新版化工原理习题答案(09)第九章-蒸馏

第九章 蒸馏

1．在密闭容器中将A 、B 两组分的理想溶液升温至82 ℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为*

A p =107.6 kPa 及*

B p ＝41.85 kPa ，取样测得液面上方气相中组分A 的摩尔分数为0.95。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。

解：本题可用露点及泡点方程求解。

()()()()95.085.416.10785.416.107总总*

B

*A 总*B 总*A A 总*

A

A =-=--==p p p p p p p p x p p y － 解得 76.99＝总p kPa

8808.085

.416.10785

.4176.99*B

*A *

B

=--=

--=

p

p p p x 总

本题也可通过相对挥发度求解

571.285

.416.107*B *A ===p p α

由气液平衡方程得

()()

8808.095.01571.295.095

.01=-+=-+=y y y x α

()()[]kPa 76.99kPa 8808.0185.418808.06.1071A *

B

A *A =-+⨯=-+x p x p p ＝总 2．试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100 kPa 和10 kPa 的相对挥发度和平衡的气

相组成。苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系为

24.22035.1206032.6lg *A +-

=t p

58

.21994.1343078.6lg *B +-

=t p 式中p ﹡的单位为kPa ，t 的单位为℃。苯—甲苯混合液可视为理想溶液。（作为试差起点，100 kPa 和10 kPa

对应的泡点分别取94.6 ℃和31.5 ℃）

解：本题需试差计算 （1）总压p 总＝100 kPa 初设泡点为94.6℃，则

191.224

.2206.9435.1206032.6lg *A =+-

=p 得 37.155*

A =p kPa

同理 80.158

.2196.9494.1343078.6lg *B =+-

=p 15.63*

B =p kPa

4.03996.015

.6337.15515

.63100A ≈=--=

x

或 ()kPa

04.100kPa 15.636.037.1554.0=⨯+⨯＝总p

则 46.215

.6337.155*B *A

===p p α

6212

.04

.046.114

.046.2)1(1=⨯+⨯=-+=

x x y αα

（2）总压为p 总＝10 kPa

通过试差，泡点为31.5℃，*

A p =17.02kPa ，*

B p ＝5.313kPa

203.3313

.502

.17==

α 681.04

.0203.214

.0203.3=⨯+⨯=

y

随压力降低，α增大，气相组成提高。 3．在100 kPa 压力下将组成为0.55（易挥发组分的摩尔分数）的两组分理想溶液进行平衡蒸馏和简单蒸馏。原料液处理量为100 kmol ，汽化率为0.44。操作范围内的平衡关系可表示为549.046.0+=x y 。试求两种情况下易挥发组分的回收率和残液的组成。

解：（1）平衡蒸馏（闪蒸）

依题给条件

56

.044.01=-=q

则 x x q x x q q y 273.125.11

56.055.0156.056.011F -=---=---=

由平衡方程 0.460.549y x =+

联立两方程，得y = 0.735， x = 0.4045

D F 0.440.44100n n ==⨯kmol = 44kmol

%8.58%10055

.0100735

.044%100F F D =⨯⨯⨯=⨯=

x n y n η （2）简单蒸馏

44D =n kmol 56W =n kmol

W 0.55F W 100d ln

ln 56x n x n y x

==-⎰ 即 0.5490.5410.5798ln 0.540.5490.540.55

W x -=-⨯

解得 x W = 0.3785

()()7683.03785.055.044

56

55.0W F D W F =-+

=-+=x x n n x y %46.61%10055

.01007683

.044A =⨯⨯⨯=

η

简单蒸馏收率高（61.46%），釜残液组成低（0.3785）

4．在一连续精馏塔中分离苯含量为0.5（苯的摩尔分数，下同）苯—甲苯混合液，其流量为100 kmol/h 。已知馏出液组成为0.95，釜液组成为0.05，试求（1）馏出液的流量和苯的收率；（2）保持馏出液组成0.95不变，馏出液最大可能的流量。

解：（1）馏出液的流量和苯的收率

h kmol 50h kmol 05

.095.005.05.0100W D W F F

n,D n,=--⨯=--=x x x x q q

%95%1005.010095

.050%100F F n,D D n,A =⨯⨯⨯=⨯=x q x q η

（2）馏出液的最大可能流量

当ηA =100%时，获得最大可能流量，即