化工原理课后习题答案上下册(钟理版)

下册第一章蒸馏

解：

总压 P=75mmHg=10kp 。 由拉乌尔定律得出 0

A p x A ＋0

B p x B =P 所以 x A =

000B A B p p p p --；y A =p p A 00

00B

A B

p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下：

t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0.

2. 承接第一题，利用各组数据计算

（1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度i α,取各i α的算术平均值为α，算出α对i α的最大相对误差。

（2）以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x ”关系,算出由此法得出的各组y i 值的最大相对误差。 解：

（1）对理想物系，有 α＝00B

A

p p 。所以可得出

t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0

i α 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326

算术平均值α=

9

∑i

α=1.318。α对i α的最大相对误差＝

%6.0%100)(max

=⨯-α

ααi 。

（2）由x

x

x x y 318.01318.1)1(1+=-+=

αα得出如下数据：

t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组y i 值的最大相对误差=

=∇i

y y m ax

)(0.3%。

3.已知乙苯(A )与苯乙烯(B )的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算:

95.5947

.32790195.16ln 0

--

=T p A

72

.6357.33280195.16ln 0

--=T p B

式中 0

p 的单位是mmHg,T 的单位是K 。

问:总压为60mmHg(绝压)时，A 与B 的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解：

由题意知

T A ==--

0195.1660ln 47

.327995.59334.95K ＝61.8℃

T B ==--0195

.1660ln 57

.332872.63342.84K=69.69℃

65℃时，算得0

A p ＝68.81mmHg ；0

B p =48.93 mmHg 。由0

A p x A ＋0

B p （1－x A ）=60得

x A ＝0.56， x B =0.44; y A =0

A p x A /60=0.64; y

B =1-0.64=0.36。

4 无

5 若苯—甲苯混合液中含苯0.4（摩尔分率），试根据本题中的t —x —y 关系求：

（1） 溶液的泡点温度及其平衡蒸气的瞬间组成；

（2） 溶液加热到100℃，这时溶液处于什么状态？各相的量和组成为若干？ （3） 该溶液加热到什么温度时才能全部气化为饱和蒸气？这时蒸气的瞬间组成如

何？ t o C 80.1 85 90 95 100 105 110.6

x 1.000 0.780 0.581 0.411 0.258 0.130 0

y 1.000 0.900 0.777 0.632 0.456 0.262 0 解：

（1）由苯—甲苯的t —x —y 关系得x=0.4时， 泡点温度＝95.5℃

平衡蒸气的瞬间组成＝0.615

（2）溶液加热到100℃时处于气液混合共存区气液相组成各位 x=0.26；y=0.47。 根据杠杆原理，气液相量之比＝

4

.047.026

.04.0--＝2:1。

（3）由气液平衡关系知溶液加热到102℃时才能全部气化为饱和蒸气，此时y=0.4。

6 常压下将含苯（A ）60%、甲苯（B ）40%（均指摩尔百分数）的混合液闪蒸（即平衡蒸馏），得平衡气、液相，气相摩尔数占总摩尔数的分率—气化率（1-q ）为0.30。物系相对挥发度α=2.47，试求：闪蒸所得气、液相的浓度。 若改用简单蒸馏，令残液浓度与闪蒸的液相浓度相同，问：馏出物中苯的平均浓度为多少？ 提示：若原料液、平衡液、气相中A 的摩尔分率分别以x F 、x 、y 表示，则存在如下关系：

1

1---=

q x q qx

y F 。 解：

（1）闪蒸

由23711+-=---=

x q x x q q y F 和x

x y )1(1-+=αα，解方程得x ＝0.54。从而y ＝0.74。

（2）简单蒸馏

由方程⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡--+-=F W W F

x x x x W F 11ln ln 11ln

αα和D W F Dx Wx Fx +=得出 D x =0.79，即馏出物中苯的平均浓度为79％。

7． 某二元物系，原料液浓度x F =0.42，连续精馏分离得塔顶产品浓度x D =0.95。已知塔顶产品中易挥发组分回收率η=0.92，求塔底产品浓度x W 。以上浓度皆指易挥发组分的摩尔分率。 解：

由D W F Dx Wx Fx +=和92.0==

F

D

Fx Dx η得出W x =0.056。 8 有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%(摩尔%)，饱和蒸气进料。原料处理量为每小时l00kmol ，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h ，已知精馏段操作线方程为y =0.833x +0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求:

（1） 塔顶、塔底产品组成(用摩尔分率表示)； （2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量; （3） 提馏段操作线方程;

（4） 若全塔平均相对挥发度=3.0，塔顶第一块板的液相默弗里板效率EML=O.6, 求离开塔顶第二块板的气相组成。 解：

（1）由精镏段方程D x R x R R y 1

1

1+++=及已知的精馏段操作线方程为y =0.833x +0.15得出

833.01

=+R R

和1+R x D ＝0.15， 解得

R ＝5，x D ＝0.9，x W =0.1

（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量V ＝(R +1)D=300（kmol/h ）。 （3）提镏段操作线方程

W x W

qF L W

x W qF L qF L y -+--++=

＝1.25x －0.025。

（4）求离开塔顶第二块板的气相组成2y

EML=

*

--11x x x x D D ＝0.6，又*

1

x ＝)1(111y y y -+α＝1123y y -＝D D x x 23-=0.75 解得1x ＝0.81 又由物料平衡得

2y ＝1y －

V

L ( x D －1x )＝0.9－1+R R

（0.9－0.81）＝0.825。