化工原理课后题答案(部分)
_化工原理第二版第 1 章蒸馏1.已知含苯 0.5（摩尔分率）的苯 -甲苯混合液，若外压为99kPa ，试求该溶液的饱和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1 附表。t（） 80.1859095100105x0.9620.7480.5520.3860.2360.11解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例 1-1 附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压PB*， PA *，由于总压P = 99kPa ，则由 x = (P-P B*)/(P A *-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡 t-x 图数据。以 t = 80.1 为例x =（ 99-40 ）/（101.33-40 ）= 0.962同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当 x = 0.5 时，相应的温度为922.正戊烷（ C5 H12）和正己烷（ C6H14 ）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 13.3kPa 下该溶液的平衡数据。温度 C5 H12223.1 233.0 244.0251.0260.6275.1-可编辑修改 -_291.7309.3KC6H14248.2 259.1276.9279.0 289.0304.8322.8341.9饱和蒸汽压 (kPa)1.32.65.38.013.326.653.2101.3解： 根据附表数据得出相同温度下C5 H12 （ A）和 C6H14（B ）的饱和蒸汽压以 t = 248.2 时为例，当 t = 248.2 时 PB* = 1.3kPa查得 PA* = 6.843kPa得到其他温度下A?B 的饱和蒸汽压如下表t( )248251 259.1 260.6 275.1 276.9 279289291.7304.8 309.3PA*(kPa)6.843 8.00012.47213.30026.60029.484 33.42548.87353.20089.000101.300PB*(kPa)1.300 1.634 2.600 2.8265.027 5.3008.000 13.30015.69426.600 33.250利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以 260.6 时为例当 t= 260.6 时 x = (P-P B*)/(P A*-PB*)=（ 13.3-2.826 ）/（13.3-2.826 ） = 1平衡气相组成以 260.6 为例当 t= 260.6 时 y = P A*x/P = 13.3 ×1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下-可编辑修改 -_t( )260.6275.1276.9279289x10.38350.33080.02850y10.7670.7330.5240根据平衡数据绘出t-x-y 曲线3.利用习题 2 的数据，计算：相对挥发度； 在平均相对挥发度下的x-y 数据，并与习题 2的结果相比较。解：计算平均相对挥发度理想溶液相对挥发度 = PA*/PB* 计算出各温度下的相对挥发度：t( )248.0 251.0 259.1 260.6275.1 276.9 279.0289.0291.7304.8309.3-5.291 5.563 4.178-取 275.1 和 279 时的值做平均 m= （5.291+4.178 ）/2 = 4.730按习题 2 的 x 数据计算平衡气相组成 y 的值当 x = 0.3835 时，y = 4.73 ×0.3835/1+(4.73-1) ×0.3835= 0.746同理得到其他 y 值列表如下t( )260.6275.1276.9279289-可编辑修改 -_5.2915.5634.178x10.38350.33080.20850y10.7460.7000.5550作出新的 t-x-y '曲线和原先的 t-x-y 曲线如图4.在常压下将某原料液组成为0.6（易挥发组分的摩尔） 的两组溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3 ，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。假设在操作范围内气液平衡关系可表示为y = 0.46x + 0.549解：简单蒸馏x以及气液平衡关系 y = 0.46x + 0.549由 ln(W/F)= xFdx/(y-x)xxFF)/(0.549-0.54x)得 ln(W/F)= dx/(0.549-0.54x) = 0.54ln(0.549-0.54x汽化率1-q = 1/3 则 q = 2/3即 W/F = 2/3ln(2/3) = 0.54ln(0.549-0.54×0.6)/(0.549-0.54x)解得x = 0.498代入平衡关系式 y = 0.46x + 0.549得y = 0.804平衡蒸馏由物料衡算FxF = Wx + DyD + W = F将 W/F = 2/3 代入得到xF = 2x/3 + y/3代入平衡关系式得-可编辑修改 -_x = 0.509再次代入平衡关系式得y = 0.7835.在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量F 为 4000kg/h ，组成 xF 为 0.3（二硫化碳的质量分率，下同） 。若要求釜液组成xW 不大于 0.05 ，馏出液回收率为 88 。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。解：馏出回收率= Dx D /FxF = 88 得 馏出液的质量流量DxD = Fx F 88 = 4000 ×0.3 ×0.88 = 1056kg/h结合物料衡算Fx F = Wx W + Dx DD + W = F得 xD = 0.943馏出液的摩尔流量1056/(76 ×0.943) = 14.7kmol/h以摩尔分率表示馏出液组成xD = (0.943/76)/(0.943/76)+(0.057/154)= 0.976.在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇0.4 与说 .6 （均为摩尔分率）的溶液，试求以下各种进料状况下的q 值。（ 1）进料温度 40 ；（2）泡点进料；（3）饱和蒸汽进料。常压下甲醇 -水溶液的平衡数据列于本题附表中。温度 t液相中甲醇的气相中甲醇的温度 t液相中甲醇的气相中甲醇的摩尔分率摩尔分率摩尔分率摩尔分率-可编辑修改 -_1000.00.075.30.400.72996.40.020.13473.10.500.77993.50.040.23471.20.600.82591.20.060.30469.30.700.87089.30.080.36567.60.800.91587.70.100.41866.00.900.95884.40.150.51765.00.950.97981.70.200.57964.01.01.078.00.300.665解：（ 1）进料温度 40 75.3 时，甲醇的汽化潜热r1 = 825kJ/kg水蒸汽的汽化潜热r2 = 2313.6kJ/kg57.6 时 ，甲醇的比热CV1 = 2.784kJ/(kg ·)水蒸汽的比热CV2 = 4.178kJ/(kg ·)查附表给出数据当 xA = 0.4 时，平衡温度 t = 75.3 40进料为冷液体进料即 将 1mol 进料变成饱和蒸汽所需热量包括两
