化工原理答案下册.doc
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化工原理第二版夏清,贾绍义课后习题解答
(夏清、贾绍义主编 . 化工原理第二版(下册). 天津
大学出版)社 ,. )
第1章蒸馏
1.已知含苯(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 (℃)85 90 95 100 105
x
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* * ,由
P ,P
B A
于总压
P = 99kPa ,则由 x = (P-P
* * *
可得出液相组成,这样就可以得到一B )/(P A -P B )
组绘平衡 t-x 图数据。
以 t = ℃为例x = (99-40 ) / () =
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 = 时,相应的温度为92℃
2. 正戊烷( C5 H12)和正己烷( C6H14)的饱和蒸汽压数据列于本题附表,试求P = 下该溶液的平衡数据。
温度 C 5H12
K C 6H14
饱和蒸汽压 (kPa)
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 =℃时为例,当t =℃时P B=
*
查得 P A=
得到其他温度下A?B 的饱和蒸汽压如下表t( ℃) 248 251279289
P A*(kPa)
利用拉乌尔定律计算平衡数据
平衡液相组成以℃时为例
当 t= ℃时 x = (P-P
** *
B )/(P A -P B ) =() / ()= 1
平衡气相组成以℃为例
*
当 t= ℃时 y = P A x/P =× 1/ = 1
同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下
t( ℃ ) 279 289
x 1 0
y 1 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( ℃)
α- - - - - - - -
取℃和279℃时的α值做平
均
α m= (+)/2 =
②按习题 2 的x 数据计算平衡气相组成y 的值
当x = 时,
y = ×[1+ ×]=
同理得到其他 y 值列表如下
t( ℃ )
279289
α
x
1 0 y
1
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(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 = +
解:①简单蒸馏
由
ln(W/F)=
∫x
xF dx/(y-x)
以及气液平衡关系 y = +
得 ln(W/F)= ∫x xF dx/ = [∵汽化率 1-q = 1/3 则 q = 2/3 即 W/F = 2/3
∴ln(2/3) = [
解得
x =
代入平衡关系式
y = +
得
y =
②平衡蒸馏
由物料衡算
Fx F = Wx + Dy
D+W=F
x F = 2x/3 + y/3
将 W/F = 2/3 代入得到
代入平衡关系式得
x =
再次代入平衡关系式得 y =
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(二硫化碳的质量分率,下同) 。若要求釜液组成 x W 不
大于,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 ×× = 1056kg/h
结合物料衡算 Fx F = Wx W + Dx D
D + W = F得x D=
馏出液的摩尔流量1056/(76× = h
以摩尔分率表示馏出液组成x D = 76)/[76)+154)]
=
6.在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇与说 .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
解:( 1)进料温度 40℃
℃时,甲醇的汽化潜热r 1 = 825kJ/kg
水蒸汽的汽化潜热r 2 = kg
℃时,甲醇的比热 C V1 = (kg ·℃ )
水蒸汽的比热 C V2 = (kg ·℃ )
查附表给出数据当x A=时,平衡温度t =℃
∴ 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
一部分是将 40℃冷液体变成饱和液体的热量 Q1,二是将℃饱和液体变成气体所需要的汽化潜热 Q2,即 q = (Q1+Q2)/ Q 2 = 1 + (Q1/Q2)
Q 1 =×32××()= kg
Q 2 = 825×× 32 +×× 18 = kJ/kg
∴q = 1 + (Q1/Q2)=
( 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,釜液组成为(以上均为易挥发组分的摩尔分率),回流比为,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。
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 = kmol/h
∴产品流量 D = 100–= kmol/h
②精馏段的下降液体流量L
L = DR =× = kmol/h
③提馏段的上升蒸汽流量V'
40 ℃进料 q =
V = V'+ (1-q )F = D (1+R)= kmol/h
∴ V ' = kmol/h