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（℃） 80.1 85 90 95 100 105

x 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P

B *，P

A

*，由于总压

P = 99kPa，则由x = (P-P

B *)/(P

A

*-P

B

*)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（C

5H

12

）和正己烷（C

6

H

14

）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C

5H

12

223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7

309.3

K C

6H

14

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C

5H

12

（A）和C

6

H

14

（B）的饱和蒸汽压

以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P

B

* = 1.3kPa

查得P

A

*= 6.843kPa

得到其他温度下A?B的饱和蒸汽压如下表

t(℃) 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3

P

A

*

P

B

*(kPa) 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 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

*-P

B

*)

=（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

t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289

x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0

y 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= P

A */P

B

*计算出各温度下的相对挥发度：

t(℃) 248.0 251.0 259.1 260.6 275.1 276.9 279.0 289.0 291.7 304.8 309.3

α - - - - 5.291 5.563 4.178 - - - -

取275.1℃和279℃时的α值做平均α

m

= （5.291+4.178）/2 = 4.730

②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(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289

α 5.291 5.563 4.178

x 1 0.3835 0.3308 0.2085 0

y 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)=∫x

xF

dx/(y-x) 以及气液平衡关系y = 0.46x + 0.549

得ln(W/F)=∫x

xF dx/(0.549-0.54x) = 0.54ln[(0.549-0.54x

F

)/(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 = 0.804

②平衡蒸馏

由物料衡算 Fx

F

= Wx + Dy

D + W = F 将W/F = 2/3代入得到

x

F

= 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 = 0.783

5.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x

F 为0.3（二硫化碳的质量分率，下同）。若要求釜液组成x

W

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 /Fx

F

= 88％得馏出液的质量流量

Dx

D = Fx

F

88％ = 4000×0.3×0.88 = 1056kg/h

结合物料衡算 Fx

F = Wx

W

+ Dx

D

D + W = F 得x

D

= 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 x

D

= (0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)]

= 0.97

6.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。