分离过程习题答案

1、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。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馏塔才能分离时，就要考虑采用萃取精馏（MSA），但萃取精馏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： =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

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Na0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

3、 ,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。第二章 单级平衡过程2. 计算在0.1013MPa和378.47K下苯(1)-甲苯(2)-对二甲苯(3)三元系，当x=0.3125，x=0.2978，x=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。 ; ; (单位：J/mol)在T=378.47K时液相摩尔体积为： ； ； 安托尼公式为： 苯：； 甲苯：； 对二甲苯：；()解1：由Wilson参数方程 =1.619 =0.629同理： ； ；由Wilson方程： ； ；根据安托尼方程： ； ；由式(2-38)计算得： ； ；如视为完全理想

4、系，根据式(2-36)计算得： ； ；解2：在T=378.47K下苯： ； =207.48Kpa甲苯： ； =86.93Kpa对二甲苯：；=38.23KpaWilson方程参数求取=0.9132 =1.019 =1.2752故 而完全理想系：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%（ mol ）,与其平衡的液相含甲烷0.1304%。用R-K 方程计算 和Ki值。解：a11=3.222MPa dm6 k0.5 mol-2a22=28.9926MPadm6k0.5mol-2 b1=0.0298dm3mol-1 b2=0.0806dm3mol-1其中Tc1=190.6K, Pc1=4.60Mpa Tc2=425.5K, Pc2=3.80Mpa 均为查表所得。 a12=a11a22=9.6651MPadm6k0.5mol-2液相： aa11x12+2a12x1x2+a22x22 =3.220.13042+29.66510.13040.8696+28.99260.86962 =24.1711 b=b1x1+b2x2=0.02980.1304

5、+0.08060.8696=0.0740 由RK方程： P=RT/(V-b)-a/T0.5V(V+b)4.1368 解得Vml=0.1349 ln=lnV/(V-b)+bi/(V-b)-2yiaij/bmRT1.5*ln(V+b)/V+abi/b2RT1.5 ln(V+b)/V-b/(V+b) -ln(PV/RT)ln=ln+ ln()+ ln() -ln =1.3297 =3.7780 同理ln-1.16696，=0.3113 汽相：a 3.2220.603872+29.66510.603870.39613+28.99260.396132 = 10.3484 b=0.02980.60387+0.08060.39613=0.0499 由4.1368= 得=0.5861 ln=ln()+ lnln() =0.0334942 故1.0341 同理，ln-0.522819，=0.5928 故K1=y1/x1=0.60387/0.1304=4.631 ( K1=/)K2y2/x20.45554.(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

6、数法和相对挥发度法计算该物系在100kPa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pyi=pisxi 而Ki= 设T为80时 ,由安托尼公式（见习题1）求出格组分的饱和蒸汽压。101.29kPa，=38.82kPa,=15.63kPa 故=K1x1+K2x2+K3x3 = = =0.641 故所设温度偏高，重设T为91.19， 160.02kPa,=56.34kPa,=23.625kPa 1.00001251 故用平衡常数法计算该物系在100kPa时的平衡温度为91.19 汽相组成：0.8001 0.1409 0.059 (2)相对挥发度法 由于是理想混合物，所以，得 对于理想混合物，得 设T为80时， 101.29kPa,=38.82kPa,=15.63kPa 故2.61,6.48,/5.22,=/12.96 因为1，故0.788 又因为1000.78878.8kPa，而101.290.550.645kPa1.001，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： 可得 重复上述步骤： ； ； ； ； ； 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： ； ；组分i苯(1)甲苯(2)对二甲苯(3)0.500.250.251.0005.8072.3531.0002.90350.58830.25003.74180.77600.15720.06681.0000解2：(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95苯： ； 甲苯： ；对二甲苯：；选苯为参考组分：；解得T2=94.61；=0.6281=0.2665故泡点温度为94.61，且；(2)相对挥发度法设t=95，同上求得=1.569，=0.6358，=0.2702，故泡点温度为95，且；6. 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

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