化工原理刘伟主编第六章蒸馏答案.docx
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化工原理刘伟主编第六章蒸馏答案
第六章蒸馏
相平衡
【6-1】苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸气压数据如下。
温度
苯饱和蒸气压
甲苯饱和蒸气压
温度
苯饱和蒸气压
甲苯饱和蒸气压
80.1
84
88
92
96
101.33
113.59
127.59
143.72
160.52
38.8
44.40
50.60
57.60
65.55
100
104
108
110.6
179.19
199.32
221.19
234.60
74.53
83.33
93.93
101.33
根据上表数据绘制总压为101.33kPa时苯一甲苯溶液的图及图。
此溶液服从拉乌尔定律。
解计算式为
计算结果见下表
苯-甲苯溶液的计算数据
温度
80.1
84
88
92
96
100
104
108
110.6
1.0
0
1.0
0
苯-甲苯溶液的图及图，如习题6-1附图1与习题6-1附图2所示。
习题6-1附图1苯-甲苯t-y-x图
习题6-1附图2苯-甲苯y-x图
【6-2】在总压下，正庚烷-正辛烷的汽液平衡数据如下。
温度
液相中正庚烷的摩尔分数
汽相中正庚烷的摩尔分数
温度
液相中正庚烷的摩尔分数
汽相中正庚烷的摩尔分数
98.4
105
110
1.0
0.656
0.487
1.0
0.81
0.673
115
120
125.6
0.311
0.157
0
0.491
0.280
0
试求：
（1）在总压下，溶液中正庚烷为0.35（摩尔分数）时的泡点及平衡汽相的瞬间组成；
（2）在总压下，组成的溶液，加热到117℃，处于什么状态？
溶液加热到什么温度，全部汽化为饱和蒸气？
解用汽液相平衡数据绘制图。
（1）从图上可知，时的泡点为113.8℃，平衡汽相的瞬间组成。
（2）的溶液，加热到117℃时为气液混合物，液相组成，汽相组成。
的溶液加热到118℃时，全部汽化为饱和蒸气。
习题6-2附图正庚烷-正辛烷t-y-x图
【6-3】甲醇（A）-丙醇（B）物系的汽液平衡服从拉乌尔定律。
（1）试求温度、液相组成（摩尔分数）时的汽相平衡组成与总压。
（2）试求总压为、液相组成（摩尔分数）时的汽液相平衡温度与汽相组成。
（3）试求液相组成、汽相组成时的平衡温度与总压。
组成均为摩尔分数。
用Antoine方程计算饱和蒸气压（kPa）
甲醇
丙醇
式中t为温度，℃。
解
（1））时，
总压
汽相组成
（2）已知
时，甲醇沸点为64.7℃，丙醇沸点为97.2℃，所求汽液相平衡温度必在64.7℃与97.2℃之间。
假设计算
液相组成
计算的值大于已知的值，故所假设的温度偏小，重新假设大一点的进行计算。
将3次假设的与计算的值列于下表，并在习题6-3附图1上绘成一条曲线，可知时的平衡温度。
习题6-3附表
计算次数
第一次
第二次
第三次
假设
75
80
85
0.548
0.387
0.252
习题6-3附图1
时，
汽相组成
（3）已知
计算
待求的温度t，就是时的温度，用试差法计算。
假设
，大于3.5
温度t越小，则就越大，故所假设的t偏小。
假设
用比例内插法求时的温度t
在此温度下，，则
故为待求的温度
总压
【6-4】甲醇（A）-乙醇（B）溶液（可视为理想溶液）在温度20℃下达到汽液平衡，若液相中甲醇和乙醇各为l00g，试计算汽相中甲醇与乙醇的分压以及总压，并计算汽相组成。
已知20℃时甲醇的饱和蒸气压为11.83kPa，乙醇为5.93kPa。
解甲醇和乙醇的摩尔质量分别为32和46。
甲醇为易挥发组成，液相组成为
摩尔分数
甲醇分压
乙醇分压
总压
汽相组成
【6-5】总压为120kPa，正戊烷（A）与正己烷（B）汽相混合物的组成为0.6（摩尔分数），冷却冷凝到55℃，汽液相呈平衡状态。
试求液相量与汽相量之比值（摩尔比）。
此物系为理想物系。
55℃下纯组务的饱和蒸气压分别为。
解液相组成
汽相组成
液相量L与汽相量V之比值
（摩尔比）
【6-6】利用习题6-1的苯一甲苯饱和蒸气压数据，
（1）计算平均相对挥发度；
（2）写出汽液相平衡方程；（3）计算的系列相平衡数据，并与习题6-1作比较。
解
（1）80.1℃时
110.6℃时
从计算结果可知，温度高，相对挥发度小。
平均
（2）汽液相平衡方程
（3）计算平衡数据，与习题6-1的计算结果接近。
80.1
84
88
92
96
100
104
108
110.6
1
0.823
0.659
0.508
0.376
0.256
0.155
0.058
0
1
0.92
0.826
0.718
0.597
0.458
0.311
0.131
0
【6-7】甲醇和丙醇在80℃时的饱和蒸气压分别为181.lkPa和50.93kPa。
甲醇一丙醇溶液为理想溶液。
试求：
（1）80℃时甲醇与丙醇的相对挥发度；
（2）在80℃下汽液两相平衡时的液相组成为0.5，试求汽相组成；（3）计算此时的汽相总压。
解
（1）甲醇和丙醇在80℃时的相对挥发度
（2）
（3）总压
物料衡算及恒摩尔流量假设
【6-8】由正庚烷与正辛烷组成的溶液在常压连续精馏塔内进行分离。
原料的流量为5000kg/h，其中正庚烷的质量分数为0.3。
要求馏出液中能回收原料中88%的正庚烷，釜液中正庚烷的质量分数不超过0.05。
试求馏出液与釜液的摩尔流量，及馏出液中正庚烷的摩尔分数。
解先将质量流量换算为摩尔流量，质量分数换算为摩尔分数，再作物料衡算。
正庚烷的摩尔质量，正辛烷的摩尔质量。
原料的平均摩尔质量为
原料的摩尔流量
将已知数（摩尔分数）、（摩尔分数）及，代入馏出液采出率计算式
并代入馏出液中正庚烷的回收率表达式
由式
（1）与式
（2）求得馏出液流量，馏出液中正庚烷的摩尔分数。
釜液流量
【6-9】在压力为的连续操作的精馏塔中分离含甲醇30%（摩尔分数）的甲醇水溶液。
要求馏出液组成为0.98，釜液组成为0.01，均为摩尔分数。
试求：
（1）甲醇的回收率。
（2）进料的泡点。
解操作压力摩尔分数
（1）甲醇回收率计算
（2）进料的泡点计算
在下甲醇的沸点为64.7℃，水的沸息为100℃，进料的泡点必在与之间。
假设，计算
液相组成
计算的值大于已知的值，故所假设的温度偏小，再假设大些的，重新计算。
将3次假设的与计算的值列于下表，并在习题6-9附图中绘成一条曲线，可知时的泡点为。
习题6-9附表
计算次数
第一次
第二次
第三次
假设
70
80
85
0.745
0.404
0.275
【6-10】在一连续操作的精馏塔中分离苯一甲苯混合液，原料液中苯的组成为0.28（摩尔分数）。
馏出液组成为0.98（摩尔分数），釜液组成为0.03（摩尔分数）。
精馏段上升蒸气的流量，从塔顶进入全凝器，冷凝为泡点液体，一部分以回流液L进入塔顶，剩余部分作为馏出液D采出。
若回流比，试回答下列问题：
（1）计算馏出液流量D与精馏段下降液体流量L；
（2）计算进料量F及塔釜釜液采出量W；（3）若进料为饱和液体，计算提馏段下降液体流量L'与上升蒸气流量；（4）若从塔顶进入全凝器的蒸气温度为82℃，试求塔顶的操作压力。
苯与甲苯的饱和蒸气压用Antoine方程计算，其计算式见例6-2。
习题6-9附图
解
（1）已知
馏出液流量
精馏段下降液体流量
（2）已知，代入式
求得进料流量
釜液采出量
（3）提馏段下降液体流量
提馏段上升蒸气流量
或
（4）塔顶操作压力计算
苯
甲苯
用露点与汽相组成的关系式
计算，已知
解得操作压力
【6-11】在一连续操作的精馏塔中分离苯-甲苯溶液。
进料量为，进料中苯的组成为（摩尔分数），饱和液体进料。
馏出液中苯的组成为（摩尔分数），釜液中苯的组成为（摩尔分数），回流比。
试求从冷凝器回流入塔顶的回流液摩尔流量以及从塔釜上升的蒸气摩尔流量。
解已知，馏出液流量
回流液流量
塔釜上升蒸气流量因饱和液体进料，则
进料热状态参数
【6-12】在下连续操作的精馏塔中分离甲醇-水溶液。
进料流量为，进料中甲醇的组成为（摩尔分数），馏出液流量为，回流比。
甲醇-水汽液相平衡数据见附录。
（1）若进料为40℃的液体，试求进料热状态参数q值，并计算精馏段及提馏段的下降液体流量及上升蒸气流量；
（2）若进料为汽液混合物，汽液比为7:
3，试求值。
解
（1）从甲醇-水的汽液相平衡数据可知，时，溶液的泡点。
从附录查得，甲醇在78℃时的比汽化热为。
甲醇的摩尔质量为，故其摩尔汽化热为。
水在780C时的比汽化热为，其摩尔汽化热为。
进料的摩尔汽化热为
进料从40℃升至78℃的平均温度为
从附录查得甲醇在59℃时的比热容为，其摩尔热容为。
水的比热容为，其摩尔热容为。
进料的平均摩尔热容为
进料热状态参数
精馏段下降液体量
提馏段下降液体量
精馏段上升蒸气量
提馏段上升蒸气量
（2）
操作线方程与线方程
【6-13】在一常压下连续操作的精馏塔中分离某双组分溶液。
该物系的平均相对挥发度。
（1）离开塔顶第二理论板的液相组成（摩尔分数），试求离开该板的汽相组成；
（2）从塔顶第一理论板进入第二理论板的液相组成（摩尔分数），若精馏段的液-汽比L/V为2/3，试用进、出第二理论板的汽液两相的物料衡算，计算从下面第三理论板进入第二理论板的汽相组成，如习题6-13附图所示；（3）若为泡点回流，试求塔顶回流比R；（4）试用精馏段操作线方程，计算馏出液组成。
习题6-13附图
解
（1）因为是理论板，为平衡关系。
用相平衡方程从。
（2）已知。
第二板易挥发组分的物料衡算为
（3）计算回流比R
（4）精馏段操作线方程
将代入，求得
【6-14】在一连续操作的精馏塔中分离某双组分溶液。
其进料组成为0.3，馏出液组成为0.95，釜液组成为0.04，均为易挥发组成的摩尔分数。
进料热状态参数q=1.2，塔顶液相回流比。
试写出本题条件下的精馏段及提馏段操作线方程。
解
（1）精馏段操作线方程已知
（2）提馏段操作线方程已知，计算塔釜汽相回流比。
【6-15】某连续操作的精馏塔，泡点进料。
已知操作线方程如下，
精馏段
提馏段
试求塔顶液体回流比R、馏出液组成、塔釜汽相回流比R'、釜液组成及进料组成。
解
（1）回流比R
精馏段操作线方程的，求得。
（2）馏出液组成
精馏段操作线方程的，求得（摩尔分数）。
（3）塔釜汽相回流比R'
由提馏段操作线方程的，求得。
（4）釜液组成
由提馏段操作线方程的，求得。
（5）进料组成
泡点进料时，将代入式
求得
另一解法：
因泡点进料，则线为垂直线，两操作线交点的横坐标为。
由精馏段操作线
与提馏段操作线
联立求解，可得
【6-16】在一连续操作的精馏塔中分离含50%（摩尔分数）正戊烷的正戊烷-正己烷混合物。
进料为汽液混合物，其中
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