化工原理第二版_(下册)夏清,贾绍义_课后习题解答

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（C5H12）和正己烷（C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 1

3.3kPa下该溶液的平衡数据。

温度 C5H12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3

K C6H14 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C5H12（A）和C6H14（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*(kPa) 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.200 89.000101.300

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αm= （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。

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℃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

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