分离过程习题答案
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习题5附图
第一章绪论
1. 列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。
答：属于ESA分离操作的有精馆、萃取精馆、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馆。
属于MSA分离操作的有萃取精馆、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、
吸附。
2. 比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。
答：当被分离组分间相对挥发度很小，必须采用具有大量塔板数的精馆塔才能分 离时，就要考虑采用萃取精馆（MSA）,但萃取精馆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（ESA）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 散性能的差别而实现分离。
5. 海水的渗透压由下式近似计算：
n二RTC/M,
式中C为溶解盐的浓度，g/cm3； 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 n =RTC/M=8. 314X298X0. 035/31. 5=2. 753kPa0
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N\=3 （C+2）=3c+6 独立方程数Me
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Mi
=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3
固定设计变量M=C+2,加上节流后的压力，共C+3个
可调设计变量Na = O
解：
(1) Nv = 3 ( c+2 )
(2) Nc 物 c
能 1
相 c
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Me：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
固定设计变量乂：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：N, 进料 c+2
压力 9
c+ll=7+ll=18
N； 串级单元 1 传热 1 塔顶产物
A塔底产物 进料.227K.
组分 Kmol/h
2 1°
C 54.4
C、 67.6
C ⑷」
G 54.7
G 56.0
习题6
合计 2
Nv°= Nxu+Nau = 20
附加变量：总理论板数。
第二章单级平衡过程
2. 计算在0. 1013MPa和37& 47K下苯（1）-甲苯（2）-对二甲苯（3）三元系，当 X产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。
兄 12—兄11 = —1035 .33;兄I?—彳22 =977.83
— = 442.15 ； _ 兄33 = — 460.05
人3-人1=1510.14 ； 2,3-233 =-1642.81 (单位:J/mol)
在T=37& 47K时液相摩尔体积为：
叶=100.91x1057如辺 ；吋=117.55xl0・；町=口6.69x 10“
安托尼公式为：
苯：ln/y = 20.7936 _ 2788.51/(T _52.36)；
甲苯：InP,5 =20.9065 - 3096.52/(7-53.67)；
对二甲苯：In 件=20.9891—3346&/了一57.84)； (PJPgT.K)
解 1:由 Wilson 参数方程心=^exp[-(2.. -A^/RT]
A|2 =^rexp[-(^12 -AH)/7?T]
exp [- (-1035 .33)/(8.314 x 37&47)]
= 1.619
A2严約p[-仏-氐加]
exp [-(977.83)/(8.314 x 37&47)]
=0. 629
同理：A 13 =0.838 ； A3i=l・244117.55x10“
100.91 x 10-3
100.91x10“
117.55 x 10-3 A23 =1.010 ； A32 = 0.995
由 Wilson 方程In= 1 -In Y Ax. - V A;:
IV ' J UZZj
/j =0.9184 ； /2 =0.9718 ；儿=0.9930
根据安托尼方程：
片、=0.2075 MPa ； P； = &693 x 104 Pa ； P； = 3.823 x 104 Pa 由式(2-38)计算得：
K} =1.88 ； K2 = 0.834 ； K3 = 0.375
如视为完全理想系，根据式(2-36)计算得：
A； = 2.048 ； K2 = 0.858 ； K、= 0.377
解 2：在 T=378. 47K 下
苯： In 片=20.7936 - 2788.5/(37&47 -52.36) ； /. P； =207. 48Kpa
甲苯： In P； =20.9065 - 3096.52/(378.47 - 53.67) ； /. P； =86. 93Kpa
对二甲苯：In/V =20.9891 -3346.65/(378.47 - 57.84)；二 &=38. 23Kpa
Wilson方程参数求取
AP = 4exp(-仏也)」00.9"。：沁(- 一曲3 =门
vf RT 117.55x1()7 r 8.314x378.47
=4exp(-吐生)=117-55X10'； exp(- 97783 ) = 0.854
计 RT 100.91 x 10"3 8.314x378.47
117,55x10-
44^1^ ?472
13669x107 匸 8.314x378.47
vf , 心一兄33、136.69x1()7 -460.05 、"必
32 _7FeXP - — - 117.55xlO-3 CXP -8.314x378.47 -、
= exp(- 一1?1()，14一) = 0.457
RT 100.9 lxlO"3 8.314x 378.47
_ = 、exp(_ _~ 164181 -) = 2.283
RT 100.91 x 1 O'' 8.314x 378.47
In /j = 1 - ]n(X[ + A, N x2 + ABXJ-( - ---- ----- 十 ----- ----- + ------- )
XJ+AI2X2+A13X3 A21Xj+X2+A2.X3 亠“ +A32X2 +為
=1 - ln(0.3125 + 1.193x 0.2978+0.457 x 0.3897) - ( --- 巴兰 ------------ 0.3125 + 1.193x 0.2978+0.457 x 0.3897 2.283x0.3897廿 LP(—「36.692
vf z 召-兄33、136.69x10'3
A3i =—exp(
vi
0.854x0.2978
马湍严+ 0.2978+0.7472+伽7 2.283 x 0.3125+1.346 x0.2978 +0.3897) A21 _
几23 —RT
八二0.9132
/\=1.019
In 5 = 1 — ln(.£ A］】+x> A,3 +兀3) — ( --------- -------- + ---------- w」 ----- + --------- )
X, + A|2X2 4-ABX3 A21X( +人23心 人剂斗 + A32X2 + 心
0.3125x0.457
0.7472x0.2978 十 0.3897
+ 0.854 x 0.3125 + 0.2978 + 0.7472 + 0.3897 + 2.283 x 0.3125 +1.346 x 0.2978 + 0.3897 = 0.2431
・・・^=1.2752
故
(=〃% = 0・9132x207.4%。］ 3 = 1.87 心=%皿％.3 = 0.8744
^=^ = 1.2752X38.2%OI3
= 0.4813
而完全理想系：
«=呀=207.4%。］ § = 2.048 心=呀=86.9%0］ 3 = 0.8581 瓦=呀=382%0］ 3 = 0.3774
3. 在361K和4136. 8kPa下，甲烷和正丁烷二元系呈汽液平衡，汽相含甲烷0. 60387%
（mol ），与其平衡的液相含甲烷0. 1304%o用方程计算
0.42748/?2X7；25
___________ 仃
解：au= P" =3.222MPa • dmh • k0 5 • mol 2
0.42748/?2 x T~ 5
a22= =28. 9926 MPa* dm，e k° '• mol ~
0.08664/?2 xr(.
A1 A12 A32X3 In /； = 1 - \n(x}、\ +A\ + x3 An/) 一 ( - 八：‘忙 --- + ---------- ----------+ -----------------------------------------------'' v ---- )
x} + AI2X2 + A21.¥J +X2 + ABX5 人3］召 + A52X2 + x5 =5(财 25x。阍+。.2978+。.7472曲97)-(03却皿。297屮.457畑897
0.3897x1.346 、 0.2978 + 0.854 x 0.3125 + 0.2978 + 0.7472 + 0.3897 + 2.283 x 0.3125 +1.346 x
0.2978 + 0.3897 = 0.0188
A23A2
i(0・3l25x0.457+0.29E.346+0.3897)-(o325 + “93x0.2978 + 0.457x0.3897
和Ki值。
bi 二 =0.0298 dm mol 1
