化工原理课后习题答案上下册（钟理版）

下册第一章蒸馏

1. 苯酚(C6H5OH)(A)和对甲酚(C6H4(CH3)OH)(B)的饱和蒸气压数据为 温度 T℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 苯酚蒸气压 0pA kPa 对甲酚蒸气压 0pB kPa 温度 t℃ 117.8 118.6 119.4 120.0 苯酚蒸气压 0pA kPa 对甲酚蒸气压 0pB kPa 10.0 10.4 10.8 11.19 11.58 7.70 7.94 8.2 8.5 8.76 11.99 12.43 12.85 13.26 9.06 9.39 9.70 10.0 试按总压P=75mmHg(绝压)计算该物系的“t-x-y”数据, 此物系为理想体系。 解：

总压 P=75mmHg=10kp。 由拉乌尔定律得出 pAxA＋pBxB=P 所以 xA=

000pAp?pBp?pB；yA=。 0000ppA?pBpA?pB00因此所求得的t-x-y数据如下：

t, ℃ x y 113.7 1 1 114.6 0.837 0.871 115.4 0.692 0.748 117.0 0.440 0.509 117.8 0.321 0.385 118.6 0.201 0.249 119.4 0.095 0.122 120.0 0 0.

2. 承接第一题，利用各组数据计算

（1）在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度?i,取各?i的算术平均值为?，算出?对?i的最大相对误差。

（2）以平均?作为常数代入平衡方程式算出各点的“y-x”关系,算出由此法得出的各组yi值的最大相对误差。 解：

0pA（1）对理想物系，有 ?＝0。所以可得出

pB1

t, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0

?i 1.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326

??算术平均值?=

9i=1.318。?对?i的最大相对误差＝

(?i??)max??100%?0.6%。

（2）由y??x1.318x?得出如下数据：

1?(??1)x1?0.318xt, ℃ 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0 x 1 0.837 0.692 0.558 0.440 0.321 0.201 0.095 0 y 1 0.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.122 0 各组yi值的最大相对误差=

(?y)max?0.3%。 yi

3.已知乙苯(A)与苯乙烯(B)的饱和蒸气压与温度的关系可按下式计算:

3279.47

T?59.953328.570 lnpB?16.0195?

T?63.72 lnpA?16.0195?0式中 p的单位是mmHg,T的单位是K。

问:总压为60mmHg(绝压)时，A与B的沸点各为多少?在上述总压和65℃时,该物系可视为理想物系。此物系的平衡气、液相浓度各为多少摩尔分率？ 解：

由题意知

03279.47?334.95K＝61.8℃

ln60?16.01953328.57 TB=63.72??342.84K=69.69℃

ln60?16.0195 TA=59.95?65℃时，算得pA＝68.81mmHg；pB=48.93 mmHg。由pA xA＋pB（1－xA）=60得

xA＝0.56， xB=0.44; yA=pA xA/60=0.64; yB=1-0.64=0.36。

4 无

000002

5 若苯—甲苯混合液中含苯0.4（摩尔分率），试根据本题中的t—x—y关系求：

（1） 溶液的泡点温度及其平衡蒸气的瞬间组成；

（2） 溶液加热到100℃，这时溶液处于什么状态？各相的量和组成为若干？ （3） 该溶液加热到什么温度时才能全部气化为饱和蒸气？这时蒸气的瞬间组成如

何？ toC 80.1 85 90 95 100 105 110.6

x 1.000 0.780 0.581 0.411 0.258 0.130 0

y 1.000 0.900 0.777 0.632 0.456 0.262 0 解：

（1）由苯—甲苯的t—x—y关系得x=0.4时， 泡点温度＝95.5℃

平衡蒸气的瞬间组成＝0.615

（2）溶液加热到100℃时处于气液混合共存区气液相组成各位 x=0.26；y=0.47。 根据杠杆原理，气液相量之比＝

0.4?0.26＝2:1。

0.47?0.4（3）由气液平衡关系知溶液加热到102℃时才能全部气化为饱和蒸气，此时y=0.4。

6 常压下将含苯（A）60%、甲苯（B）40%（均指摩尔百分数）的混合液闪蒸（即平衡蒸馏），得平衡气、液相，气相摩尔数占总摩尔数的分率—气化率（1-q）为0.30。物系相对挥发度?=2.47，试求：闪蒸所得气、液相的浓度。 若改用简单蒸馏，令残液浓度与闪蒸的液相浓度相同，问：馏出物中苯的平均浓度为多少？ 提示：若原料液、平衡液、气相中A的摩尔分率分别以xF、x、y表示，则存在如下关系：

y?xqx?F。 q?1q?1解：

（1）闪蒸

由y?xq7?xx?F??x?2和y?，解方程得x＝0.54。从而y＝q?1q?131?(??1)x0.74。

（2）简单蒸馏

3

由方程ln1?xWF1?xF?ln??ln?W??1?xW1?xF??和FxF?WxW?DxD得出 ? xD=0.79，即馏出物中苯的平均浓度为79％。

7． 某二元物系，原料液浓度xF =0.42，连续精馏分离得塔顶产品浓度xD=0.95。已知塔顶产品中易挥发组分回收率?=0.92，求塔底产品浓度xW。以上浓度皆指易挥发组分的摩尔分率。 解：

由FxF?WxW?DxD和??DxD?0.92得出xW=0.056。 FxF8 有一二元理想溶液，在连续精馏塔中精馏。原料液组成50%(摩尔%)，饱和蒸气进料。原料处理量为每小时l00kmol，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h，已知精馏段操作线方程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶采用全凝器，泡点回流。试求:

（1） 塔顶、塔底产品组成(用摩尔分率表示)； （2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量; （3） 提馏段操作线方程;

（4） 若全塔平均相对挥发度=3.0，塔顶第一块板的液相默弗里板效率EML=O.6, 求离开塔顶第二块板的气相组成。 解：

（1）由精镏段方程y?y=0.833x+0.15得出

R1x?xD及已知的精馏段操作线方程为R?1R?1xR?0.833和D＝0.15， 解得

R?1R?1 R＝5，xD＝0.9，xW=0.1

（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量V＝(R+1)D=300（kmol/h）。 （3）提镏段操作线方程

y?L?qFWx?xW＝1.25x－0.025。

L?qF?WL?qF?W（4）求离开塔顶第二块板的气相组成y2

EML=

xD?x1y1xDy1?x＝0.6，又＝＝＝=0.75 1y1??(1?y1)3?2y13?2xDxD?x1?解得x1＝0.81 又由物料平衡得

y2＝y1－

LR( xD－x1)＝0.9－（0.9－0.81）＝0.825。

R?1V4