化工原理课后习题答案上下册

下册第一章蒸馏

1. 苯酚(C 6H 5OH)(A )和对甲酚(C 6H 4(CH 3)OH)(B )的饱和蒸气压数据为

试按总压P =75mmHg(绝压)计算该物系的“t-x-y ”数据, 此物系为理想体系。 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

00B A B p p p p --。 因此所求得的t-x-y 数据如下：

t, ℃ x y 1 1

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＝00

B

A

p p 。所以可得出

t, ℃

i α

算术平均值α=

9

∑i

α=。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, ℃

x 1 0

y 1 0

各组y i 值的最大相对误差==∇i

y y max

)(%。

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

.327995.59＝℃

T B ==--0195

.1660ln 57

.332872.63=℃

65℃时，算得0

A p ＝；0

B p = mmHg 。由0

A p x A ＋0

B p （1－x A ）=60得 x A ＝， x B =; y A =0A p x A /60=; y B ==。 4 无

5 若苯—甲苯混合液中含苯（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 85 90 95 100 105 x 0 y 0

解：

（1）由苯—甲苯的t —x —y 关系得x=时， 泡点温度＝℃

平衡蒸气的瞬间组成＝

（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=；y=。

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=。

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。物系相对挥发度α=，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 ＝。从而y ＝。 （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 =，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 =，连续精馏分离得塔顶产品浓度x D =。已知塔顶产品中易挥发组分回收率η=，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 =。

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 =+，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=，塔顶第一块板的液相默弗里板效率EML=, 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 =+得出

833.01

=+R R

和1+R x D ＝， 解得

R ＝5，x D ＝，x W =

（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 -+--++=

＝x －。

（4）求离开塔顶第二块板的气相组成2y

EML=

*

--1

1x x x x D D ＝，又*

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

2y ＝1y －

V L ( x D －1x )＝－1

+R R

（－）＝。

9 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%)，饱和蒸汽进料。原料处理量为每小时l000kmol ，塔顶、塔底产品量各为500kmol/h ，已知精馏段操作线方程为y =+，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求: