-gigantic
分离工程习题
第一章
1.
<
/p>
列出
5
种使用
E
SA
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
< br>-
液萃取（双溶剂）
、吸收、
吸
附。
5.
海水的渗透压由下式近似计
算：
π=RTC/M
，式中
C
为溶解盐的浓度，
g/cm
3
< br>；
M
为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐
0.035
g/cm
3
< br>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
π=RTC/M
＝
8.314
×
298
×
0.035/31.5=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？
< br>
思路
1
：
L , x
i
,
T
L
, P
L
F
zi
T
F
P
F
V-2
V , yi ,Tv ,
Pv
3
股物流均视为单相物流，
总变量数
Nv=3(C+2)=3c+6
习题
5
附图
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
Nx<
/p>
＝
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
：
<
/p>
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<
/p>
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:<
/p>
有
C+2
个加
上节流后的压力共
C+3
个
可调设计变量
Na
< br>：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？
进料，
227K
，
2068kPa
塔顶产物
（
2
）
如果有，请指出哪些附加变
量需要规定？
解：
N
x
u
进料
c+2
压力
9
c+11=7+11=18
N
a
u
串级单元
1
传热
1
合计
2
N
V
U
= N
x
u
+
N
a
u
= 20
附加变量：总理论板数。
组分
N
2
C
1
C
2
C
3
C
4
C
5
C
6
Kmol/h
1.0
54.4
67.6
141.1
< br>54.7
56.0
33.3
9<
/p>
2
塔底产物
习题
6
附图
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<
/p>
(
些
)
设计变量
?
解
:
N
X
U
进料
c+2
压力
40+1+1
c+44 = 47
N
a
u
3+1+1+2 = 7
N
v
u
=
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
< br>；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：
P
1
s
?
156
.
24<
/p>
k
P
a
；
P
2
s
?
63
.
28
kPa
；
P
3
s
?
26
.
88
kPa
由式
(2
-36)
得：
K
1
?
1
.
562
；
K
2
?
0
.
633
；
K
3
?
0
.
269
y
1
?
0
.
7
8
1
；
< br>y
2
?
0
.
158
；
y
3
?
0
.
067
；
?
y
i
?
1
.
006
由于
?
y<
/p>
i
>1.001
，表明所设温度偏高。<
/p>
由题意知液相中含量最大的是苯，由式
(2-62)
得：
K
1
'
?
K
1
?
1
.
5
5
3
可得
T
'
?
367
.
78
K
?
y
i
重复上述步骤：
'
< br>'
?
0
.
6284
；
K
3
?
0
.
2667
K
1
'
?
1
.
553
；
K
2
'
'
y
1
'
?
0
.
7765<
/p>
；
y
2
?
0
.
1511
；
y
3
?
0
.
066675
；
?
y
i
?
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
0.066675
。
(2)
用相对挥发度法：
设温度为
368K
< br>，取对二甲苯为相对组分。计算相对挥发度的：
?
13
?
5.
8
0
7
；
?
23
?
2.353
；
?
33
?
1
.
000
组分
i
x
i
苯
(1)
甲苯
(2)
对二甲苯
(3)
0.50
5.807
0.25
2.353
0.25
1.000
0.2500
?
1.000
3.7418
?
ij
?<
/p>
ij
x
i
2.9035
0.5883
?
ij
?
x
i
?
?
ij
?
x
i
解
2
：
0.7760
0.1572
0.0668
1.0000
(1)
平衡常数法。假设为完全理想系。设
t=95
< br>℃
苯：
ln
P
1<
/p>
s
?
20
.
7936
?
2788
.
5
/(
95
?
273
.
15
?
52
.
36
)
?
11
.
96
；
?
P
1
s
?
1
.
569
?
10
5
Pa
甲苯：
ln
P
2<
/p>
s
?
20
.
9065
?
3096
.
52
/(
95
?
273
.
15
< br>?
53
.
67
< br>)
?
11
.
06
；
?
P
2
s
?
6
.
358
?
1
0
4
Pa
对
二甲苯：
ln
P
3
s
?
20
.
9891
?
3346
.
65
/(
95
?
273
.
15
?
57
.
84
)
?
10
.
204
；
?
P
3
s
?
2
.
702
?
10
4
Pa
K
1
?
P
1
s
P
5
?
1
.
569
?
10
10
5
?
1
.
569
；
K
2
?
P
2<
/p>
s
P
?
0
.
6358
K
3
?
P
3
s
P
?
0
.
2702
?
K
i
x
i
?
1
.
596
?
0
.
5
?
0
.
2702
< br>?
0
.
25
?
0
.
6358
< br>?
0
.
25
?
1
.
011
选苯为参考组分：
K
12
?
1
.
569
1
.
011
?
1
.
552
；解得<
/p>
T
2
=94.61
℃
ln
P
2
s
?
11
.
05
；
<
/p>
P
2
s
?
6
.
281
?
10
4
Pa
P
3
s
?
2
.
6654
?
10
4
Pa
ln
P
3
s
?
10
.
19
；
K
2
=0.6281
K
3
=0.2665
?
K
i
x
i
?
1
.
552
?
0
.
5
?
0
.
62
81
?
0
.
2
5
?
0
.
26
65
?
0
.
2
5
?
0
.
99
97
?
1
故
泡点温度为
94.61
℃，且
y
1
?
1
.
552
?
0
.
5
?
0
.
776
；
y
2
?
0
.
6281
?
0
.
< br>25
?
0
.
157
；
y
3
?
0
.
2665
< br>?
0
.
25
?
0
.
067
(2)
相对挥发度法
设
t=95
℃，同上求得
K
1
=1.569
，
K
2
=0.6358
，
K
3
=0.2702
?
13
?
5
.
807
，
?
23
?
2
.
3
53
，
?
33
?
1
?
?<
/p>
i
x
i
?
5
.
807
?
0
.
5
?
2
.
353
?
0
.
25
?
1
?
0
.
< br>25
?
3
.
74
?
y
i
?
?
?
i
x
i
5
.
807
?
0
.
5
2
.
353
?
0
.
25
1
?
0
.
25
?
?
?
?
1
.
0
< br>3
.
74
3
.
74
3
.
74
?
?
i
x
i
5
.<
/p>
807
?
0
.<
/p>
5
?
0
.
776
；
3
.
74
故泡点温度为
95
℃，且
y
1
?
y
2
?
2
.
353
?
0
.
25
1
?<
/p>
0
.
25
?
0
.
157
y
3
?
?
0
.
067
3
.
74
3
.
74
；
11.
组成为
60%(mol)
苯，
25%
甲苯和
15%
对二甲苯的
1
00kmol
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：
ln
P
1
S
?
20
.
7936<
/p>
?
2788
.
5
1
?
T
?
52
.
36
?
<
/p>
P
1
S
?
179
.
315
kP
a
K
1
?
1
.
77
甲苯：
ln
P
2
S<
/p>
?
20
.
906
5
?
3096
.
52
?
T
?
53
.
67
?
P
2
S
?
73
.
834
kP
a
<
/p>
K
2
?
0
.
729
对二甲苯：
ln
P
3
S
?
20
.
981
?
3346
.
65
?
< br>T
?
57
.
84
?
P
3
S
?
31
.
895
kPa
K
3
?
0
.
315
计算混合组
分的泡点
T
B
T
B
=364.076K
计算混合组分的露点
T
D
T
D
=377.83K
?
1
?
373
?
364
.
076
?
0
.
65
377
.
83
?
364
.
076
f
?
?
1
?
?
?
'
z
i
?
K
< br>i
?
1
?
?
0
.
040443
1
?
?
1
?
K
i
?
1
?
f
?<
/p>
?
1
?
?
?
?
?
1
?
?
1
?
K
i
?
1
?
?
z
i
?
K
i
?
1<
/p>
?
2
2
?
?
0
.
414
?
2
?
?
1
?
f
?
?
1
?
?
0
.
7477
< br>'
f
?
?
1
?
f
?
?
2
?
?
?
0
.
0024<
/p>
?
0
此时：<
/p>
x
1
=0.38
，
x
2
=0.3135
，
x
3
=0.3074
，
L=74.77kmol
；
y
1
=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<
/p>
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
解：以氢为
1
，甲烷为
2
，苯为
3
，甲苯为
4
。
总进料量为
F=460kmol/
h
，
氢
甲烷
苯
甲苯
200
200
50
10
z
1
?
0
.
4348
，
z
< br>2
?
0
.
4348
，
z
3
?
0
.
1087
< br>，
z
4
?
0
.
0217
又
K1=80
，
K2=10
，
K3=0.01
，
K4=0.004
由式
(2-72)
试差可得：
Ψ=0.87
，
由式
(2-68)
计算得：
y1=0.4988
，
y2=0
.4924
，
y3=0.008
，
y4=0.0008
；
V=400.2mo
l/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。
⑴求泡点和露点温度
⑵将此混合物在
< br>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：⑴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
℃。
< br>露点温度计算得：
T
D
=100
℃。
⑵由式
(2-76)
求
T
的初值为
93
℃，查图求
K
I
组分
z
i
K
i
正己烷
正庚烷
正辛烷
0.45
1.92
0.25
0.88
0.30
0.41
?
K
i
?
1
< br>?
z
i
?
?
1
?
?
K
i
?
1
0.2836
-0.0319
-0.2511
?
K
i
?
1
?
z
i
?
1
?
?
?
K
?<
/p>
1
?
?
0
.
0006
?
0
i
所以闪蒸温度为
93
℃。
由式
(2-77)
、
(2-68)
计算
得：
x
C6
=0.308
，
x
C7
=0.266
，
x
C8
=0.426
y
C6
=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%
。
第三章
12.
在
101.3Kpa
压力下氯仿
(1
)-
甲醇
(2)
系统的
NRTL
参数为：
?
12
=8.9665J/mol
，
?
12
=-0.83665J/mol
，
?
12
=0.3
。试确定共沸温度和共沸组成。
安托尼方程
(
P
S
：
P
a
；
T
：
K)
氯仿：
ln
P
1
S
?
20
.
8660
?
2696
< br>.
79
（
T
?
46
.
16
）
甲醇：
ln
< br>P
2
S
?
23
.
4803
?
< br>3626
.
55
（
T
?
34
.
29
）
解：设
T
为
53.5
℃
则
ln
P
1
S
?
20
.
8660<
/p>
?
2696
.
7
9
（
326
.
65
?
46
.
16
）
ln
P
2
S<
/p>
?
23
.
480
3
?
3626
.
55
（
326
.
65
?
34
.
29
）
P
1
S
=76990.1
P
2
S
=64595.6
（
?
?
ij
?
ij
）
由
G
ij
?
exp
，
?
ij
=
?
ji
=
exp
=0.06788
G
12
?
exp
（
?
?
12
?
12
）
（
?
0
.
3
?
8
.
9665
）
=
exp
=1.2852
G
21
?
ex
p
（
?
?
21
?
21
）
（<
/p>
0
.
3
?
0
.
8365
）
2
?
?
?
G
?
12
G
12
21
21
2
ln
?
1
?
x
2
?
2
?
2
?
（
x
?
x
G
）
（
x<
/p>
?
x
G
）
?
1
?
2
21
2
1
12
?
（
?
0
.
8365
）
?
1
.
2852
2
8
.
9665
?
0
.
06788
?
（
1
?
x
1
）
?
=
2
?
2
?
< br>
[
x
?
（
1
?
x
）
?
1
.
285
2
]
（
[
1<
/p>
?
x
）
?
0
.
06788
x<
/p>
]
?
1
2
1
1
?
2
?
?
?
1
.
3817
0
.
6086
（
1
?
x
1
）
?
=
2
?
2
?
（
1
.
2852
?
0
.
2852
x
）
（
1
?
0
.
93212
x
）
?
?
1
1
2
ln
?
2
2
?
?
?
12
G
12
?
21
G
21
?
x
?
?
2
2
?
（
x
?
x
G
< br>）
（
x
?
x
G
）
?
2
?
1
12
1<
/p>
2
21
2
1
?
8
.
9665<
/p>
?
0
.
0678
8
2
?
0
.<
/p>
8365
?
1
.
2852
?
=
x
?
2
?
2<
/p>
?
（
1
?
x
?
0
.
06788
x
）
[
x
?
1
.
2852
（
1
?
x
）
]
?
?
1
1
< br>1
1
2
1
?
?
0
.
0
4131
?
1
.
07507
2
x
?
< br>=
1
?
2
2
?
（
x
1
）
（
1
.
2852
?
0<
/p>
.
2852
x
1
）
?
1
?
0
.
93212
?
P
1
S
769
90
.
1
=0.1755
ln
?
1
-
ln
?
2
=
ln
S
=
ln
P
2
64595
.
6
求得
x
1
=0.32
?
1
=1.2092
?
2
=0.8971
?
x
P
S
i
i
?
i
?
x
1
P
1<
/p>
S
?
1
?
x
2
P
2
S
?
2
=
0
.
32
< br>?
76990
.
1
?
1
.
2092
?
0
.
68
?
64595
.
6
?
0
.
8971
=69195.98Pa
?
101.3kPa
设
T
为<
/p>
60
℃
则
ln
P
1
S
?
20
.
8660<
/p>
?
2696
.
7
9
（
333
.
15
?
46
.
16
）
ln
P
2
S
?
23
.
4803
?
3626
.
55
（
333
.
15
< br>?
34
.
29
< br>）
P
1
S
=95721.9
P
2
S
=84599.9
P
1
S
95721
.
< br>9
=0.1235
ln
?
1
-
ln
?
2
=
ln
S
=
ln
P
2
84599
.
9
设
T
为
56
℃
ln
P
1
S
?
20
.
8660
?
2696
.
79
（
329
.<
/p>
15
?
46
.<
/p>
16
）
则