化工分离过程课后答案刘家祺文档格式.docx
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298×
=。
所以反渗透膜两侧的最小压差应为。
5.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,Pv
L,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
6.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,2068kPa
量需要规定
Nxu进料c+2
压力9
Nau串级单元1
传热1
合计2
组分Kmol/h
9
2
习题6附图
塔底产物
N
V
U=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
T
P
冷却器
加热器换热器
泵
CO+蒸汽
蒸
T出
P塔
水蒸气
10
Nvu=N+M+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+1c+N+M+5
Nau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
140kPa
S
进料F
再沸器
40
200
1140kPa阀20
Kmol/h
苯10
甲苯
联苯
%(mol)苯
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+1c+44=47
Nau3+1+1+2=7
Nvu=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a和下苯
(1)-甲苯
(2)-对二甲苯(3)三元系,当x1=,x2=,x3=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。
12111035.33;
1222
2322
13111510.14
;
2333
13331642.81
3
(单位:
J/mol)
在T=时液相摩尔体积为:
1
vL103m3
安托尼公式为:
kmol
;
vL103
s
苯:
lnP1
2788.51T;
甲苯:
lnP2
3096.52
T;
对二甲苯:
lnP3
3346.65T;
(Ps
:
Pa;
T:
K)
解1:
由Wilson参数方程ij
L
ij
ii
jexp
v
i
RT
vL
2
exp
RT
12L
1211
10
exp1035.33
103
=
21L
exp2122
exp
103
同理:
13
23
31
32
kixk
由Wilson方程lni1lnijxjx:
jk
j
kjj
1
2
3
根据安托尼方程:
Ps07M5
由式(2-38)计算得:
Pa;
Ps104Pa
K1
K2
K3
如视为完全理想系,根据式(2-36)计算得:
K148;
解2:
在T=下
lnPss
2788.5/;
Ps=
lnP2
3096.52/;
P2=
Wilson方程参数求取
3346.65/;
P3=
1
103
exp(1211)
exp(
1035.33
)
RT103
exp(1222)
21L
exp(2322)
23L
3
exp(2333)
32L
exp(1311)
1510.14
13L
exp(1333)
1642.81
31L
lnr1ln(x
x
x)(x1
21x2
31x3)
11122133
x112x213x3
21x1x223x3
31x132x2x3
1ln(
)
r1=
lnr
1ln(xx
x
)(
xx
x)
xxx
1ln(
r2=
x)(
x
x
x)
1ln(
)
r3=
故
KrP
111P
222P
333P
而完全理想系:
Ps
K1
K2
K3
1P
2P
3P
2.一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:
PsPa;
PsPa
由式(2-36)得:
y181
y2
y3
yi
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:
K'
K1
53
可得T'
yi
重复上述步骤:
K'
i
y'
y'
;
y
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:
组分i
苯
(1)
甲苯
(2)
对二甲苯(3)
xi
ij
ijxi
ijxi
135.807;
33
(1)平衡常数法。
设t=95℃
lnPs
2788.5/(95;
Ps105Pa
lnPs
3096.52/(95;
/(95;
KP5;
KP
1
1P10
3P
10522P
Kixi
选苯为参考组分:
K12;
解得T2=℃
ss4
lnP2;
P210Pa
lnP3;
P310Pa
K2=
K3=
Kixi1
故泡点温度为℃,且y1;
y2;
y3
(2)相对挥发度法
设t=95℃,同上求得K1=,K2=,K3=
13,23,331
ixi1
yi
ixi
1
故泡点温度为95℃,且y1
;
yy
2;
3
3.一烃类混合物含甲烷5%(mol),乙烷10%,丙烷30%及异丁烷55%,试求混
合物在25℃时的泡点压力和露点压力。
因为各组分都是烷烃,所以汽、液相均可以看成理想溶液,Ki值只取决于
温度和压力。
可使用烃类的P-T-K图。
⑴泡点压力的计算:
75348
假设P=,因T=25℃,查图求Ki
甲烷
(1)
乙烷
(2)
丙烷(3)
异丁烷(4)
∑
Ki
yiKixi
Kixi=<1,说明所设压力偏高,重设P=
Kixi=≈1,故泡点压力为。
⑵露点压力的计算:
假设P=,因T=25℃,查图求Ki
xyi
iK
yi=>,说明压力偏高,重设P=。
K
组分i甲烷
(1)乙烷
(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑
yi=≈1,故露点压力为。
(1)求泡点压力:
设P1=1000KPa,由25℃,1000KPa,查P-T-K列线图得Ki
K1=
K2=
K4=
所以yi1
选异丁烷为参考组分
K43
K42
yi
,查得P=1771KPa
在此条件下求得yi=1,继续调整
K44
43
,查得P=1800KPa
序号
组分
xi
1000KPa
2000KPa
1770KPa
1800KPa
yi
甲烷
乙烷
丙烷
4
异丁烷
求得:
yi1,故混合物在25℃的泡点压力为1800KPa
(2)求露点压力
y
所以
xii
K42K41xi
由25℃,K42=查得P=560KPa,查得各组分的Ki值
组成
560KPa
求得xi1故混合物在25℃时的露点压力为560KPa
4.含有80%(mol)醋酸乙酯(A)和20%乙醇(E)的二元物系,液相活度系数用Van
Laar方程计算,AAE=,AEA=。
试计算在压力下的泡点温
度和露点温度。
安托尼方程为:
醋酸乙酯:
lnPA
T
乙醇:
lnPE
⑴泡点温度
(PS:
T:
K)
此时xA,xE
lnA
AAE
1AAExA
44
144
075
AEA
xE
70
A075
lnE
AEA
1AEAxE
70
170
013
E
设T=350K
AAExA
44
lnPA
2790.50T
A
S100271Pa
lnPE
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