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：π=RTC/M ，式中C 为溶解盐的浓度，g/cm 3；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 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 )V-2F ziT F P FV , yi ,Tv , PvL , x i , T L , P L习题5附图（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： N x u 进料 c+2压力 9 c+11=7+11=18N 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 c+44 = 47N a u 3+1+1+2 = 7 N v u = 54设计变量：回流比，馏出液流率。

进料，227K ，2068kPa组分N 2C 1C 2C 3C 4C 5C 6Kmol/h 1.054.467.6141.154.756.033.3塔顶产物塔底产物92习题6附图第二章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：k P a P s24.1561= ；kPa P s 28.632= ；kPa P s 88.263= 由式(2-36)得：562.11=K ；633.02=K ；269.03=K781.01=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=K7765.0'1=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组分i苯(1) 甲苯(2) 对二甲苯(3) ∑i x0.50 0.25 0.25 1.000 ij α5.8072.3531.000i ij x α2.9035 0.5883 0.25003.7418 ∑⋅⋅iij iij x x αα0.7760 0.15720.06681.0000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 ；∴ Pa P s 5110569.1⨯=甲苯： 06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln 2=-+-=s P ；∴Pa P s 4210358.6⨯=对二甲苯：204.10)84.5715.27395/(65.33469891.20ln 3=-+-=s P ；∴Pa P s 4310702.2⨯=569.11010569.15511=⨯==P P K s；6358.022==PP K s2702.033==PP K s011.125.06358.025.02702.05.0596.1=⨯+⨯+⨯=∑i i x K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 =0.62813K =0.266519997.025.02665.025.06281.05.0552.1≈=⨯+⨯+⨯=∑i i x K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 =0.2702807.513=α，353.223=α，133=α∑=⨯+⨯+⨯=74.325.0125.0353.25.0807.5i i x α.174.325.0174.325.0353.274.35.0807.5=⨯+∑∑⨯+⨯=∑=ii i i i x x y αα故泡点温度为95℃，且776.074.35.0807.51=⨯=y ；157.074.325.0353.22=⨯=y ；067.074.325.013=⨯=y11.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： ()36.5251.27887936.20ln 1--=T P S kPa P S315.1791=77.11=K甲苯： ()67.5352.30969065.20ln 2--=T P S kPa P S 834.732=729.02=K对二甲苯：()84.5765.3346981.20ln 3--=T P S kPa P S 895.313=315.03=K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 =377.83K65.0076.36483.377076.3643731=--=ψ()()()∑=-ψ+-=ψ040443.011111i i i K K z f()()()[]∑-=-ψ+--=ψ414.01112121'i i i K K z f()()7477.01'112=ψψ-ψ=ψf f()00024.02≈-=ψf此时：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 解：以氢为1，甲烷为2，苯为3，甲苯为4。

总进料量为F=460kmol/h ，4348.01=z ，4348.02=z ，1087.03=z ，0217.04=z 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=400.2mol/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。

组分 流率，mol/h 氢 200 甲烷 200 苯 50 甲苯10⑴求泡点和露点温度⑵将此混合物在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℃。

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 正己烷 正庚烷 正辛烷 z i 0.45 0.25 0.30 K i1.920.880.41()()111-ψ+-i ii K z K0.2836 -0.0319 -0.2511()()∑≈=-ψ+-00006.0111iii K z K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%。