化工原理第二版 (下册)夏清,贾绍义 课后习题解答.doc

1化工原理第二版化工原理第二版 夏清，贾夏清，贾 绍义绍义 课后习题解答课后习题解答（夏清、贾绍义主编（夏清、贾绍义主编. .化工化工 原理第二版（下册）原理第二版（下册）. .天津天津 大学出版）社大学出版）社,2011.8.,2011.8.））第第 1 1 章章 蒸馏蒸馏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（℃） 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11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*，2由于总压P = 99kPa，则由 x = (P-PB*)/(PA*-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 92℃2.正戊烷（C5H12）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 C5H12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C6H14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9饱和蒸汽压(kPa) 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3解： 根据附表数据得出相同温度下 C5H12（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(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3PA*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300PB*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.2503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-PB*)/(PA*-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 = PA*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t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出 t-x-y 曲线3.利用习题 2 的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵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：①计算平均相对挥发度理想溶液相对挥发度 α= PA*/PB* 计算出各温度下的相对挥发度 ：t(℃) 248.0 251.0 259.1 260.6 275.1 276.9 279.0 289.0 291.7 304.8 309.3α - - - - 5.291 5.563 4.178 - - - - 取 275.1℃和 279℃时的 α 值做平均 αm= （5.291+4.178）/2 = 4.730②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(℃) 260.6 275.1 276.9 279 2894α 5.291 5.563 4.178x 1 0.3835 0.3308 0.2085 0y 1 0.746 0.700 0.555 0 ③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：①简单蒸馏由 ln(W/F)=∫xxFdx/(y-x) 以及气液平衡关系 y = 0.46x + 0.549得 ln(W/F)=∫xxFdx/(0.549-0.54x) = 0.54ln[(0.549-0.54xF)/(0.549-0.54x)]∵汽化率 1-q = 1/3 则 q = 2/3 即 W/F = 2/3 ∴ln(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 = 0.804②平衡蒸馏由物料衡算 FxF = Wx + Dy D + W = F 将 W/F = 2/3 代入得到 xF = 2x/3 + y/3 代入平衡关系式得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5解：馏出回收率 = DxD/FxF = 88％ 得 馏出液的质量流量DxD = FxF 88％ = 4000×0.3×0.88 = 1056kg/h结合物料衡算 FxF = WxW + DxDD + 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100 0.0 0.0 75.3 0.40 0.72996.4 0.02 0.134 73.1 0.50 0.77993.5 0.04 0.234 71.2 0.60 0.82591.2 0.06 0.304 69.3 0.70 0.87089.3 0.08 0.365 67.6 0.80 0.91587.7 0.10 0.418 66.0 0.90 0.95884.4 0.15 0.517 65.0 0.95 0.97981.7 0.20 0.579 64.0 1.0 1.078.0 0.30 0.665 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/kg657.6℃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部分一部分是将 40℃冷液体变成饱和液体的热量 Q1，二是将 75.3℃饱和液体变成气体所需要的汽化潜热 Q2 ，即 q = （Q1+Q2）/ Q2 = 1 + （Q1/Q2）Q1 = 0.4×32×2.784×（75.3-40）= 2850.748kJ/kgQ2 = 825×0.4×32 + 2313.6×0.6×18 = 35546.88 kJ/kg∴q = 1 +（Q1/Q2）= 1.08（2）泡点进料泡点进料即为饱和液体进料 ∴q = 1（3）饱和蒸汽进料 q = 07.对习题 6 中的溶液，若原料液流量为 100kmol/h，馏出液组成为 0.95，釜液组成为 0.04（以上均为易挥发组分的摩尔分率） ，回流比为 2.5，试求产品的流量，精馏段的下降液体流量和提馏段的上升蒸汽流量。

假设塔内气液相均为恒摩尔流解： ①产品的流量由物料衡算 FxF = WxW + DxDD + W = F 代入数据得W = 60.44 kmol/h∴ 产品流量 D = 100 – 60.44 = 39.56 kmol/h②精馏段的下降液体流量 LL = DR = 2.5×39.56 = 98.9 kmol/h③提馏段的上升蒸汽流量 V'40℃进料 q = 1.08V = V' + （1-q）F = D（1+R）= 138.46 kmol/h∴ V' = 146.46 kmol/h78.某连续精馏操作中，已知精馏段 y = 0.723x + 0.263；提馏段 y = 1.25x – 0.0187若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比解：露点进料 q = 0 。