分离工程习题
第一章
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。
5.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/cm3；M为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035 g/cm3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。
9.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：
L , xi , TL , PLFziTFPFV-2V , yi ,Tv , Pv3股物流均视为单相物流， 总变量数Nv=3(C+2)=3c+6
习题5附图独立方程数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
11.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？
进料，227K，2068kPa 塔顶产物（2） 如果有，请指出哪些附加变
量需要规定？
解： Nxu 进料 c+2
压力 9 c+11=7+11=18
Nau 串级单元 1 传热 1 合计 2 NVU = Nxu+Nau = 20 附加变量：总理论板数。
组分N2C1C2C3C4C5C6Kmol/h1.054.467.6141.154.756.033.392塔底产物习题6附图16.采用单个精馏塔分离一个三组分混合物为三个产品(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。
第二章
4.一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：
P1s?156.24kPa ；P2s?63.28kPa ；P3s?26.88kPa 由式(2-36)得：
K1?1.562 ；K2?0.633 ；K3?0.269
y1?0.781 ；y2?0.158 ；y3?0.067 ；?yi?1.006 由于?yi>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： K1'?K1?1.553 可得T'?367.78K ?yi 重复上述步骤：
''?0.6284 ；K3?0.2667 K1'?1.553 ；K2'' y1'?0.7765 ；y2?0.1511 ；y3?0.066675 ；?yi?1.0003
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? 5.80 7 ；?23? 2.353 ；?33?1.000
组分i xi 苯(1) 甲苯(2) 对二甲苯(3) 0.50 5.807 0.25 2.353 0.25 1.000 0.2500 ? 1.000 3.7418 ?ij ?ijxi 2.9035 0.5883 ?ij?xi??ij?xi 解2：
0.7760 0.1572 0.0668 1.0000 (1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95℃
苯： lnP1s?20.7936?2788.5/(95?273.15?52.36)?11.96；
? P1s?1.569?105Pa
甲苯： lnP2s?20.9065?3096.52/(95?273.15?53.67)?11.06；
?P2s?6.358?104Pa
对二甲苯：lnP3s?20.9891?3346.65/(95?273.15?57.84)?10.204；
?P3s?2.702?104Pa
K1?P1sP5?1.569?10105?1.569；K2?P2sP?0.6358