化工分离过程课后答案刘家祺Word文件下载.docx
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(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
FTP
习题5附图
V,yi,Tv,Pv
L,x,T,P
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+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
6.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?
塔顶产物
(2)如果有,请指出哪些附加变
进料,227K,2068kPa
量需要规定?
Nxu进料c+2
压力9
Nau串级单元1
传热1
合计2
组分Kmol/h
N1.0
C54.4
C67.6
C141.1
C54.7
C33.3
9
2
习题6附图
塔底产物
N
V
U=Nxu+Nau
=20
附加变量:
总理论板数。
7.附图为热藕合精馏系统,进料为三组分混合物,采出三个产品。
确定该系统:
(1)设计变量数;
(2)指定一组合理的设计变量。
解:
Nxu压力N+M+1+1
进料c+2
合计N+M+c+4(c=3)
Nau串级6
分配器1
侧线3
传热2
吸收塔
尾气
T
P
冷却器
加热器换热器
泵
CO+蒸汽
蒸
T出
P塔
水蒸气
10
Nvu=N+M+3+4=N+M+19
习题7附图
8.利用如附图所示的系统将某混合物分离成三个产品。
试确定:
(1)固定设计变量数和可调设计变量数;
(2)指定一组合理的设计变更量解:
压力N+M+1+1+1c+N+M+5
Nau串级4进料
分配1
侧线1
传热4
全凝器
液M
汽
液2
产品1
产品2
习题14附图
再沸器产品3
阀
9.采用单个精馏塔分离一个三组分混合
140kPa
S
进料F
再沸器
40
200
1140kPa阀20
Kmol/h
苯261.510
甲苯84.6
联苯5.1
99.95%(mol)苯
87.2kmol/h
含进料中苯的1%
204kPa
习题8附图
产品3
习题9附图
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=47
Nau3+1+1+2=7
Nvu=54
设计变量:
回流比,馏出液流率。
第二章单级平衡过程
1.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;
22?
977.83
23?
442.15
13?
1510.14
;
33?
460.05
?
1642.81
3
(单位:
J/mol)
在T=378.47K时液相摩尔体积为:
1
vL?
100.91?
10?
3m3
安托尼公式为:
kmol
;
117.55?
136.69?
s
苯:
lnP1
20.7936?
2788.51?
T?
52.36?
;
甲苯:
lnP2
20.9065?
3096.52
53.67?
对二甲苯:
lnP3
20.9891?
3346.65?
57.84?
(Ps
:
Pa;
T:
K)
解1:
由Wilson参数方程?
ij
L
ij
ii
jexp?
v
i
RT?
vL
2
exp?
RT?
12L
1211
1035.33?
8.314?
378.47?
100.91?
=1.619
21L
exp?
21?
22?
100.91?
977.83?
117.55?
=0.629
同理:
13?
0.838
23?
1.010
31?
1.244
32?
0.995
kixk
由Wilson方程ln?
i?
1?
ln?
ijxj?
x:
j?
k
j
kjj
1?
0.9184
2?
0.9718
3?
0.9930
根据安托尼方程:
Ps?
0.207M5
由式(2-38)计算得:
Pa;
Ps?
8.693?
104Pa
3.823?
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:
2.048;
0.858
解2:
在T=378.47K下
0.377
lnPss
2788.5/(378.47?
52.36);
Ps=207.48Kpa
lnP2
3096.52/(378.47?
53.67);
P2=86.93Kpa
Wilson方程参数求取
3346.65/(378.47?
57.84);
P3=38.23Kpa
1
100.91?
10?
exp(?
1211)?
1035.33
)?
1.193
RT117.55?
378.47
117.55?
1222)?
977.83
0.854
21L
RT100.91?
2322)?
442.15
0.7472
23L
RT136.69?
3
136.69?
2333)?
460.05
1.346
32L
1311)?
1510.14
0.457
13L
1333)?
1642.81
2.283
31L
lnr?
ln(x?
x?
x)?
(x1
21x2
31x3)
11122133
x1?
12x2?
13x3
21x1?
x2?
23x3
31x1?
32x2?
x3
ln(0.3125?
1.193?
0.2978?
0.457?
0.3897)?
(
0.3125
0.3125?
1.193?
0.3897
0.854?
0.2978
2.283?
0.3897)
0.854?
0.3125?
0.7472?
0.38972.283?
1.346?
0.09076
r1=0.9132
lnr
x
x?
x?
x
x)
x
x?
0.854?
0.2125?
1.193
0.2978
0.3897?
1.346)
0.0188
r2=1.019
x)?
1?
0.2987?
1.346?
1.193?
0.2978?
0.3897)
0.38972.283?
0.2431
r3=1.2752
故
KrP
111P?
0.9132?
207.48101.3?
1.87
222P?
1.019?
86.93101.3?
0.8744
333P?
1.2752?
38.23101.3?
0.4813
而完全理想系:
Ps
K2?
K3?
1P?
2.048
2P?
0.8581
3P?
0.3774
2.一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:
156.24kPa;
63.28kPa
26.88kPa
由式(2-36)得:
1.562
y1?
0.781
0.633
y2?
0.158
0.269
y3?
0.067
yi?
1.006
由于?
yi>
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:
K'
K1
1.553
可得T'
367.78K
yi
重复上述步骤:
1.553
K'
0.6284
0.2667
i
y'
0.7765
y'
0.1511
0.066675;
y?
1.0003
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:
组分i
苯
(1)
甲苯
(2)
对二甲苯(3)
xi
0.50
0.25
1.000
5.807
2.353
ijxi
2.9035
0.5883
0.2500
3.7418
ij?
xi
0.7760
0.1572
0.0668
1.0000
5.807;
2.353
33?
1.000
(1)平衡常数法。
设t=95℃
lnPs
2788.5/(95?
273.15?
52.36)?
11.96;
Ps?
1.569?
105Pa
lnPs
3096.52/(95?
53.67)?
11.06;
6.358?
3346.65/(95?
57.84)?
10.204;
2.702?
KP5;
K?
P
0.6358
1?
0.2702
105?
1.56922P
Kixi?
1.596?
0.5?
0.2702?
0.25?
0.6358?
1.011
选苯为参考组分:
K12?
1.5691.011?
1.552;
解得T2=94.61℃
ss4
lnP2?
11.05;
P2?
6.281?
10Pa
lnP3?
10.19;
P3?
2.6654?
K2=0.6281
K3=0.2665
1.552?
0.6281?
0.2665?
0.9997?
1
故泡点温度为94.61℃,且y1?
0.776;
y2?
0.157;
(2)相对挥发度法
设t=95℃,同上求得K1
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