化工分离过程课后答案刘家祺文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）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/cm3；M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。

若从含盐 g/cm3的海水中制取纯水，M=，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＝×298×=。

所以反渗透膜两侧的最小压差应为。

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+6F z iT FP FV , y i ,T v , P vL , x i , T L , P L习题5附图独立方程数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) 2Nc = 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： Nxu 进料 c+2压力 9c+11=7+11=18Nau 串级单元 1传热 1合计 2N V U = Nxu+Nau = 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: NXU进料 c+2压力 40+1+1c+44 = 47N a u 3+1+1+2 = 7进料，顶产物底产物习题6附图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；甲苯；对二甲苯(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=K781.01=y ；158.02=y ；067.03=y ；006.1=∑i y 由于∑i y >，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 在温度为时，存在与之平衡的汽相，组成为：苯、甲苯、对二甲苯。

(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 ；569.11010569.15511=⨯==PP K s ；6358.022==PP K s选苯为参考组分：552.1011.1569.112==K ；解得T 2=℃05.11ln 2=s P ；Pa P s 4210281.6⨯= 19.10ln 3=s P ；Pa P s 43106654.2⨯=2K = 3K =故泡点温度为℃，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 =，2K =，3K =807.513=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 = 计算混合组分的露点T D T D = 此时：x 1=，x 2=，x 3=，L=； y 1=，y 2=，y 3=，V=。

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；甲苯组分流率，mol/h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=，K4= 由式(2-72)试差可得：Ψ=， 由式(2-68)计算得： y1=，y2=，y3=，y4=；V=h 。

14.在下，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所以闪蒸温度为93℃。

由式(2-77)、(2-68)计算得：x C6=，x C7=，x C8=y C6=，y C7=，y C8=所以液相中含正己烷%，正庚烷%，正辛烷%； 汽相中含正己烷%，正庚烷%，正辛烷%。

第三章12.在压力下氯仿(1)-甲醇(2)系统的NRTL 参数为： 12τ=mol ，12τ=mol ，12α=。

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℃ 则）（16.4665.32679.26968660.20ln 1--=S P S P 1= S P 2=由）（ij ij ij G τα-=exp ，ij α=ji α）（121212exp τα-=G =）（9665.83.0exp ⨯-=）（212121exp τα-=G =）（8365.03.0exp ⨯= =⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⨯+⨯-+⨯--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=求得1x = 1γ= 2γ==8971.06.6459568.02092.11.7699032.0⨯⨯+⨯⨯= 设T 为60℃则）（16.4615.33379.26968660.20ln 1--=S PS P 1= S P 2=1ln γ-2ln γ=S S P P 21ln =9.845999.95721ln= 设T 为56℃则）（16.4615.32979.26968660.20ln 1--=S PS P 1= S P 2=1ln γ-2ln γ=S S P P 21ln =3.717592.83815ln= 当1ln γ-2ln γ=时求得1x = 1γ= 2γ==9500.03.7175970.01099.12.8381530.0⨯⨯+⨯⨯= 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=⨯ (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=⨯⨯35040500826.16ln 1-=S P ；∴SP 1= kPa35040503526.16ln 2-=S P ；SP 2= kPa因为在恒沸点由1221112==S SP P γγα得SS P P 1221=γγ解得：1x =2x =∴210513.03009.0ln ⨯=γ；1γ=229487.03009.0ln ⨯=γ；2γ=P=∑Si i i P x γ=⨯⨯⨯⨯75.99≠ kPa设T 为340K则A=⨯⨯34040500826.16ln 1-=SP ；SP 1= kPa34040503526.16ln 2-=S P ；SP 2= kPa由）（12121ln x A P P S S -=；）（1213434.08458.847695.64ln x -=解得：1x =2x ==∴211069.03434.0ln ⨯=γ；1γ=228931.03434.0ln ⨯=γ；2γ=P=∑Si i i P x γ=⨯⨯⨯⨯75.99≠ kPa设T 为352K则A=⨯⨯35240500826.16ln 1-=SP ；SP 1= kPa35240503526.16ln 2-=S P ；SP 2= kPa由）（12121ln x A P PS S -=；）（1212924.03473.1272143.97ln x -=∴1x =2x ==∴210383.02924.0ln ⨯=γ；1γ=229617.02924.0ln ⨯=γ；2γ=P=∑Si i i P x γ=⨯⨯⨯⨯75.99≈ kPa说明系统形成共沸物，其共沸温度为352K 。