化工原理第二版夏清贾绍义课后习题解答带图资料.docx

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化工原理第二版夏清贾绍义课后习题解答带图资料

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,2011.8.）

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（℃）80.1859095100105

x0.9620.7480.5520.3860.2360.11

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PB*，PA*，由于总压

P=99kPa，则由x=（P-PB*）/（PA*-PB*）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

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=13.3kPa下该溶液的平衡数据。

温度C5H12223.1233.0244.0251.0260.6275.1291.7309.3

KC6H14248.2259.1276.9279.0289.0304.8322.8341.9

饱和蒸汽压（kPa）1.32.65.38.013.326.653.2101.3

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PB*=1.3kPa

查得PA*=6.843kPa

得到其他温度下A¸B的饱和蒸汽压如下表

t（℃）248251259.1260.6275.1276.9279289291.7304.8309.3

PA*（kPa）6.8438.00012.47213.30026.60029.48433.42548.87353.20089.000101.300

PB*（kPa）1.3001.6342.6002.8265.0275.3008.00013.30015.69426.60033.250

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-PB*）/（PA*-PB*）

=（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=PA*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（℃）260.6275.1276.9279289

x10.38350.33080.02850

y10.7670.7330.5240

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=PA*/PB*计算出各温度下的相对挥发度：

t（℃）248.0251.0259.1260.6275.1276.9279.0289.0291.7304.8309.3

α----5.2915.5634.178----

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（℃）260.6275.1276.9279289

α5.2915.5634.178

x10.38350.33080.20850

y10.7460.7000.5550

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）=∫xxFdx/（y-x）以及气液平衡关系y=0.46x+0.549

得ln（W/F）=∫xxFdx/（0.549-0.54x）=0.54ln[（0.549-0.54xF）/（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FxF=Wx+Dy

D+W=F将W/F=2/3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=0.783

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xF为0.3（二硫化碳的质量分率，下同）。

若要求釜液组成xW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=DxD/FxF=88％得馏出液的质量流量

DxD=FxF88％=4000×0.3×0.88=1056kg/h

结合物料衡算FxF=WxW+DxD

D+W=F得xD=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=（0.943/76）/[（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

1000.00.075.30.400.729

96.40.020.13473.10.500.779

93.50.040.23471.20.600.825

91.20.060.30469.30.700.870

89.30.080.36567.60.800.915

87.70.100.41866.00.900.958

84.40.150.51765.00.950.979

81.70.200.57964.01.01.0

78.00.300.665

解：

（1）进料温度40℃

75.3℃时，甲醇的汽化潜热r1=825kJ/kg

水蒸汽的汽化潜热r2=2313.6kJ/kg

57.6℃时，甲醇的比热CV1=2.784kJ/（kg·℃）

水蒸汽的比热CV2=4.178kJ/（kg·℃）

查附表给出数据当xA=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

一部分是将40℃冷液体变成饱和液体的热量Q1，二是将75.3℃饱和液体变成气体所需要的汽化潜热Q2，即q=（Q1+Q2）/Q2=1+（Q1/Q2）

Q1=0.4×32×2.784×（75.3-40）=2850.748kJ/kg

Q2=825×0.4×32+2313.6×0.6×18=35546.88kJ/kg

∴q=1+（Q1/Q2）=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。

解：

①产品的流量

由物料衡算FxF=WxW+DxD

D+W=F代入数据得

W=60.44kmol/h

∴产品流量D=100–60.44=39.56kmol/h

②精馏段的下降液体流量L

L=DR=2.5×39.56=98.9kmol/h

③提馏段的上升蒸汽流量V'

40℃进料q=1.08

V=V'+（1-q）F=D（1+R）=138.46kmol/h

∴V'=146.46kmol/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。

解：

露点进料q=0

即精馏段y=0.723x+0.263过（xD，xD）∴xD=0.949

提馏段y=1.25x–0.0187过（xW，xW）∴xW=0.0748

精馏段与y轴交于[0，xD/（R+1）]即xD/（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）

∴xF=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）=2x/3+0.9/3

=2x/3+0.3

精馏段y1=xD=0.9由平衡关系式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x2=0.6549y3=0.7366

x3=0.5320y4=0.6547

x4=0.4353∵x4﹤xF=0.5

精馏段需要板层数为3块

提馏段x1'=x4=0.4353

提馏段操作线方程y=L'x/（L'-W）-WxW/（L'-W）

饱和液体进料q=1

L'/（L'-W）=（L+F）/V=1+W/（3D）

由物料平衡FxF=WxW+DxD

D+W=F代入数据可得D=W

L'/（L'-W）=4/3W/（L'-W）=W/（L+D）=W/3D=1/3

即提馏段操作线方程y'=4x'/3–0.1/3

∴y'2=0.5471

由平衡关系式y=αx/[1+（α-1）x]得x'2=0.3293