数之比)。
计算单级操作时溶剂酸,假设水和溶剂是不互溶的,KD=的需要量?
Perry手册中查得=(质量分数)。
解:
假设水和溶剂是互不相容得,从由于此体系中醋酸得含量相当低,可认为==12420kg/h13500=×
=()/12420=1因萃余液含B%的,故==
从式(2-106)解
=-1=()-1=
从式(2-105)S==×(12420/)=163000kg/h
11.萃取原料为乙二醇水溶液,其中乙二醇质量含量为45%。
用相同质量的糠醛作为溶剂。
操作条件:
25℃、101kPa。
在该条件下乙二醇(B)-糠醛(C)-水(A)的三元相图如附图所示,图中组成为质量百分数。
计算萃取相和萃余相的平衡组成。
解:
计算基准:
进料100g质量分数为45%的乙二醇水溶液,从图2-13可知,进料(F)含A55g、B45g。
溶剂(S)是纯C100g。
令=E(萃取液),=R(萃余液)。
计算步骤如下:
(1)在相图上标注进料组成点F和溶剂点S。
(2)确定混合点M,使M=F+S=E+R。
(3)在相图上应用杠杆规则。
设为组分在萃余液中的质量分数,为组分在进料和溶剂混合相中总的质量分数。
对溶剂C作物料衡算:
,得
S、M和F三点应在一条直线上
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