1、 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
2、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-2
3、FziTPFV ,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
4、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.
5、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 i
6、yT8.36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：(
7、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 197.0255.8.05.1 ixK故泡点温度为 94.61，且 ；72y；16. 66.3y(2)相对挥发度法设 t=95，同上求得 =1.569， =0.63
8、58， =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
9、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，mo
10、l/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
11、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
12、 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 ， =）（ ijijGexpj
13、i= =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 101.3kPa设 T 为 60则 ）（ 37
14、8ln1 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 101.3kPa14.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
15、 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 kPa350426.1ln2SP； 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=0.05135ln； =1.0008287； =1.31
16、10P=SiPx=1.0008 0.9487 91.0284+1.31100.0513 119.2439=95.0692 .9 kPa设 T 为 340K则 A=1.7884-4.2510-3 340=0.34343405826.1lnSP； SP1=64.7695 kPa.l2S； S2=84.8458 kPa由）（ 121lnxAPS；）（ 1234.085.769lnx解得： =0.8931 2=1-0.8931=0.10691.34.0l； 1=1.003929n； 2=1.3151P=SiPx=1.0039 0.8931 64.7695+1.31510.1069 84.8458=69
17、.9992 75. kPa设 T 为 352K则 A=1.7884-4.2510-3 352=0.29243524086.1lnSP； SP1=97.2143 kPa352406.1ln2SP； SP=127.3473 kPa由）（ 121lxAS；）（ 1294.7.9lnx=0.9617 2=1-0.9617=0.03831038.24.ln； 1=1.000496； =1.3105P=SiPx=1.0004 0.9617 97.2143+1.31050.0383 127.3473=99.9202 75. kPa说明系统形成共沸物，其共沸温度为 352K。判断 31.68.1392SP，而
18、 =1.313， 2=1.0022121S，且 SP21,，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 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14y0(摩尔分率 ) 0.765 0.045 0.035 0.025 0.045 0.015 0.025 0.045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
19、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) 求塔底的吸收液量解：(1)最小液气比的计算：在最小液气比下 N=，A 关 = 关 =0.0.85=0.56 0.85=0.476关关）（ KVLmin(2)理论板数的计算：操作液气比 =1.2 0.476=0.5712min2.1）（02.156.7关关关 VKLA32.5102.log81log）（）（N(3)尾气的数量和组成计算：非关键组分的 iVKLA吸收率 1Ni被吸收的量为 ，塔顶尾气数量iv iiNvv)1(塔顶组成 Vyii1按上述各式计算，将结果列于下表组分 1NvKmol/hKi iAiNv
20、1iiyCH4 76.5 17.4 0.033 0.032 2.524 73.98 0.920C2H6 4.5 3.75 0.152 0.152 0.684 3.816 0.047C3H8 3.5 1.3 0.439 0.436 1.526 1.974 0.025i-C4H10 2.5 0.56 1.02 0.85 2.125 0.375 0.0047n-C4H10 4.5 0.4 1.428 0.95 4.275 0.225 0.0028i-C5H12 1.5 0.18 3.17 1.00 1.500 0.0 0.0n-C5H12 2.5 0.144 3.97 1.00 2.500 0.0
21、0.0n-C6H14 4.5 0.056 10.2 1.00 4.500 0.0 0.0合计 100.0 - - - 19.810 80.190(4)塔底的吸收量 NL塔内气体平均流率： Kmol/h185.90237.10v塔内液体平均流率： 514.8.9072.0 均均 ）（ VLLN而 ，即 100+ =80.37+NNV101 0N联立求解得 =61.33Kmol/h. =41.70Kmol/hNL0L解 2：由题意知，i-C 4H10 为关键组分由 P=1.013Mpa，t 平=38查得 K 关 =0.56 (P-T-K 图)(1)在最小液气比下 N=， A 关 =中 关 =0.9
22、=0.56 0.9=0.504关关）（ VLmin(2) =1.1 0.504=0.55441.）（ 9.0564关关关 KA所以 理论板数为 48.919.0log1log1 ）（）（ AN(3)它组分吸收率公式 ，iVKL1NiA计算结果如下：塔顶尾气组分 进料量相平衡常数Kii被吸收量 数量 组成CH4 76.5 17.4 0.032 0.032 2.448 74.05 0.923C2H6 4.5 3.75 0.148 0.148 0.668 3.834 0.048C3H8 3.5 1.3 0.426 0.426 1.491 2.009 0.025i-C4H10 2.5 0.56 0.9
23、9 0.90 2.250 0.250 0.003n-C4H10 4.5 0.4 1.386 0.99 4.455 0.045 0.0006i-C5H12 1.5 0.18 3.08 1.00 1.500 0.0 0.0n-C5H12 2.5 0.144 3.85 1.00 2.500 0.0 0.0n-C6H14 4.5 0.056 9.9 1.00 4.500 0.0 0.0合计 100.0 - - - 19.810 80.190以 CH4 为例：=iA032.41750VKL=i32.01032.9489V1(CH4)=(1- )VN+1=(1-0.032) 76.5=74.05i923.05761144 VyCHCH）（）（3） 塔内气体平均流率： Kmol/h108v塔内液体平均流率：L= 95.20LL）（由 =0.5544vl=40.05Kmol/h0L
