33、化学工程计算中的膜分离与传热问题及MATLAB应用

化学工程计算中的膜分离与传热问题及MATLAB应用

1. 膜分离问题

1.1 问题描述

在膜分离过程中，使用膜来分离空气（氧气(A)+氮气(B)）。已知进料流量$L_f = 1\times10^6 cm^3/s$，氧气的进料组成$x_f = 0.209$（摩尔分数），级分率$\theta = 0.2$，氧气与氮气的渗透率之比$\alpha = 10$。同时，还给出了膜的相关数据：膜厚度$t = 2.54\times10^{-3} cm$，进料压力$p_h = 190 cmHg$，渗透侧压力$p_l = 19 cmHg$，氧气的渗透率$P_A = 500\times10^{-10} cm^3\cdot cm/(sec\cdot cm^2\cdot cmHg)$，氮气的渗透率$P_B = 50\times10^{-10} cm^3\cdot cm/(sec\cdot cm^2\cdot cmHg)$。需要使用错流模型计算渗透物组成$y_p$、截留物组成$x_R$和膜面积$A_m$。

1.2 问题分析

此问题涉及膜分离的基本原理和错流模型的应用。通过已知的进料参数、膜的性质和操作条件，利用相关公式来计算所需的参数。

2. 传热问题概述

2.1 传热的基本概念

在许多化学过程中，热量以热的形式进行传递。传热是由于温度差引起的，热量从高温区域流向低温区域。传热常常与其他分离操作（如干燥、蒸馏和蒸发）结合进行。过程热交换是化学工程行业中的关键操作之一。随着能源成本的快速上升，近年来对能源节约和效率的重视程度不断提高。为了提高运行工厂的过程和能源效率，定期监测热交换设备的性能至关重要。然而，由于目前