分离工程课后习题答案_

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：π=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

F z i

T F

P F

V , y i ,T v , P v

L , x i , T L , P L

习题5附图

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Nx＝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：

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 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。

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: N X U 进料 c+2 压力 40+1+1

进料，顶产物

底产物

习题6附图

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；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：

kPa P s 24.1561= ；kPa P s 28.632= ；kPa P s 88.263= 由式(2-36)得：

562.11=K ；633.02=K ；269.03=K

781.01=y ；158.02=y ；067.03=y ；006.1=∑i y 由于∑i y >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：

553.11

'1==

∑i

y K K 可得K T 78.367'= 重复上述步骤：

553.1'1=K ；6284.0'

2

=K ；2667.0'3=K 7765.0'1=y ；1511.0'2

=y ；066675.0'3=y ；0003.1=∑i y 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：

5.807 13=α ； 2.353 23=α ；000.133=α

解2：

(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95℃

苯： 96.11)36.5215.27395/(5.27887936.20ln 1=-+-=s P ； 甲苯： 06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln 2=-+-=s P ； 对二甲苯：204.10)84.5715.27395/(65.33469891.20ln 3=-+-=s P ；

569.11010

569.15

5

11=⨯==

P

P K s ；6358.022==

P

P K s

选苯为参考组分：552.1011

.1569

.112==K ；解得T 2=94.61℃ 05.11ln 2=s P ；

Pa P s 4210281.6⨯= 19.10ln 3=s P ；

Pa P s 43106654.2⨯=

2K =0.6281

3K =0.2665

故泡点温度为94.61℃，且776.05.0552.11=⨯=y ；

157.025.06281.02=⨯=y ；067.025.02665.03=⨯=y

(2)相对挥发度法

设t=95℃，同上求得1K =1.569，2K =0.6358，3K =0.2702