分离工程习题第一章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：=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 0.035 g/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 =RTC/M8.3142980.035/31.5=2.753kPa。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Nv=3(C+2)=3c+6独立方程数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NxC+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na0V-2FziTPFV ,yi ,Tv ,PL ,xi TL, P习 题 5附 图解：（1） Nv = 3 ( c+2 )（2） Nc 物 c能 1相 c内在(P，T) 2Nc = 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 011.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： Nxu 进料 c+2压力 9c+11=7+11=18Nau 串级单元 1传热 1合计 2NVU = 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+1c+44 = 47Nau 3+1+1+2 = 7进 料 ， 27K， 068kPa 组 分N2C12345C6mol/h.5467.1.0.3塔 顶 产 物塔 底 产 物92习 题 6附 图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：； ；kPas24.156kPas28.63kPas8.263由式(2-36)得：； ；.1K.02 9.03K； ； ；780y15y7y0.1iy由于 1.001，表明所设温度偏高。i由题意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得：可得3.1 iyT8.36重复上述步骤：； ；5.1K24.0 27.03K； ； ；760 15y65.3y3.iy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：； ；5.807132.350.13组分 i 苯(1) 甲苯(2) 对二甲苯(3) ix0.50 0.25 0.25 1.000j5.807 2.353 1.000i2.9035 0.5883 0.2500 3.7418ijix0.7760 0.1572 0.0668 1.0000解 2：(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设 t=95苯： ；96.1)3.52.79/(5.278936.0ln1 sPa5甲苯： ；0.7./.l2s4对二甲苯： ；24.1)8.51.2395/(6.3981.0ln3 sPa47；.05.51Ks 63.02PKs2.3Ps 1.5.638.2.7.596ix选苯为参考组分： ；解得 T2=94.61510.12K；.lnsPPaPs420.；93316=0.6281 =0.26652 197.025.5.8.05.1 ixK故泡点温度为 94.61，且 ；72y；1.6. 6.6.3y(2)相对挥发度法设 t=95，同上求得 =1.569， =0.6358， =0.270212K3， ，807.51335.74.25.01.ix 0.1.3.74.30iiy故泡点温度为 95，且 ；6.581；57.074.3252y 0.432y11.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。解：在 373K 下苯： 36.521.278936.0ln1 TPS kPaS315.791K甲苯： .5.l2S S84.2对二甲苯： 84.576.34981.0ln3 TPS kPaS95.31计算混合组分的泡点 TB TB=364.076K计算混合组分的露点 TD TD=377.83K65.07.348.7143.11iiKzf1.0211 iif74.0112f.2f此时：x 1=0.38，x 2=0.3135，x 3=0.3074，L=74.77kmol；y1=0.6726，y 2=0.2285，y 3=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 200苯 50解：以氢为 1，甲烷为 2，苯为 3，甲苯为 4。总进料量为 F=460kmol/h， ， ，438.01z48.02z1087.z0217.4z又 K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004由式(2-72)试差可得：=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。求泡点和露点温度将此混合物在 101.3kPa 下进行闪蒸，使进料的 50%汽化。求闪蒸温度，两相的组成。解：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液，K I 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：T B=86。露点温度计算得：T D=100。由式(2-76)求 T 的初值为 93，查图求 KI组分 正己烷 正庚烷 正辛烷zi 0.45 0.25 0.30Ki 1.92 0.88 0.411i0.2836 -0.0319 -0.251106.iKz所以闪蒸温度为 93。由式(2-77)、(2-68)计算得：xC6=0.308，x C7=0.266，x C8=0.426yC6=0.591，y C7=0.234，y C8=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%。甲苯 10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。121212安托尼方程( ：Pa； T：K)SP氯仿： ）（ 16.479680.lnT甲醇： ）（ 235342S解：设 T 为 53.5则 ）（ 16.479680.ln1 SP）（ 2935.3242=76990.1 =64595.6S1S由 ， =）（ ijijGexpji= =0.06788）（ 122 ）（ 680exp= =1.2852）（1 ）（ 35.2122112ln）（）（ GG= 211221 0678.985.8360 xxxx）（）（ ）（）（= 21212 35.7）（）（）（ 21121212ln）（）（ GxGx= 211211 85.600678.98 ）（）（ x= 212121 734）（）（ xx- = = =0.17551ln2SP6.5970ln求得 =0.32 =1.2092 =0.8971x21SSiSx= 8971.06458.0291.76032=69195.98Pa 101.3kPap设 T 为 60则 ）（ 378ln1 SP ）（ 29.415.62403.2=95721.9 =84599.9S1S- = = =0.1235ln2SP19.847ln设 T 为 56则 ）（ 16.453260.1 S ）（ 94832lnP=83815.2 =71759.3S1S- = = =0.15532SP13.7592ln当 - =0.1553 时求得 =0.30 =1.1099 =0.95001ln1x1221SSiSx= 950.70.830=75627.8Pa 101.3kPap14.某 1、2 两组分构成二元系，活度系数方程为 21lnAx， 21lnx，端值常数与温度的关系：A=1.7884-4.25 10-3T (T，K)蒸汽压方程为 PS405826.1lnTS3.l2(P：kPa：T：K)假设汽相是理想气体，试问99.75Kpa时 系统是否形成共沸物？ 共沸温度是多少？解：设T为350K则 A=1.7884-4.2510-3 350=1.7884-1.4875=0.30093504826.1lnSP； SP1=91.0284 kPa 350426.1ln2SP； SP2=119.2439 kPa因为在恒沸点由121S得S12）（）（ 1212121lnlnl xAxPS ）（ 1309.4.98l解得： 1x=0.9487 2x=0.05135.ln； =1.