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化工分离工程习题答案_刘家祺

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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0.035 g/cm3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

V-2Fzi

TF

PF

V , yi ,Tv , Pv

L , xi , TL , PL

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) 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 11.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 9 c+11=7+11=18 Nau 串级单元 1 传热 1 合计 2 NVU = 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+1 c+44 = 47 Nau 3+1+1+2 = 7

进料，227K，2068kPa 组分N2

C1

C2

C3

C4

C5

C6

Kmol/h1.054.467.6141.154.756.033.3

塔顶产物

塔底产物9

2

习题6附图Nvu = 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： kPaPs24.1561 ；kPaPs28.632 ；kPaPs88.263 由式(2-36)得： 562.11K ；633.02K ；269.03K

781.01y ；158.02y ；067.03y ；006.1iy

由于iy>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iyKK 可得KT78.367'

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iy 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 ；2.353 23 ；000.133 组分i 苯(1) 甲苯(2) 对二甲苯(3) 

ix 0.50 0.25 0.25 1.000

ij 5.807 2.353 1.000

iijx 2.9035 0.5883 0.2500 3.7418

iijiijx

x

0.7760 0.1572 0.0668 1.0000

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/(5.27887936.20ln1sP；  PaPs5110569.1 甲苯： 06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln2sP； PaPs4210358.6 对二甲苯：204.10)84.5715.27395/(65.33469891.20ln3sP； PaPs4310702.2 569.11010569.15511PPKs；6358.022PPKs 2702.033PPKs 011.125.06358.025.02702.05.0596.1iixK 选苯为参考组分：552.1011.1569.112K；解得T2=94.61℃ 05.11ln2sP； PaPs4210281.6 19.10ln3sP； PaPs43106654.2

2K=0.6281 3K=0.2665

19997.025.02665.025.06281.05.0552.1iixK 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=0.2702 807.513，353.223，133

74.325.0125.0353.25.0807.5iix

0.174.325.0174.325.0353.274.35.0807.5iiiiixxy

故泡点温度为95℃，且776.074.35.0807.51y； 157.074.325.0353.22y；067.074.325.013y 11.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： 36.5251.27887936.20ln1TPS kPaPS315.1791 77.11K 甲苯： 67.5352.30969065.20ln2TPS kPaPS834.732 729.02K 对二甲苯：84.5765.3346981.20ln3TPS kPaPS895.313 315.03K 计算混合组分的泡点TB TB=364.076K 计算混合组分的露点TD TD=377.83K 65.0076.36483.377076.3643731 040443.011111iiiKKzf

414.01112121'iiiKKzf

7477.01'112f

f

00024.02f

此时：x1=0.38，x2=0.3135，x3=0.3074，L=74.77kmol； y1=0.6726，y2=0.2285，y3=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

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化工分离工程01[1]

化工分离工程01[1]


L
MSA
L或V
原料 相态 ： L
液体溶剂（ MSA）或塔 釜加热（
ESA）
液体共沸剂 （MSA）或 塔釜加热（
改变原溶 液的相对 挥发度
汽、液 或汽液 混合物
L
ESA）
以苯酚作溶 剂由沸点相 近的非芳烃 中分离芳烃 ；以醋酸丁 酯作共沸剂 从稀溶液中 分离醋酸。 19
1.2.2 速率分离过程
膜分离 热扩散
课程简介
化工分离工程是化学工程学科的重要组成部分，是化学工程与 工艺专业的一门专业必修课。本课程的任务是利用相平衡热力 学、动力学的微观机理，传热、传质和动量传递理论来研究化 工及其它相关过程中复杂物质的分离和纯化技术，分析和解决 在化工生产、设计和科研中常用的分离过程的理论和实际问题。 通过本课程的学习，要求我们 1）正确理解化工分离工程的有关基本概念和理论； 2）理解各概念之间的联系和应用； 3）掌握化工分离工程的基本计算方法； 4）能够理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产 和设计中的有关问题； 5) 对新分离技术有一定了解
1
■课程类别：专业选修课 ■前期课程： 物理化学、化工原理、化工热力学 ■重点： 1.基本概念的理解 2.讨论各种分离方法的特征 3.对设计、分析能力的训练 4.提高解决问题能力
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
教材： 陈洪钫,刘家祺.化工分离过程.北京:化学工业出版社, 1995 参考书：
邓修，吴俊生.化工分离工程. 科学出版社，2000.
16
平衡分离过程
过程名称 蒸发 原 料 液体 分离剂 热 产 品 液体+蒸汽 分离原理 蒸汽压不同
蒸馏
吸收 萃取
液体
气体 液体
热
不挥发性液体 不互溶液体
《化工分离工程》试卷与答案

《化工分离工程》试卷与答案

一、填空（每空2分，共20分）1.如果设计中给定数值的物理量的数目等于 _设计变量_,设计才有结果。

2.在最小回流比条件下，若只有重组分是非分配组分，轻组分为分配组分，存在着两个恒浓区，出现在_精镏段和进料板位置。

3.在萃取精镏中，当原溶液非理想性不大时，加入溶剂后，溶剂与组分1形成具有较强—正_________ 偏差的非理想溶液，与组分2形成负偏差或理想 _溶液，可提高组分1对2的相对挥发度。

4.化学吸收中用增强因子表示化学反应对传质速率的增强程度，增强因子E的定义是_化学吸收的液相分传质系数（k L）/无化学吸收的液相分传质系数（k°L）_。

5.对普通的N级逆流装置进行变量分析，若组分数为C个，建立的MESH 方程在全塔有NC+NC+2N+N=N（2C+3）个。

6.热力学效率定义为二_________________ ；实际的分离过程是不可逆的，所以热力学效率必定_________________________ 于1。

7.反渗透是利用反渗透膜选择性的只透过—溶剂_的性质，对溶液施加压力，克服—溶剂的渗透压是一种用来浓缩溶液的膜分离过、推导（20分）1.由物料衡算，相平衡关系式推导图1单级分离基本关系式cZidZ j(K j-1)(K i- 1) 1式中：K i――相平衡常数；气相分率（气体量/进料量）L Xi T L P L團12.精馏塔第j级进出物料如图1，建立MESH方程、简答（每题5分，共25分） 4.在精馏塔中设中间换热器为什么会提高热力学效率？1•什么叫相平衡？相平衡常数的定义是什么？由混合物或溶液形成若干相，这些相保持物理平衡而共存状态。

热力学上看物系的自由焓最小；动力学上看相间表观传递速率为零。

K i=y/X i。

2.关键组分的定义是什么；在精馏操作中，一般关键组分与非关键组分在顶、釜的分配情况如何？由设计者指定浓度或提出回收率的组分。

LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制；LNK全部或接近全部在塔顶出现；HNK全部或接近全部在塔釜出现。

化工分离过程课后答案刘家祺

化工分离过程课后答案刘家祺

有些还 未配习题，即便有习题，也无参考答案，而至今没有一本与该课程
相关的例题与
习题集的出版。因此编写这样一本学习参考书，既能发挥我校优势，又符合 形势
需要，填补参考书空白，具有良好的应用前景。
分离工程学习指导和习题集与课程内容紧密结合，习题贯穿目前已出
版的相关教材，有解题过程和答案，部分题目提供多种解题思路及解题
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
塔顶产物
（2）如果有，请指出哪些附加
进料，227K,
2068kPa
量需要规定
解：Nxu进料c+2
压力9
Nau串级单元1
传热1
合计2
组分9
塔底
Kmol/h
产物
2
习题6
附图
Nxu+Nau
附加变量：总理论板数。
7.附图为热藕合精饰系统，进料为三组分混合物，采出三个产品。确定该
才能分 离时，就要考虑采用萃取精僻（MSA）,但萃取精镉需要加入
大量萃取剂，
萃取剂的分离比较困难，需要消耗较多能量，因此，分离混合物优先选
择能
量媒介（ES A）方法。
3.气体分离与渗透蒸发这两种膜分离过程有何区别
答：气体分离与渗透蒸发式两种正在开发应用中的膜技术。气体分离更成 熟些，
渗透蒸发是有相变的膜分离过程，利用混合液体中不同组分在膜中溶解 与扩
独立方程数Nc
LБайду номын сангаас
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
2023大学_化工分离工程试题及答案

2023大学_化工分离工程试题及答案

2023化工分离工程试题及答案2023化工分离工程试题及答案(一)第一部分名词解释1、分离过程：将一股或多股原料分成组成不同的两种或多种产品的过程。

2、机械分离过程：原料由两相以上所组成的混合物，简单地将其各相加以分离的过程。

3、传质分离过程：传质分离过程用于均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生。

按所依据的物理化学原理不同，工业上常用的分离过程又分为平衡分离过程和速率分离过程两类。

4、相平衡：混合物或溶液形成若干相，这些相保持着物理平衡而共存的状态。

从热力学上看，整个物系的自由焓处于最小状态，从动力学看，相间无物质的静的传递。

5、相对挥发度：两组分平衡常数的比值叫这两个组分的相对挥发度。

6、泡点温度：当把一个液相加热时，开始产生气泡时的温度。

7、露点温度：当把一个气体冷却时，开始产生气泡时的温度。

8、设计变量数：设计过程需要指定的变量数，等于独立变量总数与约束数的差。

10、约束数：变量之间可以建立的方程的数目及已知的条件数目。

11、回流比：回流的液相的量与塔顶产品量的比值。

12、精馏过程：将挥发度不同的组分所组成的混合物，在精馏塔中同时多次地部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组成的过程。

13、全塔效率：理论板数与实际板数的比值。

14、精馏的最小回流比：精馏时在一个回流比下，完成给定的分离任务所需的理论板数无穷多，回流比小于这个回流比，无论多少块板都不能完成给定的分离任务，这个回流比就是最小的回流比。

实际回流比大于最小回流比。

15、理论板：离开板的气液两相处于平衡的板叫做理论板。

16、萃取剂的选择性：加溶剂时的相对挥发度与未加溶剂时的相对挥发度的比值。

17、萃取精馏：向相对挥发度接近于1或等于1的体系，加入第三组分P，P体系中任何组分形成恒沸物，从塔底出来的精馏过程。

18、共沸精馏：向相对挥发度接近于1或等于1的体系，加入第三组分P，P体系中某个或某几个组分形成恒沸物，从塔顶出来的精馏过程。