课后题答案 - 图文

第五章 蒸馏

1、已知苯—甲苯混合液中苯的质量分率为0.25，试求其摩尔分率和混合液的平均分子量。 解：?A??B?1 苯：xA??A/M?A/MAAB??B/MB?0.25/780.25/78?0.75/920.75/92?0.28

甲苯：xB??B/M?A/MA??B/MA?B0.25/78?0.75/92?0.72

平均分子量：M?xAM?xBMB?0.28?78?0.72?92?88.08(kg/kmol)

2、（1）含乙醇0.12（质量分数）的水溶液，其摩尔分率为多少？

（2）乙醇—水恒沸物中乙醇含量为0.894（摩尔分率），其质量分率为多少？ 解：（1）xA??A/M?A/MAAB??B/M?0.12/460.12/46?0.88/18?0.051

（2）xA?xB?1 ?A?xA?MxAMAAB?xBM?0.894?460.894?46?(1?0.894)?18?0.956

3、苯—甲苯混合液在压强为101.33kPa下的t-x-y图见本章图5-1，若混合液中苯初始组成为0.5（摩尔分率），试求：

（1）该溶液的泡点温度及其瞬间平衡气相组成；

（2）将该混合液加热到95℃时，试问溶液处于什么状态？各项组成为若干？ （3）将该溶液加热到什么温度，才能使其全部气化为饱和蒸气，此时的蒸气组成为若干？

解：（1）泡点为92℃，yA?0.75，yB?1?yA?1?0.75?0.25 （2）95℃溶液处于气液共存区，xA?0.41，yA?0.65 （3）将该溶液加热到98℃时，溶液全部气化为饱和蒸气。 此时气相中轻组分含量为0.5。

4、苯—甲苯混合液中苯的初始组分为0.4（摩尔分率，下同），若将其在一定总

压下部分汽化，测得平衡液相组分为0.258，气相组成为0.455，试求该条件下的气液比。 解：由题意可得： DxD?WxW?FxFD?W?F

即0.455D?0.258W?0.4F 设原料量F=1mol 解得：D?0.1420.197,W?0.0550.197 ∴气液比

DW?0.1420.055?2.58

5、某两组分理想溶液，在总压为26.7kPa下的泡点温度为45℃，试求气液平衡组成和物系的相对挥发度，设在45℃下，组分的饱和蒸气压为

PA?29.8kPa，PB?9.88kPa00。

解：根据泡点方程，得

xA?P?PBP?P0A00B?26.7?9.8829.8?9.88?0.84

xB?1?xA?1?0.84?0.16 根据露点方程，得

yA?PAP0xA?29.826.7?0.84?0.94

yB?1?yA?1?0.94?0.06 又由??PAP00B得 ??29.89.88?3.02

?气相中轻组分含量为0.94，重组分含量为0.06；液相中轻组分含量为

0.84，重组分含量为0.16；物系的相对挥发度为3.02。

6、在连续精馏塔中分离二硫化碳（A）和四氯化碳（B）混合液，原料液流量为

1000kg/h，

组成为0.30（组分A质量分数，下同），若要求釜残液组成不大于0.05，馏

出液中二硫

化碳回收率为90%，试求馏出液流量和组成(组分A的摩尔分率)。 解：二硫化碳的分子质量为76kg/kmol，四氯化碳的分子质量为154kg/kmol，

原料液组成（摩尔分率）为xF?0.3/760.3/76?0.7/154?0.46

原料液的平均分子质量为MF?0.46?76?0.54?154?118.2(kg/kmol) 原料液摩尔流量为F? 釜残液组成为xW?1000118.25/765/76?95/154?8.47(kmol/h)

?0.096

由全塔物料衡算可得：

总物料：F?D?W?8.47 （1） 易挥发组分A：FxF??FxF?WxW （2）

代入上式（2）得：8.47?0.46?0.9?8.47?0.46?W?0.096 解得：W?4.06(kmol/h)

?D?F?W?8.47?4.06?4.41(kmol/h) xD?FxF?D8.47?0.46?0.94.41?0.80

?7、在常压连续精馏塔中分离某两组分理想溶液，原料液流量为300kmol/h，组成为0.35（易挥发组分的摩尔分率，下同），泡点进料。馏出液组成为0.90釜残液组成为0.05，操作回流比为3.0，试求： （1）塔顶和塔底产品流量，kmol/h；

（2）精馏段与提馏段的上升蒸气流量和下降液体流量，kmol/h。 解：（1）由全塔物料衡算得： F?D?WFxF?DxD?WxW 即 300?D?W300?0.35?D?0.9?W?0.05

解得：

D?106kmol/hW?194kmol/h

（2）由操作回流比3.0可知

LD?3.0L?D?3.0?106?3.0?318kmol/h V?L?D?318?106?424kmol/h

因为泡点进料，所以L?L?F?318?300?618kmol/hV,,?V?424kmol/h8、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液流量为75kmol/h，泡点进料，若已知精馏段和提馏段操作线方程分别为y?0.753x?0.265，

y?1.35x?0.018，试求：

（1）精馏段和提馏段的下降液体流量，kmol/h； （2）精馏段和提馏段的上升蒸气流量；kmol/h。 解：由操作线方程（a）可得 又∵

xDR?1RR?1?0.723, R=2.61

?0.263 ∴xD?0.949 又∵是泡点进料，∴q=1

由操作线方程（b）可得:

L?qFL?qF?WWL?qF?W?L?FL?F?WWL?F?W?1.35 (1)

xW??0.018 (2)

由提馏段操作线方程与对角线联立得：

x?1.35x?0.018，x?0.051，即xW?0.051

由已知条件知F=85kmol/h, 由（1）、（2）式联立，得

L?FW?1.35?0.0510.018?3.825 (3)

又∵L?DR?2.61,W?F?D?75?D

2.61D?75??75?D??3.825?286.9?3.825D 将上述二式代入（3）得：

∴D?32.93kmol/h ∴L?DR?85.95kmol/h

L?L?qF?L?F?160.95kmol/h/