分离过程习题答案.docx
- 文档编号:9216771
- 上传时间:2023-02-03
- 格式:DOCX
- 页数:56
- 大小:354.08KB
分离过程习题答案.docx
《分离过程习题答案.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《分离过程习题答案.docx(56页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
分离过程习题答案
第一章绪论
1.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。
答:
属于ESA分离操作的有精馆、萃取精馆、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馆。
属于MSA分离操作的有萃取精馆、液-液萃取、液-液萃取(双溶剂)、吸收、
吸附。
2.比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。
答:
当被分离组分间相对挥发度很小,必须采用具有大量塔板数的精馆塔才能分离时,就要考虑采用萃取精馆(MSA),但萃取精馆需要加入大量萃取剂,萃取剂的分离比较困难,需要消耗较多能量,因此,分离混合物优先选择能量媒介(ESA)方法。
3.气体分离与渗透蒸发这两种膜分离过程有何区别?
答:
气体分离与渗透蒸发式两种正在开发应用中的膜技术。
气体分离更成熟些,渗透蒸发是有相变的膜分离过程,利用混合液体中不同组分在膜中溶解与扩散性能的差别而实现分离。
5.海水的渗透压由下式近似计算:
n二RTC/M,
式中C为溶解盐的浓度,g/cm3;为离子状态的各种溶剂的平均分子量。
若从含盐0.035g/cm3的海水中制取纯水,M=31.5,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n=RTC/M=8.314X298X0.035/31.5=2.753kPa0
所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa。
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N\=3(C+2)=3c+6独立方程数Me
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Mi
=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3
固定设计变量M=C+2,加上节流后的压力,共C+3个
可调设计变量Na=O
解:
(1)Nv=3(c+2)
(2)Nc物c
能1
相c
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Me:
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?
解:
N,进料c+2
压力9
c+ll=7+ll=18
N;串级单元1传热1
合计2
Nv°=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Wilson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6.69x10“
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=20.9891—3346&/了一57.84);(PJPgT.K)
解1:
由Wilson参数方程心=^exp[-(2..-A^/Rt]
117.55x10“
100.91x10-3
A|2=^rexp[-(^12-Ah)/7?
T]
exp[-(-1035.33)/(8.314x37&47)]
=1.619
100.91x10“
117.55x10-3
A2严約p[-仏-氐加]
exp[-(977.83)/(8.314x37&47)]
=0.629
同理:
a13=0.838;A3i=l・244
由Wilson方程In=1-InYAx.-VA;:
IV'JUZZj
/j=0.9184;/2=0.9718;儿=0.9930
根据安托尼方程:
片、=0.2075MPa;P;=&693x104Pa;P;=3.823x104Pa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
苯:
In片=20.7936-2788.5/(37&47-52.36);/.P;=207.48Kpa
甲苯:
InP;=20.9065-3096.52/(378.47-53.67);/.P;=86.93Kpa
对二甲苯:
In/V=20.9891-3346.65/(378.47-57.84);二&=38.23Kpa
Wilson方程参数求取
ap=4exp(-仏也)」00.9"。
:
沁(-一曲3=门
vfRT117.55x1()7r8.314x378.47
A21_
=4exp(-吐生)=117-55X10';exp(-97783)=0.854
计RT100.91x10"38.314x378.47
117,55x10-44^1^?
472
13669x107匸8.314x378.47
vf,心一兄33、136.69x1()7-460.05、"必
廿Lp(—「36.692
32_7FeXP-—-117.55xlO-3CXP-8.314x378.47-、
=exp(-一1?
1(),14一)=0.457
vfz召-兄33、136.69x10'3
A3i=—exp(
vi
RT100.9lxlO"38.314x378.47
_=、exp(__~164181-)=2.283
RT100.91x1O''8.314x378.47
In/j=1-]n(X[+a,nx2+abxJ-(十+)
Xj+AI2X2+A13X3A21Xj+X2+A2.X3亠“+A32X2+為
=1-ln(0.3125+1.193x0.2978+0.457x0.3897)-(巴兰
0.3125+1.193x0.2978+0.457x0.38972.283x0.3897
八二0.9132
A23A2
/\=1.019
In5=1—ln(.£A]】+x>a,3+兀3)—(+w」+)
X,+A|2X24-AbX3A21X(+人23心人剂斗+A32X2+心
i(0・3l25x0.457+0.29E.346+0.3897)-(o325+“93x0.2978+0.457x0.3897
0.3125x0.457
0.7472x0.2978十0.3897
+0.854x0.3125+0.2978+0.7472+0.3897+2.283x0.3125+1.346x0.2978+0.3897=0.2431
・・・^=1.2752
故
(=〃%=0・9132x207.4%。
]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=0.3774
3.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
解:
au=P"=3.222MPa•dmh•k05•mol2
0.42748/?
2xT~5
a22==28.9926MPa*dm,ek°'•mol~
0.08664/?
2xr(.
0.42748/?
2xT25
b2=P"=0.0806dmmol
Tc2=425.5K,Pd>=3.80Mpa
均为查表所得。
ai2=Vaii#a22=9.6651MPa®dm•ku•mol
液相:
a=anXi2+2ai2XiX2+a22X22
=3.22X0.13042+2X9.6651X0.1304X0.8696+28.9926X0.86962=24.1711b=biXi+b2x2=O.0298X0.1304+0.0806X0.8696=0.0740由R-K方程:
P二RT/W-bAa/ir^W+b)]
0.0083145x36124J711
4.1368=V'n-0.0740_36105V,!
n(V;n+0.0740)
解得V>0.1349
In灵=ln[V/(V-b)]+[bi/(V-b)]-2工
y/bmRT1*5*1n[(V+b)/V]+abi/b2RTL5{[ln[(V+b)/V]-[b/(V+b)]}-ln(PV/RT)
0.13490.0298
1n农二i口0.1349-0.0740+0.1349-0.0740_
2x(O・1304x3.222+0.8696x9.6651)0.1349+0.0740
0.0740x0.0083145x361*5xin(0.1340)+
24.171lx0.02980,1347+0.0740
0.07402x0.0083145x36115X[ln(0.1349)
0.07404.1368x0.1349
_0.1347+0.0740]-ln0.0083145x361
=1.3297
灵=3.7780
同理ln^=-l.16696,=0.3113
汽相:
a=3.222X0.603872+2X9.6651XO.60387X0.39613+28.9926X0.39613,=10.3484b=0.0298X0.60387+0.0806X0.39613二0.0499
0.0083145x36110.3484
由4.1368=匕;一_3610.0499)
得s=0.5861
0.58610.0298
]门<1>I二]口(0.5861—0.0499)+0.5861—0.0499—
2x(0.60387x3.222+0.39613x9.6651^0.5861-0.0499十10.3484x0.02980.0499x0.0083145x361'5X°0.5861十0.049bx0.0083145x36尸
0.5861+0.04990.04994.1368x0.5861
X[in0.58610.5861+0.0499]_in(0.0083145x361)
=0.0334942
故①;=1.0341同理,1";=-0.522819,处=0.5928
故Kpyi/xFO.60387/0.1304=4.631(/①;)
1—0.60387
K2=y2/x2=1-0.1304=0.4555
4.
(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。
解:
(1)平衡常数法
因为汽相、液相均为完全理想物系,故符合乌拉尔定律py,=p:
sxi
21pL
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;(Xa
Pxp;p;
—X.+—X,+—
=PP'P
=0.64<1
故所设温度偏低,重设T为95七时
“=176.OOkPa,“2二63.47kPa,必=27.01kPa
比+力+儿=1.11>1
故所设温度偏高,重设T为91.19°C,
p;=160.02kPaf“;二56.34kPa.内=23.625kPa
)1+力+『3=10000125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=P=100=0.8001
仍丫56.34ay
一J2x0.25
yi=^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,
S
K=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=50.645kPa<
故所设温度偏低;
重设T=92°C时H=163.31kPa,lJ'=57.82kPa,=24.31kPa
得故知=2.8241知=6.718,儿=儿/5・64&儿二儿/13,436
因为儿+>2+)3=1,故Ji=o799,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=0・141,力二0.0595
4・
(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:
P;=156.24RP";P;=63.28RM;P;=26.88kPa
由式(2-36)得:
K]=1.562;K2=0.633;K.=0.269
y,=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⑴
甲苯
(2)
对二甲苯
(3)
0.50
0.25
0.25
1.000
5.807
2.353
1.000
2.903
5
0.5883
0.2500
3.741
8
a厂x,.
0.776
0.1572
0.0668
1.000
0
0
解2:
(1)平衡常数法。
假设为完全理想系。
设t=95°C
苯:
InP;=20.7936-2788.5/(95+273.15-52.36)=11.96;
P;=1.569xl05Pa
甲苯:
InP;=20.9065-3096.52/(95+273」5—53.67)=11.06;
〃=6.358x1()4Pd
对二甲苯:
ln/y=20.9891-3346.65/(95+273.15-57.84)=10.204;
/.&=2.702x105/
K广%=l・569xl%5=1.569;心=呀=0.6358
=卩%=0.2702
.工g=1.596x0.5+0.2702x0.25+0.6358x0.25=1.011
选苯为参考组分:
心=156%0]]=1.552;解得294.619
In=11.05;P;=6.281xlO4Pa
In々=10.19;P;=2.6654x104Pa
:
.K?
=0.6281©=0.2665
=1.552x0.5+0.6281x0.25+0.2665x0.25=0.9997al
故泡点温度为94.6TC,且戸=1.552x0.5=0.776;
比=0.6281x0.25=0.157;y3=0.2665x0.25=0.067
(2)相对挥发度法
设t=95°C,同上求得K产1.569,心=0.6358,©=0.2702
・al3=5.807a》=2.353a33=1
・內=5.807x0.5+2.353x0.25+1x0.25=3.74
=1.0
为儿=工上丄.=°曲7x(2*_2.3、3X().2、*
工匕召3.743.743.74
2.353x0.25
1x0.25
5•>~
…3.74
=°157.>,3=3.74=0°67
2.5
13•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。
2.5
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;“4》p:
X;
CH
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)=:
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70.5C.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。
解:
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
mibiiiuumil
丄」■」AR
In府=9.3635-3096.52/(7-53.67)曹
InP;=9.3993一3279.47/(T一79.47)
设T为70°C,343.15K
In片°=11.6834-3816.44/(7-46.13)
=11.6834-3816.44/(343.15—46.13)=-1.1657
Pj°=31170Pa
InP2°=9.3635—3096,52/(T-53.67)
=9.3635-3096.52/(343.15-53.67)=-1.3033
=27163Pa
文档在线
InP?
=9.3993-3279.47/(7一79.47)的
=9.3993-3279.47/(343.15-79.47)=-2.18075
=11296Pa
P=幷°十户0鸥十Pj局
34
=31170+27163x—+11296x—=49266Pn
77
得P小于所给P,前设温度偏低,再设T为71°C,344.15K,
In=11.6834-3816.44/(7-46.13)
=11.6834一3816.44/(344.15-46.13)=-1.12259冇°=32544Pa
文档枉战LVIHlimKIlFillN・丄丄A1
InP?
=9.3635一309&.52/(7-53.67)
=9.3635-3096.52/(344.15-53.67)=-1.26651
Pi=28181Pa
InP;=9.3993-3279.47/(T-79.47)
=9.3993-3279.47/(344.15-79.47)=-2.1400
P;=11766Pn
P=P2X2+
34
=32544+28181x—+11766x—=51345P
77"
设T为70.65C,343.8K「
文档在憐I
.HiNii.b.rv
lii片。
=11.6834-3816.44/(7-46.13)
=11.6834
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 分离 过程 习题 答案