化工原理第二版下册夏清贾绍义课后习题解答带图资料Word下载.docx
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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(CH)和正己烷(CH)的饱和蒸汽压数据列于本题附表,试求P=13.3kPa下该141256溶液的平衡数据。
温度CH223.1233.0244.0251.0260.6275.1291.7309.3125KCH248.2259.1276.9279.0289.0304.8322.8341.9146饱和蒸汽压(kPa)1.32.65.38.013.326.653.2101.3
根据附表数据得出相同温度下CH(A)和CH(B)的饱和蒸汽压141265*=1.3kPaP℃时为例,当t=248.2℃时以t=248.2B*=6.843kPa
P查得A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
*(kPa)6.8438.00012.47213.30026.60029.48433.42548.87353.20089.000101.300PA*(kPa)1.3001.6342.6002.8265.0275.3008.00013.30015.69426.60033.250PB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
***)
)/(P-P当t=260.6℃时x=(P-PBAB=(13.3-2.826)/(13.3-2.826)=1
平衡气相组成以260.6℃为例
*x/P=13.3×
1/13.3=1t=260.6当℃时y=PA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
2
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。
①计算平均相对挥发度
**计算出各温度下的相对挥发度:
理想溶液相对挥发度α=P/PBAt(℃)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α=(5.291+4.178)/2=4.730
m②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
α5.2915.5634.178
x10.38350.33080.20850
y10.7460.7000.5550
'
曲线和原先的t-x-y曲线如图③作出新的t-x-y
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
3
①简单蒸馏
xdx/(y-x)以及气液平衡关系ln(W/F)=∫y=0.46x+0.549
由xFxdx/(0.549-0.54x)=0.54ln[(0.549-0.54x)/(0.549-0.54x)]得ln(W/F)=∫FxF∵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=Wx+Dy
FD+W=F将W/F=2/3代入得到
x=2x/3+y/3代入平衡关系式得Fx=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为0.3(二硫化碳的质量分率,下同)。
若要求釜液组成x不大于0.05,WF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。
馏出回收率=Dx/Fx=88%得馏出液的质量流量FDDx=Fx88%=4000×
0.3×
0.88=1056kg/hFD结合物料衡算Fx=Wx+DxD
FWD+W=F得x=0.943
D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=(0.943/76)/[(0.943/76)+(0.057/154)]D=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
4
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
(1)进料温度40℃
75.3℃时,甲醇的汽化潜热r=825kJ/kg1水蒸汽的汽化潜热r=2313.6kJ/kg
257.6℃时,甲醇的比热C=2.784kJ/(kg·
℃)
V1水蒸汽的比热C=4.178kJ/(kg·
V2查附表给出数据当x=0.4时,平衡温度t=75.3℃A∴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Q,二是将75.3℃饱和液体变成气体所需要1的汽化潜热Q,即q=(Q+Q)/Q=1+(Q/Q)212221Q=0.4×
32×
2.784×
(75.3-40)=2850.748kJ/kg1Q=825×
0.4×
32+2313.6×
0.6×
18=35546.88kJ/kg2∴q=1+(Q/Q)=1.0821
(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5
提馏段的上升蒸汽流量。
假设塔内气液相均为恒摩尔流。
①产品的流量
由物料衡算Fx=Wx+DxD
FWD+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
V③提馏段的上升蒸汽流量40℃进料q=1.08
+(1-q)F=D(1+RV=V)=138.46kmol/h
=146.46kmol/h∴V
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(x,x)∴x=0.949
DDD提馏段y=1.25x–0.0187过(x,x)∴x=0.0748WWW
精馏段与y轴交于[0,x/(R+1)]即x/(R+1)=0.263DD∴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)
∴x=0.649
F
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。
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
6
精馏段y=x=0.9由平衡关系式y=αx/[1+(α-1)x]得D1x=0.7853再由精馏段操作线方程y=2x/3+0.3得1y=0.8236依次得到x=0.6549y=0.7366
322x=0.5320y=0.6547
43x=0.4353∵x﹤x=0.5<
x3
F44精馏段需要板层数为3块
=x