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首页 《化工分离过程》第一版(陈洪钫 刘家祺 著)课后习题答案 化学工业出版社

《化工分离过程》第一版(陈洪钫 刘家祺 著)课后习题答案 化学工业出版社.pdf

《化工分离过程》第一版(陈洪钫 刘家祺 著)课后习题答案 化学…

caozhenjietc
2013-04-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《《化工分离过程》第一版(陈洪钫 刘家祺 著)课后习题答案 化学工业出版社pdf》,可适用于高等教育领域

化学工程与工艺教学改革系列参考书分分离离过过程程例例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的开发、分离工程例题与习题集、分离工程试题库的编写等工作。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。编者年月目录第一章绪论第二章单级平衡过程第三章多组分精馏和特殊精馏第四章气体吸收第五章液液萃取第六章多组分多级分离的严格计算第七章吸附第八章结晶第九章膜分离第十章分离过程与设备的选择与放大第一章绪论列出种使用ESA和种使用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。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。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。海水的渗透压由下式近似计算:π=RTCM式中C为溶解盐的浓度gcmM为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐gcm的海水中制取纯水M=操作温度为K。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa答:渗透压π=RTCM=××=kPa。所以反渗透膜两侧的最小压差应为kPa。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:()总变更量数Nv()有关变更量的独立方程数Nc()设计变量数Ni()固定和可调设计变量数Nx,Na()对典型的绝热闪蒸过程你将推荐规定哪些变量?思路:股物流均视为单相物流总变量数Nv=(C)=c独立方程数Nc物料衡算式C个VFziTFPFV,yi,Tv,PvL,xi,TL,PL习题附图热量衡算式个相平衡组成关系式C个个平衡温度等式个平衡压力等式共C个故设计变量Ni=NvNi=C(C)=C固定设计变量Nx=C,加上节流后的压力共C个可调设计变量Na=解:()Nv=(c)()Nc物c能相c内在(PT)Nc=c()Ni=Nv–Nc=c()Nxu=(c)=c()Nau=c–(c)=思路:输出的两股物流看成是相平衡物流所以总变量数Nv=(C)独立方程数Nc:物料衡算式C个热量衡算式个,共C个设计变量数Ni=NvNi=C(C)=C固定设计变量Nx:有C个加上节流后的压力共C个可调设计变量Na:有满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图求:()设计变更量数是多少?()如果有请指出哪些附加变量需要规定?解:Nxu进料c压力c==Nau串级单元传热合计进料KkPa组分NCCCCCCKmolh塔顶产物塔底产物习题附图NVU=NxuNau=附加变量:总理论板数。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:()设计变量数()指定一组合理的设计变量。解:Nxu压力NM进料c合计NMc(c=)Nau串级分配器侧线传热Nvu=NM=NM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:()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更量解:Nxu进料c压力NMcNMNau串级分配侧线传热VEVETaPaTbPb尾气吸收塔蒸出塔加热器换热器泵冷却器V水蒸气CO蒸汽习题附图M液汽汽液进料全凝器产品产品再沸器产品习题附图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压力c=Nau=Nvu=设计变量:回流比馏出液流率。全凝器再沸器VFSN进料冷却器产品产品产品M阀习题附图VkPa(mol)苯kmolh含进料中苯的kPa℃kPa阀Kmolh苯甲苯联苯习题附图第二章单级平衡过程计算在MPa和K下苯()甲苯()对二甲苯()三元系当x=x=x=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。(单位:Jmol)在T=K时液相摩尔体积为:kmolmvLLvLv安托尼公式为:苯:lnTPs甲苯:lnTPs对二甲苯:lnTPs(KTPaPs::)解:由Wilson参数方程RTvviiijLiLjijexpRTvvLLexpexp=RTvvLLexpexp=同理:由Wilson方程kjjkjkkijjijixxxlnln:根据安托尼方程:MPaPsPaPsPaPs由式()计算得:KKK如视为完全理想系根据式()计算得:KKK解:在T=K下苯:)(lnsPsP=Kpa甲苯:)(lnsPsP=Kpa对二甲苯:)(lnsPsP=KpaWilson方程参数求取)exp()exp(RTvvLL)exp()exp(RTvvLL)exp()exp(RTvvLL)exp()exp(RTvvLL)exp()exp(RTvvLLlnln()()ln()(xxxrxxxxxxxxxxxx)r=)exp()exp(RTvvLLlnln()()ln()(xxxrxxxxxxxxxxxx)r=lnln()()ln()(xxxrxxxxxxxxxxxx)r=故PPrKsPPrKsPPrKs而完全理想系:PPKsPPKsPPKs一液体混合物的组成为:苯甲苯对二甲苯(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kPa式的平衡温度和汽相组成。假设为完全理想系。解:()平衡常数法:设T=K用安托尼公式得:kPaPskPaPskPaPs由式()得:KKKyyyiy由于iy>表明所设温度偏高。由题意知液相中含量最大的是苯由式()得:'iyKK可得KT'重复上述步骤:'K'K'K'y'y'yiy在温度为K时存在与之平衡的汽相组成为:苯、甲苯、对二甲苯。()用相对挥发度法:设温度为K取对二甲苯为相对组分。计算相对挥发度的:组分i苯()甲苯()对二甲苯()ixijiijxiijiijxx解:()平衡常数法。假设为完全理想系。设t=℃苯:)(lnsPPaPs甲苯:)(lnsPPaPs对二甲苯:)(lnsPPaPsPPKsPPKsPPKsiixK选苯为参考组分:K解得T=℃lnsPPaPslnsPPaPsK=K=iixK故泡点温度为℃且yyy()相对挥发度法设t=℃同上求得K=K=K=iixiiiiixxy故泡点温度为℃且yyy一烃类混合物含甲烷(mol)乙烷丙烷及异丁烷试求混合物在℃时的泡点压力和露点压力。解: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PTK图。⑴泡点压力的计算:假设P=MPa因T=℃查图求iK组分i甲烷()乙烷()丙烷()异丁烷()∑ixiKiiixKyiixK=<说明所设压力偏高重设P=MPa组分i甲烷()乙烷()丙烷()异丁烷()∑ixiKiiixKyiixK=≈故泡点压力为MPa。⑵露点压力的计算:假设P=MPa因T=℃,查图求iK组分i甲烷()乙烷()丙烷()异丁烷()∑iyiKiiiKyxiiKy=>说明压力偏高重设P=MPa。组分i甲烷()乙烷()丙烷()异丁烷()∑iyiKiiiKyxiiKy=≈故露点压力为MPa。解:()求泡点压力:设P=KPa由℃KPa查PTK列线图得iKK=K=K=K=所以iy选异丁烷为参考组分iyKK查得P=KPa在此条件下求得iy=继续调整iyKK查得P=KPa求得:iy故混合物在℃的泡点压力为KPa序号组分ixKPaKPaKPaKPaiKiyiKiyiKiyiKiy甲烷乙烷丙烷异丁烷()求露点压力设P=KPa由℃KPa查PTK列线图得iKK=K=K=K=所以iiiKyx选异丁烷为参考组分ixKK由℃K=查得P=KPa查得各组分的iK值求得ix故混合物在℃时的露点压力为KPa序号组成组成KPaKPaiKixiKix甲烷乙烷丙烷异丁烷含有(mol)醋酸乙酯(A)和乙醇(E)的二元物系液相活度系数用VanLaar方程计算AEA=EAA=。试计算在kPa压力下的泡点温度和露点温度。安托尼方程为:醋酸乙酯:lnTPSA乙醇:lnTPSE(PS:PaT:K)解:⑴泡点温度此时AxExlnEEAAAEAEAxAxAAAlnAAEEEAEAExAxAAE设T=KPaPTPSASAlnPaPTPSESElnPPKSAAAPPKSEEEEEAAiixKxKxKiixK所以泡点温度为K。⑵露点温度此时AyEy设T=KPaPTPSASAlnPaPTPSESEln设AEPPKSAAAPPKSEEEAAAKyxEEEKyxln'EEAAAEAEAxAxAA'Aln'AAEEEAEAExAxAA'E''PPKSAAA''PPKSEEE'''EEAAiiKyKyKyiiKy所以露点温度为K。解:()计算活度系数:)(}(lnEEAAAEAEAxAxAArAr=}(}(lnAAEEEAEAExAxAArEr=()计算泡点温度设T=K(℃)lnsAPPaPsAlnsEPPaPsEPPrKSAAAPPrKSEEEiixK调整AK)exp(TrPKPAASA解得T=即T=℃sAPln=PaPsAsEPln=PaPsEAK=EK=iixK故泡点温度为℃()计算露点温度设T=K(℃)AK)exp(TrPKPAASA解得T=K(℃)sAPln=PaPsAsEPln=PaPsEAKEKix故露点温度为℃设有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RachfordRice闪蒸函数曲线图。ciiiiKKzfΨ的间隔取并由图中估计出Ψ的正确根值。组分ziKi解:计算过程如下表所示:∑Ψ=Ψ=Ψ=Ψ=Ψ=Ψ=Ψ=Ψ=Ψ=Ψ=Ψ=根据上表所得数据画图:由曲线图得:Ψ=组成为(mol)苯甲苯和对二甲苯的kmol液体混合物在kPa和℃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K下苯:lnTPSkPaPSK甲苯:lnTPSkPaPSK对二甲苯:lnTPSkPaPSK计算混合组分的泡点TBTB=K计算混合组分的露点TDTD=KiiiKKzfΨf{Ψ}'iiiKKzf'fff此时:x=x=x=L=kmoly=y=y=V=kmol。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K组成如下表。闪蒸罐操作条件下各组分的K值:氢甲烷苯甲苯解:以氢为甲烷为苯为甲苯为。总进料量为F=kmolhzzzz又K=K=K=K=由式()试差可得:Ψ=由式()计算得:y=y=y=y=V=molh。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(mol)作为汽相采出。若温度是K求回流罐所用压力。给出该温度和kPa压力下的K值为:CCC并假设K与压力成正比。解:由图中可知zC=zC=zC=由题意知:'iiKPKΨ=由式()试差得:P=kPa。在kPa下对组成为(摩尔)正己烷正庚烷及正辛烷的混合物。⑴求泡点和露点温度⑵将此混合物在kPa下进行闪蒸使进料的汽化。求闪蒸温度两相的组成。组分流率molh氢甲烷苯甲苯解: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PTK图。泡点温度计算得:TB=℃。露点温度计算得:TD=℃。⑵由式()求T的初值为℃查图求KI组分正己烷正庚烷正辛烷ziKiiiiKzKiiiKzK所以闪蒸温度为℃。由式()、()计算得:xC=xC=xC=yC=yC=yC=所以液相中含正己烷正庚烷正辛烷汽相中含正己烷正庚烷正辛烷。第三章多组分精馏和特殊精馏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molh进料组成zB=,zT=,zX=(mol)。塔顶采用全凝器饱和液体回流。相对挥发度数据为:BT=TT=XT=CT=。规定异丙苯在釜液中的回收率为甲苯在馏出液中的回收率为。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。

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