化工原理下册课后习题解答

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
309.3PA(kPa) 6.8438.00012.47213.30026.60029.48433.42548.87353.20089.0001.300P
= 2x/3 + 0.3
精馏段y
1= x
D= 0.9Biblioteka Baidu平衡关系式y =αx/[1 +(α-1)x]得x1= 0.7853再由精馏段操作线方程y = 2x/3 + 0.3得y2= 0.8236依次得到x
2= 0.6549 y
3= 0.7366x3= 0.5320 y
4= 0.6547x4= 0.4353∵x
B(kPa) 1.3001.6342.6002.826 5.0275.300 8.00013.30015.69426.60033.250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
L/（L-W）（L-W）= W/（L+D）
即提馏段操作线方程y= 4x/3–
∴y
2= 0.5471
'''
'''
''''''由平衡关系式y =αx/[1 +(α-1)x]得x
2= 0.3293
依次可以得到y
3= 0.4058 x
3= 0.2173
y
4= 0.2564 x
4= 0.1229
y
5= 0.1306 x
平衡气相组成以260.6℃为例
当t= 260.6℃时y = P
Ax/P = 13.3×
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
∴提馏段操作线方程为y = 1.2815x - 0.02815x1= x
4= 0.4353代入操作线方程得y
2= 0.5297再由平衡关系式得到x
2= 0.3141依次计算y
3= 0.3743x3= 0.1956 y
4= 0.2225x4= 0.1042 y
5= 0.1054x5= 0.0457
∵ x
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(℃)248.0251.0259.1260.6275.1276.9279.0289.0291.7304.8
309.3**********
1= 825kJ/kg
水蒸汽的汽化潜热r
2= 2313.6kJ/kg
57.6℃时，甲醇的比热C
V1= 2.784kJ/(kg·℃)
水蒸汽的比热C
V2= 4.178kJ/(kg·℃)
查附表给出数据当x
A= 0.4时，平衡温度t = 75.3℃
∴40℃进料为冷液体进料
即将1mol进料变成饱和蒸汽所需热量包括两部分
y = 0.804
②平衡蒸馏
由物料衡算Fx
F= Wx + Dy
D + W = F将代入得到xF= 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 = 0.783xx'
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
89.3 0.08 0.365 67.6 0.80 0.915
87.7 0.10 0.418 66.0 0.90 0.958
84.4 0.15 0.517 65.0 0.95 0.979
81.7 0.20 0.579 64.0 1.0 1.0
78.0 0.30 0.665解：
（1）进料温度40℃
75.3℃时，甲醇的汽化潜热r
5= 0.0576
∵ x
5< x
W= 0.1 < x4''
''
''
'''
∴提馏段段需要板层数为4块
∴理论板层数为n = 3 + 4 + 1 = 8块（包括再沸器）
加料板应位于第三层板和第四层板之间
10.若原料液组成和热状况，分离要求，回流比及气液平衡关系都与习题9相同，但回流温度为20℃，试求所需理论板层数。已知回流液的泡殿温度为83℃，平均汽化热为3.2×10kJ/kmol，平均比热为140 kJ/(kmol·℃)
6H
14248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9*****
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
6H
14（B）的饱和蒸汽压
以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时P
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
∴ x
F= 0.649
9.在常压连续精馏塔中，分离苯和甲苯的混合溶液。若原料为饱和液体，其中含苯0.5（摩尔分率，下同）。塔顶馏出液组成为0.9，塔底釜残液组成为0.1，回流比为2.0，试求理论板层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。
解：
常压下苯-甲苯相对挥发度α= 2.46
精馏段操作线方程y = Rx/（R+1）
温度t液相中甲醇的气相中甲醇的温度t液相中甲醇的气相中甲醇的℃摩尔分率℃摩尔分率100 0.0 0.0 75.3 0.40 0.729
96.4 0.02 0.134 73.1 0.50 0.779
93.5 0.04 0.234 71.2 0.60 0.825
91.2 0.06 0.304 69.3 0.70 0.870
∴q = 1 + 8820/(3.2×10)= 1.2756
L/（L-W）=[V + W - F(1-q)]/[V - F(1-q)]
= [3D+W- F(1-q)]/[3D- F(1-q)]∵D = W，F = 2D得
L/（L-W）= (1+q)/(0.5+q)= 1.2815
W/（L-W）= D/[3D- F(1-q)]= 1/（1+2q）= 0.2815
∴q = 1 +（Q
1/Q
2）= 1.08
（2）泡点进料
泡点进料即为饱和液体进料∴q = 1
（3）饱和蒸汽进料q = 0
7.对习题6中的溶液，若原料液流量为100kmol/h，馏出液组成为0.95，釜液组成为0.04（以上均为易挥发组分的摩尔分率），回流比为2.5，试求产品的流量，精馏段的下降液体流量和提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。
一部分是将40℃冷液体变成饱和液体的热量Q
1，二是将75.3℃饱和液体变成气体所需要的汽化潜热Q
2，即q =（Q
1+Q
2）/ Q
2= 1 +（Q
1/Q
2）
Q
1= 0.4×32×2.784×（75.3-40）= 2850.748kJ/kg
Q
2= 825×0.4×32 + 2313.6×0.6×18 = 35546.88 kJ/kg
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
6H
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
12223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3K C
解：
回流温度改为20℃，低于泡点温度，为冷液体进料。即改变了q的值
精馏段不受q影响，板层数依然是3块
提馏段由于q的影响，使得L/（L-W）和W/（L-W）发生了变化
q =（Q
1+Q
2）/ Q
2= 1 +（Q
1/Q
2）Q1= C
pΔT = 140×（83-20）= 8820 kJ/kmolQ2= 3.2×10kJ/kmol
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
5< x
解：
露点进料q = 0即精馏段y = 0.723x + 0.263过（x
D，x
D）∴x
D= 0.949
提馏段y = 1.25x –0.0187过（x
W，x
W）∴x
W= 0.0748
精馏段与y轴交于[0，x
D/（R+1）]即x
D/（R+1）= 0.263
∴R = 2.61
连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为（0.5345，0.6490）
解：
①简单蒸馏
由ln(W/F)=∫
xFdx/(y-x)以及气液平衡关系y = 0.46x + 0.549
得ln(W/F)=∫
xFdx/(0.549-0.54x) = 0.54ln[(0.549-0.54x
F)/(0.549-0.54x)]∵汽化率则即
∴×0.6)/(0.549-0.54x)]解得
x = 0.498代入平衡关系式y = 0.46x + 0.549得
V = V+（1-q）F = D（1+R）= 138.46 kmol/h
∴ V= 146.46 kmol/h
8.某连续精馏操作中，已知精馏段y = 0.723x + 0.263；提馏段y = 1.25x –0.0187'''
若原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成及回流比。
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
F88％= 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xD= 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。
4﹤x
F= 0.5 < x3精馏段需要板层数为3块
提馏段x
1= x
4= 0.4353
提馏段操作线方程y = Lx/（L-W）- Wx
W/（L-W）
饱和液体进料q = 1
L/（L-W）=（L+F）/V = 1 + W/（3D）
由物料平衡Fx
F= Wx
W+ Dx
D
D + W = F代入数据可得D = W
解：
①产品的流量
由物料衡算Fx
F= Wx
W+ Dx
D
D + W = F代入数据得
W = 60.44 kmol/h
∴产品流量D = 100–60.44 = 39.56 kmol/h
②精馏段的下降液体流量L
L = DR = 2.5×39.56 = 98.9 kmol/h
③提馏段的上升蒸汽流量V
40℃进料q = 1.08
化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.）第五章蒸馏
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
同理得到其他y值列表如下
t(℃) 260.6 275.1 276.9 279 289
α5.291 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，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