化工分离工程第7章 习题.docVIP

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 A12 =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nQ1和nQ2 nQ1＋nQ2＝1 nQ1×99%+nQ2×2%=1×35% 联立解得nQ1＝0.3402kmol/h，nQ2＝0.6598kmol/h 分离最小功的计算： Wmin＝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：ln＝＝0.7495， 同理ln＝0.2557 99％丙酮流股：ln＝1.4493×10-4， ln＝1.6712 98％水流股：ln＝1.9073， ln＝9.3457×10-4 Wmin＝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 H2 0.44 0.43 0.014 N2 0.10 0.095 0.0045 苯 0.036 0 0.036 环己烷 41.69 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T0＝311K，进料1-F，馏出物2-D，釜液3-W BD=HD－T0SD＝-15055.7－331×55.1＝-32191.8 BW=HW－T0SW＝-3827525.57－311×2848.66＝-4713458.83 BF=HF－T0SF＝-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＝－ ＝0.835×(-32191.8)+41.4345×(-4713458.83)-42.266×(-4740002.87) ＝5014271.26kJ/h （2）热量衡算： 42.266×（-3842581.27）＋QR＝0.835×（-15055.7）＋41.4345×（-3827525.5）＋QC QR－QC＝3806360.22kJ/Hk 故-W净＝QR（1－）－QC(1－) (==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 Cp, 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： 进料：＝0.44×144×72+0.56×167.4×72 ＝11311.49J/mol ＝0.44×[144×(ln365－ln293)－8.314ln(1/144)]+0.56×[167.4×(ln365-ln293)－8.314×ln(1/0.56)] ＝28.82J/molK ＝11311.49－293×28.82＝2867.23J/mol 馏出液：=