分离过程习题答案

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： 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

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

L , xi , TL , PL

习题5附图

FziTFPF

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 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： Nxu 进料 c+2

压力 9 c+11=7+11=18

Na

u

进料，串级单元 1

习题6附图

合计 2 NVU = 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x1=0.3125，x2=0.2978，x3=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。

12 11 1035.33; 12 22 977.83 23 22 442.15 ; 23 33 460.05

13 11 1510.14 ; 13 33 1642.81 (单位：J/mol) 在T=378.47K时液相摩尔体积为：

LL

v1L 100.91 10 3m3mo l ；v2 136.69 10 3 117.55 10 3 ；v3

安托尼公式为：

s 苯：lnP1 20.7936 2788.T 52.36 ；

甲苯：lnP2s 20.9065 3096. T 53.67 ；

对二甲苯：lnP3s 20.9891 3346. T 57.84 ；(Ps:Pa;T:K) 解1：由Wilson参数方程 ij

vLjv

L

i

exp ij ii RT

Lv2

12 Lexp 12 11 RT

v1

117.55 10 3

exp 1035.33 8.314 378.47 3

100.91 10 =1.619

v1L

21 Lexp 21 22 RT

v2

100.91 10 3

exp 977.83 8.314 378.47 3

117.55 10 =0.629

同理： 13 0.838 ； 31 1.244

23 1.010 ； 32 0.995

kixk

x 由Wilson方程ln i 1 ln ijj x：

j kkjj

j

1 0.9184 ； 2 0.9718 ； 3 0.9930 根据安托尼方程：

s4ss4

P ； ；P 3.823 10Pa 0.2075MPaP 8.693 10Pa312

由式(2-38)计算得：

K1 1.88 ；K2 0.834 ；K3 0.375 如视为完全理想系，根据式(2-36)计算得： K1 2.048 ；K2 0.858 ；K3 0.377 解2：在T=378.47K下

苯： lnP1s 20.7936 2788.5/(378.47 52.36)； P1s=207.48Kpa 甲苯： lnP2s 20.9065 3096.52/(378.47 53.67)； P2s =86.93Kpa 对二甲苯：lnP3s 20.9891 3346.65/(378.47 57.84)； P3s=38.23Kpa Wilson方程参数求取

12

v1L 12 11100.91 10 3 1035.33 Lexp( ) exp( ) 1.193 3

RT8.314 378.47v2117.55 10

L

v2 12 22117.55 10 3977.83 21 Lexp( ) exp( ) 0.854

RT8.314 378.47v1100.91 10 3

L

23 22117.55 10 3v2442.15

Lexp( ) exp( ) 0.7472 3

RT8.314 378.47v3136.69 10 L

v3Lv2

23

32

exp(

23 33

RT

136.69 10 3 460.05) exp( ) 1.346

8.314 378.47117.55 10 3

13 11136.69 10 3v1L1510.14

13 Lexp( ) exp( ) 0.457 3

RT8.314 378.47v2100.91 10

31

L

v3

v1L

exp(

13 33

RT

136.69 10 3 1642.81) exp( ) 2.283

8.314 378.47100.91 10 3

lnr1 1 ln(x1 12x2 13x3) (

31x3x1 21x2

)

x1 12x2 13x3 21x1 x2 23x3 31x1 32x2 x3

0.3125

1 ln(0.3125 1.193 0.2978 0.457 0.3897) (

0.3125 1.193 0.2978 0.457 0.3897

0.854 0.29782.283 …… 此处隐藏：9735字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……