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 )（2） Nc 物 c 能 1 相 c 内在(P ，T) 2 Nc = 2c+3 （3） Ni = Nv – Nc = c+3V -2F z iT F P FV , y i ,T v , P vL , x i , T L , P L习题5附图（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。

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=进料，227K ，2068kP a组分N 2C 1C 2C 3C 4C 5C 6K m ol/h1.054.467.6141.154.756.033.3塔顶产物塔底产物92习题6附图由式(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==∑iy 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组分i苯(1) 甲苯(2) 对二甲苯(3)0.500.250.25 1.0005.807 2.353 1.0002.9035 0.5883 0.25003.74180.77600.15720.06681.0000解2：(1)平衡常数法。

假设为完全理想系。

设t=95℃苯： 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 ；569.11010569.15511=⨯==PP K s；6358.022==PP 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 =0.2702807.513=α，353.223=α，133=α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 S 315.1791= 甲苯： ()67.5352.30969065.20ln 2--=T P S kPa P S 834.732= 对二甲苯：()84.5765.3346981.20ln 3--=T P S kPa P S 895.313= 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组分 流率，mol/h 氢 200 甲烷200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。

⑴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 i1.92 0.88 0.410.2836-0.0319-0.2511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： 12τ=8.9665J/mol ，12τ=-0.83665J/mol ，12α=0.3。

试确定共沸温度和共沸组成。

安托尼方程(S P ：Pa ；T ：K)氯仿：）（16.4679.26968660.20ln 1--=T P S甲醇：）（29.3455.36264803.23ln 2--=T P S 解：设T 为53.5℃苯 50 甲苯10则）（16.4665.32679.26968660.20ln 1--=S P S P 1=76990.1 S P 2=64595.6由）（ij ij ij G τα-=exp ，ij α=ji α）（121212exp τα-=G =）（9665.83.0exp ⨯-=0.06788）（212121exp τα-=G =）（8365.03.0exp ⨯=1.2852 =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯+⨯-+⨯--211221221]06788.01[06788.09665.8]2852.11[2852.18365.01x x x x x ）（）（）（）（ =⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+---21212193212.016086.02852.02852.13817.11）（）（）（x x x =⎥⎦⎤⎢⎣⎡-+⨯-++-⨯211211221]12852.1[2852.18365.006788.0106788.09665.8）（）（x x x x x =⎥⎦⎤⎢⎣⎡--+-2121212852.02852.107507.193212.0104131.0）（）（x x x 1ln γ-2ln γ=S S P P 21ln =6.645951.76990ln=0.1755 求得1x =0.321γ=1.2092 2γ=0.8971=8971.06.6459568.02092.11.7699032.0⨯⨯+⨯⨯ =69195.98Pa 101.3kPa设T 为60℃则）（16.4615.33379.26968660.20ln 1--=S PS P 1=95721.9 S P 2=84599.91ln γ-2ln γ=S S P P 21ln =9.845999.95721ln=0.1235 设T 为56℃则）（16.4615.32979.26968660.20ln 1--=S PS P 1=83815.2 S P 2=71759.31ln γ-2ln γ=S S P P 21ln =3.717592.83815ln=0.1553 当1ln γ-2ln γ=0.1553时求得1x =0.30 1γ=1.1099 2γ=0.9500=9500.03.7175970.01099.12.8381530.0⨯⨯+⨯⨯ =75627.8Pa 101.3kPa14.某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为221ln Ax =γ，212ln Ax =γ，端值常数与温度的关系：A=1.7884-4.25⨯10-3T (T ，K) 蒸汽压方程为T P S40500826.16ln 1-=T P S 40503526.16ln 2-= (P ：kPa ：T ：K)假设汽相是理想气体，试问99.75Kpa 时①系统是否形成共沸物？②共沸温度是多少？ 解：设T 为350K则A=1.7884-4.25⨯10-3⨯350=1.7884-1.4875=0.300935040500826.16ln 1-=S P ；∴SP 1=91.0284 kPa35040503526.16ln 2-=S P ；SP 2=119.2439 kPa因为在恒沸点由1221112==S SP P γγα得SS PP 1221=γγ 解得：1x =0.9487 2x =0.0513∴210513.03009.0ln ⨯=γ；1γ=1.0008229487.03009.0ln ⨯=γ；2γ=1.3110P=∑Si i i Px γ=1.0008⨯0.9487⨯91.0284+1.3110⨯0.0513⨯119.2439 =95.069275.99≠ kPa设T 为340K则A=1.7884-4.25⨯10-3⨯340=0.343434040500826.16ln 1-=S P ；SP 1=64.7695 kPa 34040503526.16ln 2-=S P ；SP 2=84.8458 kPa由）（12121ln x A P PS S -=；）（1213434.08458.847695.64ln x -=解得：1x =0.8931 2x =1-0.8931=0.1069∴211069.03434.0ln ⨯=γ；1γ=1.0039228931.03434.0ln ⨯=γ；2γ=1.3151P=∑Si i i Px γ=1.0039⨯0.8931⨯64.7695+1.3151⨯0.1069⨯84.8458 =69.999275.99≠ kPa设T 为352K则A=1.7884-4.25⨯10-3⨯352=0.292435240500826.16ln 1-=S P ；SP 1=97.2143 kPa 35240503526.16ln 2-=S P ；SP 2=127.3473 kPa由）（12121ln x A P PS S -=；）（1212924.03473.1272143.97ln x -=∴1x =0.96172x =1-0.9617=0.0383∴210383.02924.0ln ⨯=γ；1γ=1.0004229617.02924.0ln ⨯=γ；2γ=1.3105P=∑Si i i Px γ=1.0004⨯0.9617⨯97.2143+1.3105⨯0.0383⨯127.3473 =99.920275.99≈ kPa说明系统形成共沸物，其共沸温度为352K 。