2022年分享传质分离过程习题答案.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载其次章习题1. 运算在 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；汽相为抱负气体,液相为非抱负溶液；并与完全抱负系的 K 值比较；已知三个二元系的 wilson 方程参数（单位：J/mol ）：1211=1035.33； 1222=977.83 2322=442.15； 2333=460.05 1311=1510.14； 1333=1642.81 在 T =378.4 K 时液相摩尔体积（

2、m 3/kmol ）为：=100.91 10 -3 ；=177.55 10 -3 ；=136.69 10 -3 安托尼公式为（p s：Pa ； T：K ）：苯： 1n =20.7936-2788.51/ （T-52.36）；甲苯： 1n =20.9065-3096.52/ （T-53.67）；对 -二甲苯： 1n =20.989 1-3346.65/ （T-57.84）；解：由 Wilson 方程得：l V 2378.47=2.4450 21X2X323X131X323132X3 12=l V 1exp- 12-11/RT 177 .55103 =100. 91103exp-1035.33/8

3、.314 21=0.4165 13=0.8382 31=1.2443 23=0.6689 32=1.5034 ln 1=1-ln 12X 2+ 13X 3-X112X1X213X3X121X2X=0.054488 1=1.056 名师归纳总结 同理 , 2=1.029; 3=1.007 第 1 页,共 23 页lnP1S=20.7936-2788.51/378.47-52.36=12.2428, P 1S=0.2075Mpa lnP2S=20.9062-3096.52/378.47-53.67=11.3729, P 2S=0.0869Mpa lnP3S=20.9891-3346.65/378.

4、47-57.84=10.5514, P 3S=0.0382Mpa 作为抱负气体实际溶液, 1P 1SK 1=P=2.16, K 2=0.88, K 3=0.38003 如完全为抱负系, P 1SK 1=P=2.0484 K 2=0.8578 K 3=0.3771 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载2. 在 361K 和 4136.8kPa 下,甲烷和正丁烷二元系呈汽液平稳,汽相含甲烷的液相含甲烷 0.1304%；用 R-K 方程运算 和 Ki 值；2 .2 50 . 42748 R T c 1解： a11= p c 1=3.222

5、MPa . dm 6 . k 0.5 . mol-22 .2 50 . 42748 R T c 2a22= p c 2 =28.9926 MPa.dm 6.k 0.5.mol-220 . 08664 R T c 1b1= p c 1=0.0298 dm 3mol-12 2 . 50 . 42748 R T c 2b2= p c 2=0.0806 dm 3mol-1其中 T c1=190.6K, Pc1=4.60Mpa Tc2=425.5K, Pc2=3.80Mpa 均为查表所得；a12=a11.a22=9.6651MPa.dm 6.k 0.5.mol-2液相：aa11x12+2a12x1x 2

6、+a22x 222 =24.1711 =3.22 0.13042+29.6651 0.1304 0.8696+28.99260.8696b=b1x1+b2x 2=0.0298 0.1304+0.08060.8696=0.0740 由 RK 方程：P=RT/V-b-a/T0.5VV+b 0.008314536124.17114.1368Vl0. 074036105.Vl mVl0. 0740mm解得 V ml=0.1349 0.60387%（ mol ）,与其平稳lnln21.=lnV/V-b+bi/V-b-2 y iaij/bmRT1.5*lnV+b/V+abi/b2RT1.5 lnV+b/V

7、-b/V+b -lnPV/RT1.=ln0.0 .1349+0.0 .029813490. 074013490. 07400. 13043 .2220.86969 .6651 0. 13490. 07400.0 .07400. 00831451 3615.ln0 .1340+ 24.17110.02980 .13470 .0740074020. 0083145.1 3615ln0. 1349 0.07404.13680 . 13490.13470.0740-ln0 .0083145361=1.3297 名师归纳总结 1.=3.7780 第 2 页,共 23 页- - - - - - -精选学习

8、资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载361 1.5同理 ln2.-1.16696,2.=0.3113 汽相： a 3.222 0.603872+29.6651 0.60387 0.39613+28.99260.396132 = 10.3484 b=0.0298 0.60387+0.08060.39613=0.0499 0.008314536110.3484由 4.1368=Vv0.049936105.Vv mVv0.0499mm得V m v=0.5861 ln v 1 =ln0.0. 5861+0 .0.029858610 .049958610. 049920. 60

9、3873.2220 .39613.9.6651ln0. 58610. 04990.10. 34840 .02980.04990 .0083145361 150 .5861049920 .0083145ln0.58610. 04990 .0 .0499 ln4.13680. 5861 0 .586158610. 04990. 0083145361=0.0334942 故v 1 1.0341 K 1=1./v 1 同理, ln2. -0.522819,2.=0.5928 故 K 1=y1/x1=0.60387/0.1304=4.631 10. 60387K 2y2/x210 .13040.4555

10、 3. 乙酸甲酯 （1）-丙酮（2）-甲醇（3）三组分蒸汽混合物的组成为y10.33,y20.34,y3=0.33摩尔分率 ；汽相假定为抱负气体,液相活度系数用 Wilson 方程表示,试求 50时该蒸汽混合物之露点压力；解：由有关文献查得和回来的所需数据为：【 P24 例 2-5,2-6】50时各纯组分的饱和蒸气压,kPa P1 S=78.049 P 2 S=81.848 P3 S=55.581 50时各组分的气体摩尔体积,cm3/mol V 1 l=83.77 V 2 l=76.81 V 3 l=42.05 由 50时各组分溶液的无限稀释活度系数回来得到的 Wilson 常数： 111.0

11、 210.71891 31 0.57939 121.18160 22 1.0 32 0.97513 130.52297 23 0.50878 331.0 （1） 假定 x 值, 取 x 10.33, x20.34,x30.33；按抱负溶液确定初值p78.049 0.33+81.84180.34+55.5810.33=71.916kPa （2） 由 x 和 ij 求 i 从多组分 Wilson 方程名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - cxkkjkj12x 1优秀学习资料21欢迎下载223x3+ cxjijk1cxj21

12、xln i=1-ln j1-j1得 ln 1=1-lnx 1+ 12x 2+ 13x 3-x 1x 213x3+ x2x231x331x 132x2x3=0.1834 故 1=1.2022 同理, 2=1.0298 3=1.4181 3 求 K iK i=ipsexpV iLpps i78.049103=1.3035 ipRT83.7771.961 .202278.049K 1=71.916exp8 .314323. 16同理 K 21.1913 K 3=1.0963 4 求xixi=10 .33+0.34+10. 33=0.8445 . 30351 .1713. 0963整理得 x10.29

13、98 x2=0.3437 x 3=0.3565 在 p71.916kPa 内层经 7 次迭代得到： x 10.28964, x2=0.33891, x 3=0.37145 5 调整 p pipsxiexpViLpp is0.33891+1.050850.37145 =85.072kPa iRT =pKixi =71.9161.34790.28964+1.18675在新的 p 下重复上述运算,迭代至p 达到所需精度；最终结果：露点压力85.101kPa 平稳液相组成： x 10.28958 x20.33889 x30.37153 4. 一液体混合物的组分为：苯 0.50；甲苯 0.25；对 -二

14、甲苯 0.25（摩尔分数）；分别用平稳常数法和相对 挥发度法运算该物系在 100kPa 时的平稳温度和汽相组成；假设为完全抱负物系；解： 1 平稳常数法名师归纳总结 由于汽相、液相均为完全抱负物系,故符合乌拉尔定律py i=pisxi第 4 页,共 23 页yip is而 K i=xi=p设 T 为 80时,由安托尼公式（见习题1）求出格组分的饱和蒸汽压；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载s p1 101.29kPa,s p2 =38.82kPa, s p3 =15.63kPa 故y 1y 2y3=K 1x 1+K 2x 2+K 3

15、x3 =s p 1x 1ps 2x 2ps 3x3ppp =101.2905.38.820. 2515. 630 .25100100100 =0.641 故所设温度偏高,重设 T 为 91.19,s s sp1 160.02kPa, p2 =56.34kPa, p3 =23.625kPa y 1 y 2 y 31.00001251 故用平稳常数法运算该物系在 100kPa 时的平稳温度为 91.19sp 1 x 1 160 . 020 5.汽相组成：1yK 1x 1p1000.8001 sp 2 x 2 56 . 340 . 25y K 2x 2p1000.1409 sy K 3x 3pp 3

16、 x 323100 . 6250 . 250.059 2相对挥发度法由于是抱负混合物,所以i1 1iy 1/x 1, 得y i1 iy 1/xiyixix 1对于抱负混合物,得S p 1S P 2设 T 为 80时,名师归纳总结 s p1 101.29kPa, S p2 =38.82kPa, s p3 =15.63kPa py 1第 5 页,共 23 页故12 2.61, 13 6.48, y 1y/5.22, 3y=1y/12.96 由于y 1y 2y3 1,故1y0.788 又由于py 100 0.788 78.8kPa,而s p 1x 1101.290.550.645kPa- - - -

17、 - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载故所设温度偏低；重设 T92时s p1 163.31kPa, S p2 =57.82kPa, s p3 =24.31kPa Van Laar 方程计得故12 2.824, 13 6.718, y 1y/5.648, y =1y/13.436 由于y 1y 2y3 1,故1y0.799,y 0.141, y =0.0595 且py 100 0.79979.9kPa,而s p 1x 1163.310.581.655kPa,基本相等因此,由相对挥发度运算该物系平稳温度为92,此时1y0.799,y 0.141, y

18、=0.0595 6. 含有 80%（mol ）醋酸乙酯（ A）和 20%mol 乙醇（ E）的二元物系；液相活度系数用算, AAE=0.144,AEA=0.170；试运算在 解：由 Vanlaar 方程得：101.3kPa 压力下的泡点温度和露点温度；lnrA1A AE2 1.0 1442,得Ar1.0075 xAEAAE0 . 1440 . 8xEAA EA0 . 17.0 2lnrE 1A EA2 1.0 1702, 得Br=1.1067 xEAA EA0 . 1700 . 2xAEA AE0 . 1440 . 8由于低压气体可视为抱负气体,故py iris p ix i,得yir ips

19、 ixi0.81. 106788 .6510 .2p（1） 泡点温度时,设T348.15K ,由安托尼方程得S p 94.377kPa, s p 88.651kPa 故yiyAyErAps AxA+rEps ExE=1.007594. 377pp101.3101.3=0.9451,故所设温度偏低重设 T350.1K 时 x i x A x B 0.992 1 故露点温度为 350.1K 8. 组成为 60 % 苯,25 %甲苯和 15 % 对-二甲苯 均为 mol 百分数 的液体混合物 100kmol ,在 101.3kPa 和100下闪蒸；试运算液体和气体产物的数量和组成；假设该物系为抱负溶

20、液；用安托尼方程运算蒸汽压；解：设苯为组分1,甲苯为组分2, 对二甲苯为组分3； 100时,【P33 例 2-7】s p1 198.929kPa,s p2 =74.165kPa, s p3 =32.039kPa 对于低压气体,气相可视为抱负气体,液相可视为抱负溶液,故ps i,得ps 11.964,K2ps 20.732,K s p 30.316 K pK ppp（1） 核实闪蒸温度假设 100为进料的泡点温度,就Kizi1.964 0.6+0.732 0.25+0.316 0.151.411 假设 100为进料的露点温度,就z i/Ki=1.211 说明实际的进料泡点温度和露点温度分别低于和

21、高于规定的闪蒸温度,闪蒸问题成立；（2） 求 ,令 0.1 f00. 9641 0.60 .73210 .250.3161 0.15151 1. 9641 10. 7321 10 .3161 0. 7321 0. 250 .31610 .0. 9641 06.f1. 10 .11 .9641 101.0.7321 10.10. 3161 0.366 f01. 0,应增大 值；运算 R-K 方程导数公式为：名师归纳总结 K112z 1K212z 2K31 2z 32 第 7 页,共 23 页f 1K11 2 11 21 K31 K220.5580 .0180 .0721+ 10. 9642+ 1

22、0. 26840. 6844而i1idffiid以0.1 为初值进行迭代,得下表- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载迭代次数fdf/d1 0.1 0.366 0.564 0.511 2 0.75 0.0436 3 0.84 0.0092 可知f3数值已达到PTK 图的精确度3运算ix,iyx 11z 111 =10. 840 .69641 =0.332 K0 .y11K1z 11 =101 .96400 .61 =0.651 K1.84. 964同理,x 0.323,y 0.236 3x0.353,y 0.112 （4）运算V,LV

23、F 0.84 10084kmol 25 % 正庚烷及 30 %正辛烷的混合物计L FV100-8416kmol （5）核实iy,ix33ixiyi10.999,i11.008,结果以中意9. 在 101.3 kPa 下,对组成为45 %（摩尔百分数,下同）正已烷,算；（1）泡点和露点温度（2）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：由于各组分都是烷烃,所得的汽、液相均可看成抱负溶液,度不要求特别高可使用烃类的P TK 图,见图2-1 假设 T82,由 P101.3kPa 得下表：K 只取决于温度和压力,如运算精名师归纳总结 组分ixKiT8

24、5.8,得y iKixi第 8 页,共 23 页正己烷451.5 0.675 正庚烷250.63 0.158 正辛烷300.28 0.084 Kix i0.9171 ,所设温度偏低,重设T102.4,得组分iyKiixiy /Ki正己烷452.35 0.1915 正庚烷251.08 0.2315 正辛烷300.520 0.5769 iy /K =0.9999 1,满意精度要求,故露点温度为102.4；TT B（1） 进料 50气化,就由公式TDTB得 T94.1为闪蒸温度,查表组分ixiy正己烷31.058.90正庚烷27.022.45正辛烷42.8517.14结果（1）泡点： 85.8oC,

25、露点： 102.4oC；（2）闪蒸温度 94.1oC；气相组成：正已烷0.31,正庚烷 0.27,正辛烷 0.43；液相组成：正已烷0.59,正庚烷 0.23,正辛烷 0.17；（均为摩尔分数）第三章习题名师归纳总结 2. 设计满意以下要求的再沸气提塔（见附图）,求：设计变量数是多少？假如有,请指出哪些附加变量需要规定？第 9 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载习题 2 附图解：c=6进料变量数8 NxNa压力等级数9 合计17 串级单元数1 传热单元数1 合计2 规定： 再沸器及各级的操作压力 级数 塔釡液流率3

26、. 利用如附图所示的系统将某混合物分别成三个产品；试确定：固定设计变量数和可调设计变量数；指定一组合理的设计变量；习题 3 附图习题 4 附图解：Nx进料变量数C+2 名师归纳总结 压力等级数 N+M+4 第 10 页,共 23 页合计N+M+C+6 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Na串级单元数优秀学习资料欢迎下载4 侧线采出数 1 安排器数 1 传热单元数 4 合计 10 对设计变量的规定Nx进料变量数C+2 Na回流为泡点温度1 每级压力（含再沸器） N+M 总理论级数2 全凝器压力1 进料位置1 冷却器压力1 侧线采出口位置1 回流安排器1

27、侧线采出率1 侧线压力1 回流比1 合计N+M+C+6 馏出液流率1 精馏塔釜液流率1 再沸提馏塔釜液流率1 合计10 5. 苯 B- 甲苯 T- 二甲苯 X- 异丙苯（ C ）混合物送入精馏塔分别,进料组成为：zB =0.2 , zT =0.3 ,zx =0.1 , zC =0.4 （摩尔分数）；相对挥发度数据： B =2.25 ,T =1.00 ,x =0.33 , C =0.21 ；分别要求： 馏出液中异丙苯不大于 0.15% ；釜液中甲苯不大于 0.3% （摩尔）；运算最少理论板数和全回流下的物料安排；【P73 例 3-3】解：以 100 摩尔进料为运算基准；依据题意定甲苯为轻关键组分

28、,异丙苯为重关键组分；从相对挥发度的大小可以看出,二甲苯为中间组分；在作物料衡算时,要依据它的相对挥发度与轻、重关键组分相对挥发度的比例,初定在馏出液和釜液中的安排比,并通过运算再行修正；物料衡算表如下：组分进料, f1馏出液, di釜液, wiB 20 20 T 30 300.03W 0.003W X 10 1* 9* C 400 .0015400. 0015100DW* 为二甲苯的初定值；解得 D=50.929,W=49.071 就 dT=29.853,wT=0.147 dC=0.0764,wC=39.924 代入芬斯克方程名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 23 页

29、精选学习资料 - - - - - - - - - Nmlg29 .8531 . 00 . 0764优秀学习资料欢迎下载0 . 14739 . 9247 . 42lg.021由 Nm 值求出中间组分的馏出量和釜液量：dx100. 07640.337. 420 .51939. 9240. 2110. 07640.337. 4239.9240 .21wx=10-0.519=9.481 由于与初定值偏差较大,故直接迭代重做物料衡算：组分进料, f 1馏出液, di釜液, wiDB 20 20 T 30 300.03W 0.003W X 10 0.519 9.481 C 400. 0015D400. 0

30、015100DW二次解得 D=50.446,W=49.554 就 dT=29.852,wT=0.148 dC=0.0757,wC=39.924 再求 Nm：Nmlg29 .8521 0.0 . 07577 . 420 . 14839 . 924lg.0 21校核 dx：dx100. 07570. 337. 420 .51539. 9240. 2110. 07570.337. 4239.9240. 21再迭代一次,得最终物料衡算表：组分进料, f 1馏出液, di釜液, wi苯20 20 甲苯30 29.8513 0.1487 二甲苯10 0.5150 9.4850 异丙苯40 0.0757 3

31、9.9243 6. 附图为脱丁烷塔的物料平稳图； 全塔平均操作压力为 估量非安排组分的安排；【P75例 3-4】522kPa ；求最小理论塔板数；名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载习题 6 附图解：（ 1）依据题意可列表如下：编号组X i,FX i,FF X i,DX i,DD X i,BX i,BB 1 分0.0139 12 0.0256 12 0 0 C32 iC40.511 448 0.944 442 0.0147 6 3 nC40.0411 36 0.0278 -3 2.137*1013 0.0563 23 4 iC50.0171 15 1 0.0343 14 5 C60.0262 23 0 0 0.0563 23 6 C70.0446 39.1 0 0 0.0958 39.1 7 C80.311 272.1 0 0 0.667 272.2 8 C90.0354 31.0 0 0