传质分离课后习题
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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/cm 3;M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035 g/cm 3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
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
F zi
T F P F
V , yi ,Tv , Pv
L , x i , T L , P L
习题5附图
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: N x u 进料 c+2
压力 9 c+11=7+11=18
N a u 串级单元 1 传热 1 合计 2 N V U = N x u +N a u = 20 附加变量:总理论板数。
第二章 单级平衡过程
进料,习题6附图
1. 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:
kPa P s 24.1561= ;kPa P s 28.632= ;kPa P s 88.263= 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=∑i y 由于∑i y >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
==∑i
y K K 可得K T 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=∑i y 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:
13=α
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=-+-=s P ;
∴ Pa P s 5110569.1⨯=
甲苯: 06.11)67.5315.27395/(52.30969065.20ln 2=-+-=s P ;
∴Pa P s 4210358.6⨯=
对二甲苯:204.10)84.5715.27395/(65.33469891.20ln 3=-+-=s P ;
∴Pa P s 4310702.2⨯=
569.11010569.15
5
1
1=⨯=
=P
P K s ;6358.02
2==P
P K s
2702
.033==
P
P K s
∴011.125.06358.025.02702.05.0596.1=⨯+⨯+⨯=∑i i x K
选苯为参考组分:552.1011
.1569
.112==K ;解得T 2=94.61℃ ∴05.11ln 2=s P ;
Pa P s 4210281.6⨯= 19.10ln 3=s P ; Pa P s 43106654.2⨯=
∴2K =0.6281
3K =0.2665
∴19997.025.02665.025.06281.05.0552.1≈=⨯+⨯+⨯=∑i i x K
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=α,353.223=α,133=α
∴∑=⨯+⨯+⨯=74
.325.0125.0353.25.0807.5i i x α
.174.325
.0174.325.0353.274.35.0807.5=⨯+∑∑
⨯+⨯=∑=i
i i i i x x y αα
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
2. 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℃