内容发布更新时间 : 2024/12/26 15:46:44星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。
U uuN V = Nx+Na = 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: Nxu 压力 N+M+1+1
进料 c+2 合计 N+M+c+4
( c = 3 )
Na
u
吸 收 塔
尾气 Ta Pa 串级 分配器 侧线 传热
6 1 3 2 10
V-2
CO2+蒸汽 蒸 Tb 出 Pb 塔 加热器 换热器 V-1 冷却器 E-2 水蒸气 V-3 泵 E-1
习题7附图 Nvu = 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: Nxu 进料 c+2
压力 N+M+1+1+1 Nau 串级
分配 侧线
全凝器 液 M 产品1 c+N+M+5 4 1 1
汽 进料 汽 产品2 传热 4
液 2 10
再沸器 产品3 习题14附图
3
全凝器
N
S
阀 V-1 产品1 9. 采用单个精馏塔分离一个三组分混合
140kPa
进料 F 2
2 产品2 40 200℃ 1140kPa 阀 20 99.95%(mol)苯 Kmol/h 苯 261.5 甲苯 84.6 联苯 5.1 10 87.2 kmol/h 含进料中苯的1% 再沸器 2 204kPa
冷却器 习题8附图
产品3 习题9附图 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+2
压力 40+1+1
c+44 = 47
Nau
3+1+1+2 = 7
Nvu = 54
设计变量：回流比，馏出液流率。
4
第二章 单级平衡过程
1. 计算在 0.1013MP a 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。
?12 ? ?11 ? ?1035 .33; ?12 ? ?22 ? 977.83 ?23 ? ?22 ? 442.15 ; ?23 ? ?33 ? ?460.05
?13 ? ?11 ? 1510 .14 ; ?13 ? ?33 ? ?1642 .81 (单位：J/mol) 在 T=378.47K 时液相摩尔体积为：
L ?3
L ?3 3；v ? 117.55 ?10 v ? 100.91?10 m k m o l
1
2
；v L ? 136.69 ?10 ?3
3
安托尼公式为：
； 苯： ln P1s ? 20.7936 ? 2788 .51 ?T ? 52.36? 甲苯： ln P2s ? 20.9065 ? 3096 .52 ?T ? 53.67 ?；
对二甲苯： ln P3s ? 20.9891 ? 3346 .65 ?T ? 57.84?；( P s : Pa;T : K )
? ij ??解 1：由 Wilson 参数方程
?
v v
?
L
j
L i
exp ? ?? ij ? ? ii ??RT ???
L
v ?? RT ??2 ? 12 ? L exp?? ??? ? ?11 12
v1
117.55 ?10 ?3 ? exp?? ?? 1035 .33? ?8.314 ? 378.47 ????3100.91?10 =1.619 ? 21 ??
L 1 L 2
v
exp ?? ??21 ? ?22 ??RT ??v
?
?
100.91 ?10 ?3 ? exp?? ?977.83? ?8.314 ? 378.47 ????3117.55 ?10
=0.629 ?13 ? 0.838 ； ? 31 ? 1.244 同理：
? 32 ? 0.995 ? ? 1.010 ；
23
?
?? ??
? xki k?? ? ij x j ??? ? ln ? i ? 1 ? ln?由 Wilson 方程 ： ? ? ? x kj j ? j ?? k ?
??????
j
? 1 ? 0.9184 ；? 2 ? 0.9718 ；? 3 ? 0.9930
5
根据安托尼方程：
s 4 s 4
s ； ； P ? 3.823 ?10 Pa Pa P ? 8.693 ?10 Pa P ? 0.2 0 7M5
1
2
3
由式(2-38)计算得：
K 3 ? 0.375 K 2 ? 0.834 ； K1 ? 1.88 ；
如视为完全理想系，根据式(2-36)计算得：
K 3 ? 0.377 K1 ? 2.0 4 8 ； K 2 ? 0.858 ；
解 2：在 T=378.47K 下
?
苯： ln P s ? 20.7936 ? 2788 .5 /(378.47 ? 52.36) ；??P s =207.48Kpa
1 1
s
ln P2 ? 20.9065 ? 3096 .52 /(378.47 ? 53.67) ；? P2 s=86.93Kpa 甲苯： 对二甲苯： ln P? 20.9891 ? 3346 .65 /(378.47 ? 57.84) ；? P=38.23Kpa
Wilson 方程参数求取
?
s3
s3
L v ?12 ? ?11 100.91 ? 10 ?3 1 ?? 1035 .33 ) ? 1.193 ??12 ? L exp(? ) ?exp(?RT v 8.314 ? 378.47 117.55 ? 10 ?3 2
?
?
977.83 v ?12 ? ? 22 ?117.55 ? 10
? 21 ? exp(? ) ?exp(??) ? 0.854 ?3
RT 8.314 ? 378.47 v 100.91 ? 10
L
2 L 1
?3
?
?
?
L ?3 ?
v ? ? ? 442.15 117.55 ? 10 ? 23 ? 2exp(? 23 22 ) ??exp(??) ? 0.7472 L ?3
RT 8.314 ? 378.47 v 136.69 ? 10 3
L ?3 ?v ? ? ? ? 460.05 136.69 ? 10 3 33
? 32 ? L exp(? 23 ) ??exp(??) ? 1.346 ?3
RT v 8.314 ? 378.47 117.55 ? 10 2 L ?3 ?
v ?13 ? ?11 1510 .14 136.69 ? 10 1 ? ? 13 ? L exp(? ) ??exp(?) ? 0.457
RT 8.314 ? 378.47 v 100.91 ? 10 ?3 2
L ?3 ?v ?13 ? ?33 ? 1642 .81 136.69 ? 10 3 ? 31 ? L exp(? ) ??exp(??) ? 2.283 ?3
RT v1 8.314 ? 378.47 100.91 ? 10
x1 ?21 x2 ?31 x3 ?x ? ??x ) ? ( ? ln r ? 1 ? ln( x ? ?? )1 1 12 2 13 3
x1 ? ?12 x2 ? ?13 x3 ?21 x1 ? x2 ? ?23 x3 ?31 x1 ? ?32 x2 ? x3
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 2.283? 0.3897
? ? ) 0.854 ? 0.3125 ? 0.2978 ? 0.7472 ? 0.3897 2.283? 0.3125 ? 1.346 ? 0.2978 ? 0.3897 ? ?0.09076
?
??
r1 =0.9132
6
x1 ?12 x2 ?32 x3 ? 1 ? ln( x ? ? x ? x ??) ? ( ? ln r2 ? )1 21 2 3 23
x1 ? ?12 x2 ? ?13 x3 ?21 x1 ? x2 ? ?23 x3 ?31 x1 ? ?32 x2 ? x3
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 0.3897 ?1.346
? ? ) 0.854 ? 0.3125 ? 0.2978 ? 0.7472 ? 0.3897 2.283? 0.3125 ? 1.346 ? 0.2978 ? 0.3897 ? 0.0188
?
?? r2 =1.019
x1 ?13 ?23 x2 x3 ? ? 1 ? ln( x ? ? x ? ? x ) ? ( ln r3 ?? ?) 1 31 2 23 3
x1 ? ?12 x2 ? ?13 x3 ?21 x1 ? x2 ? ?23 x3 ?31 x1 ? ?32 x2 ? x3
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 0.3897
?? ??) 0.854 ? 0.3125 ? 0.2978 ? 0.7472 ? 0.3897 2.283 ? 0.3125 ? 1.346 ? 0.2978 ? 0.3897 ? 0.2431
?? r3 =1.2752 故
s r P1 1 ? 0.9132 ? 207.48? 1.87 K 1 ??P 101.3 s P2 2 ? 1.019 ? 86.93? 0.8744 K 2 ??r
P 101.3 s P3 3 1.2752 ? 38.23K 3 ??r ? P 101.3 ? 0.4813
s
P 1 K1 ??
而完全理想系：
??
P P
? 207.48
101.3 ? 2.048
sP 2 K 2 ??
? 86.93? 0.8581
101.3 ? 38.23? 0.3774 P 101.3 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：
K3 ??
(1)平衡常数法：
设 T=368K
用安托尼公式得：
s s P3 s P P Pa ； ? 26.88k Pa1 ? 156.24k Pa ； 2 ? 63.28k
P3 s
由式(2-36)得：
K 2 ? 0.633 ； K 3 ? 0.269 K? 1.562 ；
1
y2 ? 0.158 y1 ? 0.7 8 1 ；
y3 ? 0.067 ；
； ? yi ? 1.006
7