化工分离工程第7章 习题.doc

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1、第7章习题7.11．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1kmol进料为单位的最小功；②在环境状态下的液相活度系数用VanLaar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nQ2nQ1＋nQ2＝1nQ1×99%+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

2、.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＝0.255799％丙酮流股：ln＝1.4493×10-4，ln＝1.671298％水流股：ln＝1.9073，ln＝9.3457×10-4Wmin＝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

3、.3457×10-4)+0.02×(ln0.02+1.9073)]－[0.35×(ln0.35+0.7495)+0.65(ln0.65+0.2557)]}=1486.98w2．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3H20.440.430.014N20.100.0950.0045苯0.03600.036环己烷41.690.3141.38?物流1物流2物流3温度K322322322压力kPa2068103.4103.4焓kJ/h-3842581.27-15055.7-3827525.57熵kJ/h×K2885.655.128

4、48.66解：（1）已知T0＝311K，进料1-F，馏出物2-D，釜液3-WBD=HD－T0SD＝-15055.7－331×55.1＝-32191.8BW=HW－T0SW＝-3827525.57－311×2848.66＝-4713458.83BF=HF－T0SF＝-3842581.27－311×2885.6＝-4740002.87D=0.43+0.095+0.31=0.835kmol/hW=0.014+0.0045+0.036+41.38=41.4345kmol/hF=0.44+0.10+0.036+41.69=42.266kmol/hΔB分离＝－＝0.835×(-32191.8)+41

5、.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）＋QCQR－QC＝3806360.22kJ/Hk故-W净＝QR（1－）－QC(1－)(==322K)＝130031.94kJ/h3.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322322322

6、馏出液2068103.4103.4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365K355K381K苯144.0143.3146.2甲苯167.4164.9168.2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

7、：=0.95×143.3×62+0.05×164.9×62=8951.56J/mol=0.95×[143.3×(ln355－ln293)－8.314×ln(1/0.95)]+0.05×[16439×(ln355-ln293)－8.314×ln(1/0.05)=26.0626J/molK1315.22J/mol釜液：=0.05×146.2×88+0.95×168.2×88=14704.8J/mol=0.05×[146.2×(ln381