单元大作业答案-第一章绪论.doc

《分离工程》课程单元大作业答案 第一章 绪论 1. 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 串级 3 侧线采出 1 回流分配器 1 传热单元 2 3+1+1+2 = 7 Nvu = 54 设计变量：题目已经给出了进料的所有条件，塔顶及塔釜压力给定，可认为所有压力级数的值均确定，即固定设计变量的值均已确定。而可调设计变量数为7，已确定了6个，分别是三个串级的理论级数，馏出液中苯的浓度，侧线采出的流率，侧线采出物料中苯的流率。这样只要再确定一个可调设计变量的值即可使所有问题有唯一解。可确定回流比或釜液中某一组分的浓度或馏出液流率。 2. 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: 1） Nxu 进料 c+2 压力 N+M+1+1 c+N+M+4（c=3） Nau 串级 6 分配 1 侧线 1 传热 2 10 2）固定设计变量：原料流率、T、P和组成（C-1=2个）；各理论级及全凝器、再沸器、分配器的压力； 可调设计变量：回流比、回流状态、6个串级的平衡级数、D和侧线流率； 或：回流比、回流状态、4个串级的平衡级数、产品1和产品2的组成、产品3的温度。 3. 计算如图所示用苯做共沸剂分离乙醇－水恒沸物流程的设计变量数（包括可调设计变量和固定设计变量），并设计一组可调设计变量的方案，假设塔板无压降。 解：利用郭氏法分析该装置的设计变量数。 固定设计变量 进料变量数：（2+2）＋（1+2）＋（1+2） ＋）压力等级数：（3-1）或3 12或13 可调设计变量 分配器数： 1 换热单元数： 4 侧线采出单元数：0 ＋）串级数： 5 10 设计变量数 可调设计变量的方案：苯回收塔的塔板数；四个换热器的传热面积；恒沸精馏塔中精馏段和提馏段的塔板数；乙醇回收塔中精馏段和提馏段的塔板数；乙醇回收塔的回流比。 4. 确定如图所示的吸收-解吸流程的设计变量数 解：假设吸收塔进料有c个组分。按设计变量数的确定原则： 固定设计变量 进料变量数：c+2 水蒸气进料：3 ＋）压力等级数：2 c+7 （如果把惰性组分看成是一个组分，则=9） 可调设计变量 换热单元数： 3 ＋）串级数： 2 5 装置总设计变量数： 变量的选择： 方案1 固定设计变量：吸收塔和解吸塔的操作压力；气体原料的流率、组成、进料温度和压力；水蒸气的流率、进料温度和压力。可调设计变量：吸收塔和解吸塔的塔级数；三个换热器各自工艺物料换热后的出口温度。 方案2 固定设计变量的规定与“方案1”相同。可调设计变量：吸收塔出口气体中CO2的摩尔分数；解吸塔出口其中CO2的摩尔分数；三个换热器的换热面积。 5. 具有单进料和采用全凝器的精馏塔（如图），若以新鲜水蒸汽直接进入塔釜一级代替再沸器分离乙醇和水的混合物。假定固定进料，绝热操作，全塔压力为常压，并规定塔顶乙醇浓度，求：（1）设计变量是多少？（2）若完成设计，应推荐哪些变量？ 解：（1）装置设计变量数 装置固定设计数 进料物流确定的固定设计变量：（2+2）+（1+2）=7 装置压力等级数： 1 可调设计变量数 串级单元数2个，分配器1个，传热单元数1个，但因固定了塔顶乙醇的浓度，所以要减去1个。 装置总设计变量数： （2）若完成设计，可推荐的变量： 固定设计变量：进料组成（1个）、流率、温度和压力