化工分离过程(课后习题答案)

化学 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 与工艺教学改革系列参考书 分分离离过过程程例例 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 题与与习习题题集集 叶庆国 钟立梅 主编 化工学院化学工程教研室 前 言 化学工程与工艺专业所在的化学工程与技术一级学科属于山东省“重中之 重”学科，一直处于山东省领先地位，而分离工程是该专业二门重要的必修专业 课程之一。该课程利用物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等基础 基础知识中有关相平衡热力学、动力学、分子及共聚集状态的微观机理，传热、 传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系分离和提纯技术。传统的教 学方法的突出的弊端就是手工计算工程量大，而且结果不准确。同时由于现代化 化学工业日趋集成化、自动化、连续化，学生能学到的东西越来越少。所以，传 统的教学模式不能满足现代化工业生产对高水平工业工程师的需求，开展分离工 程课程教学方法与教学手段课题的研究与实践，对我们的学生能否承担起现代化 学工业的重任，与该课程的教学质量关系重大，因此对该门课程进行教学改革具 有深远意义。 分离工程课程的改革主要包括多媒体辅助教学 课件 超市陈列培训课件免费下载搭石ppt课件免费下载公安保密教育课件下载病媒生物防治课件 可下载高中数学必修四课件打包下载 的开发、分离工程例题与 习题集、分离工程 试题 中考模拟试题doc幼小衔接 数学试题 下载云南高中历年会考数学试题下载N4真题下载党史题库下载 库的编写等工作。目前全国各高校化学工程与工艺专业使 用的教材一般均为由化学工程与工艺专业委员会组织编写的化工分离过程(陈洪 钫主编，化学工业出版社)，其他类似的教材已出版了十余部。这些教材有些还 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过程，为学生的 课堂以及课后学习提供了有力指导。 编者 2006 年 3 月 目录 第一章 绪论 ....................................................................................... 1 第二章 单级平衡过程 ........................................................................ 5 第三章 多组分精馏和特殊精馏 ....................................................... 18 第四章 气体吸收.............................................................................. 23 第五章 液液萃取.............................................................................. 26 第六章 多组分多级分离的严格计算 ................................................ 27 第七章 吸附 ..................................................................................... 33 第八章 结晶 ..................................................................................... 34 第九章 膜分离 ................................................................................. 35 第十章 分离过程与设备的选择与放大 ............................................ 36 1 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。 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馏塔才能分 离时，就要考虑采用萃取精馏（MSA），但萃取精馏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。 4. 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。 5. 假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 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 独立方程数Nc 物料衡算式 C个 V-2 Fzi TF PF V , yi ,Tv , Pv L , xi , TL , PL 习题5附图 2 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？ （2） 如果有，请指出哪些附加变 量需要规定？ 解： Nx u 进料 c+2 压力 9 c+11=7+11=18 Na u 串级单元 1 传热 1 合计 2 进料，227K，2068kPa 组分 N2 C1 C2 C3 C4 C5 C6 Kmol/h 1.0 54.4 67.6 141.1 54.7 56.0 33.3 塔顶产物 塔底产物 9 2 习题6附图 3 NV U = Nx u+Na u = 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: Nx u 压力 N+M+1+1 进料 c+2 合计 N+M+c+4 ( c = 3 ) Na u 串级 6 分配器 1 侧线 3 传热 2 10 Nv u = N+M+3+4 = N+M+19 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: Nx u 进料 c+2 压力 N+M+1+1+1 c+N+M+5 Na u 串级 4 分配 1 侧线 1 传热 4 10 V-1 E-1 V-2 E-2 Ta Pa Tb Pb 尾气 吸 收 塔 蒸 出 塔 加热器 换热器 泵 冷却器 V-3 水蒸气 CO2+蒸汽 习题7附图 M 2 液 汽 汽 液 进料 全凝器 产品1 产品2 再沸器 产品3 习题14附图 4 9. 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: NX U 进料 c+2 压力 40+1+1 c+44 = 47 Na u 3+1+1+2 = 7 Nv u = 54 设计变量：回流比，馏出液流率。 2 全凝器 再沸器 V-1 F S N 进料 冷却器 产品1 产品2 产品3 2 M 阀 习题8附图 2 V-1 140kPa 99.95%(mol)苯 87.2 kmol/h 含进料中苯的1% 204kPa 200℃ 1140kPa 阀 Kmol/h 苯 261.5 甲苯 84.6 联苯 5.1 20 40 10 习题9附图 5 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 x 1 =0.3125，x 2 =0.2978，x 3 =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。 83.977;33.1035 22121112   15.4422223   ; 05.4603323  14.15101113   ; 81.16423313  (单位：J/mol) 在 T=378.47K 时液相摩尔体积为： k m o lmvL 331 1091.100  ； 32 1055.117 Lv ； 33 1069.136 Lv 安托尼公式为： 苯：  36.5251.27887936.20ln 1  TP s ； 甲苯：  67.5352.30969065.20ln 2  TP s ； 对二甲苯：  84.5765.33469891.20ln 3  TP s ；( KTPaP s :;: ) 解 1：由 Wilson 参数方程   RT v v iiijL i L j ij   exp   RT v v L L 1112 1 2 12 exp       47.378314.833.1035exp 1091.100 1055.117 3 3       =1.619   RT v v L L 2221 2 1 21 exp       47.378314.883.977exp 1055.117 1091.100 3 3       =0.629 同理： 838.013  ； 244.131  010.123  ； 995.032  由 Wilson 方程               k j jkj kki j jiji x x xln1ln  ： 9184.01  ； 9718.02  ； 9930.03  6 根据安托尼方程： M P aP s 2 0 7 5.01  ； PaP s 4 2 10693.8  ； PaP s 4 3 10823.3  由式(2-38)计算得： 88.11 K ； 834.02 K ； 375.03 K 如视为完全理想系，根据式(2-36)计算得： 0 4 8.21 K ； 858.02 K ； 377.03 K 解 2：在 T=378.47K 下 苯： )36.5247.378/(5.27887936.20ln 1  sP ； sP1 =207.48Kpa 甲苯： )67.5347.378/(52.30969065.20ln 2  sP ； sP2 =86.93Kpa 对二甲苯： )84.5747.378/(65.33469891.20ln 3  sP ； sP3 =38.23Kpa Wilson 方程参数求取 854.0) 47.378314.8 83.977 exp( 1091.100 1055.117 )exp( 3 3 2212 1 2 21           RTv v L L  7472.0) 47.378314.8 15.442 exp( 1069.136 1055.117 )exp( 3 3 2223 3 2 23           RTv v L L  346.1) 47.378314.8 05.460 exp( 1055.117 1069.136 )exp( 3 3 3323 2 3 32            RTv v L L  457.0) 47.378314.8 14.1510 exp( 1091.100 1069.136 )exp( 3 3 1113 2 1 13           RTv v L L  283.2) 47.378314.8 81.1642 exp( 1091.100 1069.136 )exp( 3 3 3313 1 3 31            RTv v L L  31 31 21 2 1 1 12 2 13 3 1 12 2 13 3 21 1 2 23 3 31 1 32 2 3 ln 1 ln( ) ( ) 0.3125 1 ln(0.3125 1.193 0.2978 0.457 0.3897) ( 0.3125 1.193 0.2978 0.457 0.3897 0.854 0.2978 0.854 0.3125 0.2978 0.74 xx x r x x x x x x x x x x x x                                       2.283 0.3897 ) 72 0.3897 2.283 0.3125 1.346 0.2978 0.3897 0.09076           1r =0.9132 193.1) 47.378314.8 33.1035 exp( 1055.117 1091.100 )exp( 3 3 1112 2 1 12            RTv v L L  7 32 31 12 2 2 1 21 2 3 23 1 12 2 13 3 21 1 2 23 3 31 1 32 2 3 ln 1 ln( ) ( ) 0.2125 1.193 1 ln(0.3125 0.854 0.2978 0.7472 0.3897) ( 0.3125 1.193 0.2978 0.457 0.3897 0.2978 0.854 0.3125 0.2978 0.7 xx x r x x x x x x x x x x x x                                       0.3897 1.346 ) 472 0.3897 2.283 0.3125 1.346 0.2978 0.3897 0.0188          2r =1.019 1 13 23 2 3 3 1 31 2 23 3 1 12 2 13 3 21 1 2 23 3 31 1 32 2 3 ln 1 ln( ) ( ) 0.3125 0.457 1 ln(0.3125 0.457 0.2987 1.346 0.3897) ( 0.3125 1.193 0.2978 0.457 0.3897 0.7472 0.2978 0.854 0.3125 0.297 x x x r x x x x x x x x x x x x                                       0.3897 ) 8 0.7472 0.3897 2.283 0.3125 1.346 0.2978 0.3897 0.2431          3r =1.2752 故 87.1 3.101 48.2079132.011 1   P Pr K s 8744.0 3.101 93.86019.122 2   P Pr K s 4813.0 3.101 23.382752.133 3   P Pr K s 而完全理想系： 048.2 3.101 48.2071 1  P P K s 8581.0 3.101 93.862 2  P P K s 3774.0 3.101 23.383 3  P P K s 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： k P aP s 24.1561  ； kPaP s 28.632  ； kPaP s 88.263  由式(2-36)得： 562.11 K ； 633.02 K ； 269.03 K 7 8 1.01 y ； 158.02 y ； 067.03 y ； 006.1 iy 8 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： 5 5 3.11 ' 1   iy K K 可得 KT 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 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 . 8 0 7 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 iij x 2.9035 0.5883 0.2500 3.7418    iij iij x 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/(5.27887936.20ln 1  sP ；  PaP s 5 1 10569.1  甲苯： 06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln 2  sP ；  PaP s 4 2 10358.6  对二甲苯： 204.10)84.5715.27395/(65.33469891.20ln 3  sP ；  PaP s 4 3 10702.2  569.1 10 10569.1 5 5 1 1   P P K s ； 6358.022  P P K s 2702.033  P P K s  011.125.06358.025.02702.05.0596.1  ii xK 选苯为参考组分： 552.1 011.1 569.1 12 K ；解得 T2=94.61℃  05.11ln 2  sP ； PaP s 42 10281.6  19.10ln 3  sP ； PaP s 43 106654.2   2K =0.6281 3K =0.2665 9  19997.025.02665.025.06281.05.0552.1  ii xK 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    74.325.0125.0353.25.0807.5ii x 0.1 74.3 25.01 74.3 25.0353.2 74.3 5.0807.5           ii ii i x x y   故泡点温度为 95℃，且 776.0 74.3 5.0807.5 1   y ； 157.0 74.3 25.0353.2 2   y ； 067.0 74.3 25.01 3   y 3. 一烃类混合物含甲烷 5%(mol)，乙烷 10%，丙烷 30%及异丁烷 55%，试求混 合物在 25℃时的泡点压力和露点压力。 解 1：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可以看成理想溶液， iK 值只取决于 温度和压力。可使用烃类的 P-T-K 图。 ⑴泡点压力的计算：75348 假设 P=2.0MPa，因 T=25℃，查图求 iK 组分 i 甲烷(1) 乙烷(2) 丙烷(3) 异丁烷(4) ∑ ix 0.05 0.10 0.30 0.55 1.00 iK 8.5 1.8 0.57 0.26 iii xKy  0.425 0.18 0.171 0.143 0.919  ii xK =0.919＜1，说明所设压力偏高，重设 P=1.8MPa 组分 i 甲烷(1) 乙烷(2) 丙烷(3) 异丁烷(4) ∑ ix 0.05 0.10 0.30 0.55 1.00 iK 9.4 1.95 0.62 0.28 iii xKy  0.47 0.195 0.186 0.154 1.005  ii xK =1.005≈1，故泡点压力为 1.8MPa。 ⑵露点压力的计算： 假设 P=0.6MPa，因 T=25℃,查图求 iK 组分 i 甲烷(1) 乙烷(2) 丙烷(3) 异丁烷(4) ∑ iy 0.05 0.10 0.30 0.55 1.00 iK 26.0 5.0 1.6 0.64 10 i i i K y x  0.0019 0.02 0.1875 0.8594 1.0688  i i K y =1.0688＞1.00，说明压力偏高，重设 P=0.56MPa。 组分 i 甲烷(1) 乙烷(2) 丙烷(3) 异丁烷(4) ∑ iy 0.05 0.10 0.30 0.55 1.00 iK 27.8 5.38 1.69 0.68 i i i K y x  0.0018 0.0186 0.1775 0.8088 1.006  i i K y =1.006≈1，故露点压力为 0.56MPa。 解 2：(1)求泡点压力： 设 P1=1000KPa，由 25℃，1000KPa，查 P-T-K 列线图得 iK 1K =16.5 2K =3.2 3K =1.0 4K =0.43 所以 168.143.055.00.13.02.31.05.1605.0  iy 选异丁烷为参考组分 282.0 907.0 256.042 43   iy K K ，查得 P=1771KPa 在此条件下求得 iy =1.02 1，继续调整 279.0 02.1 282.043 44   iy K K ，查得 P=1800KPa 求得： 1001.1  iy ，故混合物在 25℃的泡点压力为 1800KPa 序号 组分 ix 1000KPa 2000KPa 1770KPa 1800KPa iK iy iK iy iK iy iK iy 1 甲烷 0.05 16.5 0.825 8.4 0.42 9.6 0.48 9.4 0.47 2 乙烷 0.10 3.2 0.32 1.75 0.175 1.95 0.195 1.92 0.192 3 丙烷 0.30 1.0 0.30 0.57 0.171 0.63 0.189 0.62 0.186 4 异丁烷 0.55 0.43 0.24 0.256 0.141 0.285 0.157 0.279 0.153  1.00 1.68 0.907 1.001 (2)求露点压力 设 P1=1000KPa，由 25℃，1000KPa，查 P-T-K 列线图得 iK 1K =16.5 2K =3.2 3K =1.0 4K =0.43 所以   614.143.0 55.0 2.3 10.0 5.16 05.0 i i i K y x 选异丁烷为参考组分 694.0614.143.04142   ixKK 由 25℃， 42K =0.694 查得 P=560KPa，查得各组分的 iK 值 11 求得 1990.0  ix 故混合物在 25℃时的露点压力为 560KPa 序号 组成 组成 1000KPa 560KPa iK ix iK ix 1 甲烷 0.05 16.5 0.003 27.5 0.002 2 乙烷 0.10 3.2 0.031 5.20 0.019 3 丙烷 0.30 1.0 0.30 1.70 0.176 4 异丁烷 0.55 0.43 1.28 0.694 0.793  1.614 0.990 4. 含有 80%(mol)醋酸乙酯(A)和 20%乙醇(E)的二元物系，液相活度系数用 Van Laar 方程计算， AEA =0.144， EAA =0.170。试计算在 101.3kPa 压力下的泡点温 度和露点温度。 安托尼方程为： 醋酸乙酯：  15.57 50.27900444.21ln   T P S A 乙醇：  68.41 98.38038047.23ln   T P S E (PS：Pa ；T：K) 解 1：⑴泡点温度 此时 8.0Ax ， 2.0Ex 0 0 7 5.0 2.01 7 0.0 8.01 4 4.0 1 1 4 4.0 1 ln 22                    EEA AAE AE A xA xA A  0 0 7 5.1A 1 0 1 3.0 8.01 4 4.0 2.01 7 0.0 1 1 7 0.0 1 ln 22                    AAE EEA EA E xA xA A  1067.1E 设 T=350K   PaP T P S A S A 100271 516.11 15.57 50.27900444.21ln       PaP T P S E S E 95505 4669.11 68.41 98.38038047.23ln     9 9 7 2.0 P P K S AA A  12 0 4 3 4.1 P P K S EE E    0 0 6 4.12.00 4 3 4.18.09 9 7 2.0EEAAii xKxKxK   1ii xK 所以泡点温度为 350K。 ⑵露点温度 此时 8.0Ay ， 2.0Ey 设 T=350K，   PaP T P S A S A 100271 516.11 15.57 50.27900444.21ln       PaP T P S E S E 95505 4669.11 68.41 98.38038047.23ln     设 1A ， 1E 98984.0 P P K S AA A  94279.0 P P K S EE E  8 0 8 2.0 A A A K y x 2121.0 E E E K y x 00806.0 2121.0170.0 8082.0144.0 1 144.0 1 ln 22 '                    EEA AAE AE A xA xA A  0081.1 ' A 0 9 9 0 8.0 8 0 8 2.01 4 4.0 2 1 2 1.01 7 0.0 1 1 7 0.0 1 ln 22 '                    AAE EEA EA E xA xA A  1 0 4 2.1 ' E 9 9 7 8 5.0 1 0 1 3 0 0 1 0 0 2 7 10 0 8 1.1 ' '    P P K S AA A  13 04103.1 101300 955051042.1 ' '    P P K S EE E  9 9 3 8.01 9 2 1.08 0 1 7.0 '''  E E A A i i K y K y K y   1 i i K y 所以露点温度为 350K。 解 2：(1)计算活度系数： 0075.0 ) 2.017.0 8.0144.01( 144.0 }1( ln 22       EEA AAE AE A xA xA A r Ar =1.0075 10137.0 } 8.0144.0 2.017.01( 17.0 }1( ln 22       AAE EEA EA E xA xA A r Er =1.107 (2)计算泡点温度 设 T=353.15K(80℃) 617.11 15.5715.353 50.27900444.21ln   sAP  PaP s A 5101097.1  5917.11 68.4115.353 98.38088047.23ln   sEP  PaP s E 510082.1   1037.1 10013.1 101097.10075.1 5 5     P Pr K S AA A 1821.1 10013.1 10082.1107.1 5 5     P Pr K S EE E  1194.12.01821.18.01037.1  ii xK 调整 98597.0 1194.1 1037.1 2 AK ) 15.57 5.2790 0444.21exp( 0075.1 10013.198597.0 52 2     Tr PK P A AS A 14 解得 T2=349.65，即 T2=76.50℃  s APln =11.504 PaP s A 41091.9  s EPln =11.453 PaP s E 4104175.9   AK =0.9857 EK =1.0288 19943.02.00288.18.09857.0  ii xK 故泡点温度为 76.5℃ (3)计算露点温度 设 T=353.15K(80℃)  9867.0894.01037.12 AK ) 15.57 5.2790 0444.21exp( 0075.1 10013.19867.0 52 2     Tr PK P A AS A 解得 T2=349.67K(76.52℃)  s APln =11.505 PaP s A 41092.9  s EPln =11.454 PaP s E 410425.9  9866.0 013.1 992.00075.1   AK 03.1 013.1 9425.0107.1   EK 1005.1 03.1 2.0 9866.0 8.0  ix 故露点温度为 76.52℃ 5. 设有 7 个组分的混合物在规定温度和压力下进行闪蒸。用下面给定的 K 值和 进料组成画出 Rachford-Rice 闪蒸函数曲线图。          c i i ii K Kz f 1 11 1 Ψ的间隔取 0.1，并由图中估计出 Ψ的正确根值。 组分 1 2 3 4 5 6 7 zi 0.0079 0.1321 0.0849 0.2690 0.0589 0.1321 0.3151 Ki 16.2 5.2 2.0 1.98 0.91 0.72 0.28 解：计算过程如下表所示： 1 2 3 4 5 6 7 ∑ 15 Ψ=0 -0.12008 -0.55482 -0.08490 -0.26362 0.00530 0.03899 0.22687 -0.7543 Ψ=0.1 -0.04765 -0.39072 -0.07718 -0.24009 0.00535 0.03805 0.24447 -0.4678 Ψ=0.2 -0.02972 -0.30153 -0.07075 -0.22042 0.00540 0.03918 0.26504 -0.3128 Ψ=0.3 -0.02160 -0.24550 -0.06530 -0.20373 0.00545 0.04038 0.28378 -0.2009 Ψ=0.4 -0.01696 -0.20702 -0.06064 -0.18938 0.00550 0.04165 0.31864 -0.1082 Ψ=0.5 -0.01396 -0.17897 -0.05660 -0.17693 0.00555 0.04301 0.35449 -0.0234 Ψ=0.6 -0.01187 -0.15762 -0.05306 -0.16601 0.00560 0.04446 0.39942 0.0609 Ψ=0.7 -0.01031 -0.14082 -0.04994 -0.15636 0.00566 0.04601 0.45740 0.1516 Ψ=0.8 -0.00913 -0.12725 -0.04717 -0.14777 0.00571 0.04767 0.53508 0.2571 Ψ=0.9 -0.00818 -0.11607 -0.04468 -0.14007 0.00577 0.04945 0.64452 0.3907 Ψ=1 -0.00741 -0.10670 -0.04245 -0.13314 0.00583 0.05137 0.81026 0.5778 根据上表所得数据画图： 由曲线图得：Ψ=0.527 6. 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 ：  36.5251.27887936.20ln 1  TP S kPaPS 315.1791  77.11 K 甲苯：  67.5352.30969065.20ln 2  TP S kPaPS 834.732  729.02 K 对二甲苯：  84.5765.3346981.20ln 3  TP S kPaP S 895.313  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 65.0 076.36483.377 076.364373 1               040443.0 11 1 1 1 i ii K Kz f -1 -0.8 -0.6 -0.4 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 0 0.5 1 1.5 Ψ f {Ψ } 16            414.0 11 1 2 1 2 1 ' i ii K Kz f     7477.0 1 ' 1 12     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。 7. 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 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=0.01，K4=0.004 由式(2-72)试差可得：Ψ=0.87， 由式(2-68)计算得： y1=0.4988 ， y2=0.4924 ， y3=0.008 ， y4=0.0008 ； V=400.2mol/h。 8. 下图所示是一个精馏塔的塔顶部分。图中以表示出总精馏物的组成，其中 10%(mol)作为汽相采出。若温度是 311K，求回流罐所用压力。给出该温度和 1379kPa 压力下的 K 值为：C2-2.7；C3-0.95； C4-0.34，并假设 K 与压力成正比。 解：由图中可知 zC2=0.10，zC3=0.20，zC4=0.70； 由题意知： ' 1379 ii K P K  ，Ψ=0.1， 由式(2-72)试差得：P=2179kPa。 9. 在 101.3kPa 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 101.3kPa 下进行闪蒸，使进料的 50%汽化。求闪蒸温度， 两相的组成。 组分 流率，mol/h 氢 200 甲烷 200 苯 50 甲苯 10 17 解：⑴因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液，KI 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：TB=86℃。 露点温度计算得：TD=100℃。 ⑵由式(2-76)求 T 的初值为 93℃，查图求 KI 组分 正己烷 正庚烷 正辛烷 zi 0.45 0.25 0.30 Ki 1.92 0.88 0.41    11 1   i ii K zK 0.2836 -0.0319 -0.2511        00006.0 11 1 i ii K zK 所以闪蒸温度为 93℃。 由式(2-77)、(2-68)计算得： xC6=0.308，xC7=0.266，xC8=0.426 yC6=0.591，yC7=0.234，yC8=0.175 所以液相中含正己烷 30.8%，正庚烷 26.6%，正辛烷 42.6%； 汽相中含正己烷 59.1%，正庚烷 23.4%，正辛烷 17.5%。 18 第三章 多组分精馏和特殊精馏 1. 在一精馏塔中分离苯(B)，甲苯(T)，二甲苯(X)和异丙苯(C)四元混合物。进料 量 200mol/h，进料组成 zB=0.2,zT=0.1,zX=0.4(mol)。塔顶采用全凝器，饱和液 体回流。相对挥发度数据为： BT  =2.25， TT  =1.0， XT  =0.33， CT =0.21。 规定异丙苯在釜液中的回收率为 99.8%，甲苯在馏出液中的回收率为 99.5%。 求最少理论板数和全回流操作下的组分分配。 解：根据题意顶甲苯(T)为轻关键组分，异丙苯(C)为重关键组分， 则苯(B)为轻组分，二甲苯(X)为中间组分。 以重关键组分计算相对挥发度。 71.10 21.0