化工分离工程第7章 习题资料

化工分离工程第7章

习题

第7章习题

7.1

1 ．在环境状态下，将含有 35% （摩尔）丙酮的水溶液分离成 99% （摩尔）的丙酮和 98% （摩尔）的水。①若丙酮和水被认为是理想溶液，计算以 1 kmol 进料为单位的最小功；②在环境状态下的液相活度系数用 Van Laar 方程联立，其常数A1

2 =2.0 ，A21 =1.7 （丙酮组分为 1 ） , 计算最小功。

解：

（1）丙酮和水生成理想溶液，以1h为标准，

设料液量为1kmol，计算两股产品n Q1和n Q2

n Q1＋n Q2＝1

n Q1×99%+n Q2×2%=1×35%

联立解得n Q1＝0.3402kmol/h，n Q2＝0.6598kmol/h

分离最小功的计算：

W min＝8.314×298×[0.3402×(0.99×ln0.99＋0.01×ln0.01)＋0.6598×（0.98×ln0.98＋

0.02×ln0.02）－（0.35×ln0.35＋0.65×ln0.65）]

＝5027.871w

（2）应用VanLaar方程计算液相活度系数

进料：ln1

γ

＝

2

)

65

.0

7.1

35

.0

0.2

1(

0.2

⨯

⨯

+

＝0.7495，同理ln2

γ

＝0.2557

99％丙酮流股：ln1

γ

＝1.4493×10-4， ln2

γ

＝1.6712

98％水流股：ln1

γ

＝1.9073， ln2

γ

＝9.3457×10-4

W min＝8.314×298×{0.3402×[0.99×(ln0.99+1.4493×10-

4)+0.01×(ln0.01+1.6712)]+0.6598×[0.98×(ln0.98+9.3457×10-4)+0.02×(ln0.02+1.9073)]－[0.35×(ln0.35+0.7495)+

0.65(ln0.65+0.2557)]}=1486.98w

2 ．对如下闪蒸操作计算：①有效能改变（T0 =311K ）；②净功耗。

习题 2 附图

流率 kmol/h

物流

1

物流 2 物流 3

H20.44 0.43 0.014

N20.10 0.095 0.0045

苯

0.03

6

0 0.036

环己烷

41.6

9

0.31 41.38

? 物流

1 物流

2 物流

3 温度 K 322 322 322 压力 kPa 2068 103.

4 103.4 焓 kJ/h -3842581.27 -15055.7 -3827525.57 熵 kJ/h ×K 2885.6

55.1

2848.66

解：

（1） 已知T 0＝311K ，进料1-F ，馏出物2-D ，釜液3-W B D =H D －T 0S D ＝-15055.7－331×55.1＝-32191.8 B W =H W －T 0S W ＝-3827525.57－311×2848.66＝-4713458.83 B F =H F －T 0S F ＝-3842581.27－311×2885.6＝-4740002.87 D=0.43+0.095+0.31=0.835kmol/h

W=0.014+0.0045+0.036+41.38=41.4345kmol/h F=0.44+0.10+0.036+41.69=42.266kmol/h

ΔB 分离＝∑out k

k

B n

－∑in j

j

B

n ＝0.835×(-32191.8)+41.4345×(-4713458.83)-42.266×(-4740002.87) ＝5014271.26kJ/h （2）热量衡算：

C

w D R F Q WH DH Q FH ++=+

42.266×（-3842581.27）＋QR ＝0.835×（-15055.7）＋41.4345×（-3827525.5）＋QC Q R －Q C ＝3806360.22kJ/Hk

故-W 净＝Q R （1－R T T 0）－Q C (1－C

T T 0

) (R T

=C T

=322K) ＝130031.94kJ/h

3. 苯-甲苯常压精馏塔，进料、馏出液及釜液的流率和温度，以及各组分的平均摩尔热容如表所示，设环境温度为 20℃，求各股物流的有效能和苯 - 甲苯精馏塔的最小分离功。 物流 流率 kmol/h 苯的摩尔分数 温度℃

进料

322 322 322 馏出液 2068

103.4 103.4 釜液

-3842581.27 -15055.7 -3827525.57 各温度下苯、甲苯的平均热容 C p, m ，J/ mol ×K 组分 365 K 355 K 381 K 苯 144.0 143.3 146.2 甲苯

167.4

164.9

168.2

解：

S

T H B 0-=

进料：1H ＝0.44×144×72+0.56×167.4×72

＝11311.49J/mol

1S

＝0.44×[144×(ln365－ln293)－8.314ln(1/144)]+0.56×[167.4×(ln365-ln293)－

8.314×ln(1/0.56)]

＝28.82J/molK

1B ＝11311.49－293×28.82＝2867.23J/mol

馏出液：

2H =0.95×143.3×62+0.05×164.9×62=8951.56J/mol