化工原理王晓红版习题答案第三章

第

3章 1．计算甲醇在30℃的水中的扩散系数。

解：扩散系数()6.0A S 21

8AS V T

aMs 104.7D μ-⨯=

其中水的缔合参数为a=，水的分子量Ms=18g/mol ，T=303K ，s mPa 1007.802S ⋅⨯=-μ，甲醇在正常沸点下的摩尔体积V A =25.8cm3/mol 。

所以甲醇在30℃的水中的扩散系数为×10-5m 2/s 。

2．正庚烷（A ）和正辛烷（B ）所组成的混合液，在388K 时沸腾，外界压力为，根据实

验测定，在该温度条件下的kPa p A

1600=，kPa p B 8.740=，试求相平衡时气、液相中正庚烷的组成。（原题 8） 解：311.08

.741608.743.1010B 0A 0B A =--=--=p p p P x

物系。

解：计算结果

t Pa Pb x y

10 1 1

117

120 10 0 0

绘图

4．将含苯摩尔分数为，甲苯摩尔分数为的溶液加以汽化，汽化率为1/3，已知物系的相对挥发度为，试计算：

（1）作简单蒸馏时，气相与液相产物的组成；

（2）作平衡蒸馏时，气相与液相产物的组成；

解：（1）作简单蒸馏时，设液相产物的组成为x 2。

通过试差法，可以求得x 2=。 再通过物料衡算，可以得到6766.03

214117.032-0.51W W x W x W y 212211=-⨯⨯=-⋅-⋅= （2）作平衡蒸馏时，残液率3

2311q =-= 物料横算式为5.12x 1

q x x 1-q q y F +-=--= 相平衡方程为：()47x

.1147x .2x 1-1x y +=+=αα 联立上述两个方程，可以得到x=，y=。

5．每小时将15000kg 含苯40%和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离。操作压力为，要求馏出液能回收原料中的%的苯，釜液中含苯不高于2%（以上均为质量百分数）。求馏出液和釜液的摩尔流率及摩尔组成。（原题 10）

解：根据质量衡算与回收率的定义： 所以h kg h kg F W W F

/8700/02

.04.015000029.0'029.0'=⨯⨯=⨯=ωω 所以()h kg h kg W F D /6300/87001500'''=-=-= 所以9248.06300

4.015000971.0''971.0=⨯⨯=⨯=

D F F D ωω 所以摩尔流率为

6．在一连续精馏塔中分离某二元理想混合液。原料液流量为100kmol/h,浓度为(摩尔分率，下同)。要求塔顶产品浓度为，塔釜浓度为。试求：（1）馏出液与釜残液的流量；（2）若每小时从塔顶采出50kmol 馏出液，工艺要求应作何改变？（原题 11） 解：根据⎩⎨⎧+=+=W D F

Wx Dx Fx W D F 如果每小时从塔顶采出50kmol 馏出液，则由W D F Wx Dx Fx +=

得W D x x 50504.0100+=⨯

即W D x x +=8.0

由于，0>D x 所以8.0

7．某液体混合物易挥发性组分含量为，在泡点状态下连续送入精馏塔，加料量为

1001-⋅h kmol ，易挥发性组分的回收率为99%，釜液易挥发性组分含量为，回流比为3，以上均为摩尔分数。

试求：（1）塔顶产品与塔底产品的摩尔流率；（2）精馏段和提馏段内上升蒸汽及下降液体的摩尔流率；（3）精馏段和提馏段的操作线方程。

解：（1）根据题意99.0==F D Fx Dx η，所以0.0199.011=-=-=ηF

W Fx Wx 所以

（2）h kmol h kmol RD L /264/883=⨯==

(3)精馏段操作线方程：169.075x .01

313311+=+++=+++=D D x x R x x R R y 提馏段操作线方程：0017.0034.112

36405.01212364364-=-⨯--=---=x x W L'Wx x W L'L'y W 8．采用常压连续精馏塔分离苯-甲苯混合物。原料中含苯（摩尔分数，下同），进料为气液混合物，其中蒸汽与液体量的摩尔比为1:2。已知操作条件下物系的平均相对挥发度为，操作回流比为最小回流比的倍。塔顶采用全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品液中含苯。试求：（1）操作回流比；（2）精馏段操作线方程；（3）塔顶第二层理论板的汽液相组成。

解：⑴根据题意q =2/3，故进料线方程：

相平衡线方程：()()x

x x x x α-αx y 1.512.51-2.51 2.511+=+=+= 联立上述两式，可以求得x q =，y q =

则最小回流比：

操作回流比：R ==×=

⑵精馏段操作线方程：

⑶塔顶第二层理论板的气液相组成 由0.961.512.51

11==+=D x x x y 得到x 1= 由0.92141.512.5222=+=

x x y ，得到x 2= 9．用一精馏塔分离苯-甲苯溶液，进料为气液混合物，气相占50%（摩尔分数），进料混合物中苯的摩尔分率为，苯与甲苯的相对挥发度为，现要求塔顶、塔底产品组成分别为和（摩尔分率），回流比取最小回流比的倍。塔顶分凝器所得的冷凝液全部回流，未冷凝的蒸气经过冷凝冷却后作为产品。

试求：（1）塔顶塔底产品分别为进料量的多少倍？（2）塔顶第一理论板上升的蒸气组成为多少？

解：（1）对全塔做总物料衡算以及对全塔做组分A 的物料衡算，可以得到：

其中，60.0=F x ，95.0=D x ，05.0=W x