化工原理王晓红版习题答案第三章.docVIP

化工原理王晓红版习题答案第三章

第3章

1．计算甲醇在30℃

解：扩散系数

其中水的缔合参数为a=1.9，水的分子量Ms=18g/mol，T=303K，，甲醇在正常沸点下的摩尔体积VA=25.8cm3/mol。

所以甲醇在30℃的水中的扩散系数为2.37×10-5

2．正庚烷（A）和正辛烷（B）所组成的混合液，在388K时沸腾，外界压力为101.3kPa，根据实验测定，在该温度条件下的，，试求相平衡时气、液相中正庚烷的组成。（原题8）

解：

3．苯酚（A）和对甲苯酚（B）的饱和蒸气压数据如下：

温度t/℃

苯酚蒸气压/kPa

对甲苯酚蒸气压/kPa

温度t/℃

苯酚蒸气压/kPa

对甲苯酚蒸气压/kPa

113.7

114.6

115.4

116.3

117.0

10.0

10.4

10.8

11.19

11.58

7.70

7.94

8.20

8.50

8.76

117.8

118.6

119.4

120.0

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相平衡数据并画出相图，该物系为理想物系。

解：计算结果

t

Pa

Pb

x

y

113.7

10

7.7

1

1

114.6

10.4

7.94

0.837398

0.870894

115.4

10.8

8.2

0.692308

0.747692

116.3

11.19

8.5

0.557621

0.623978

117

11.58

8.76

0.439716

0.509191

117.8

11.99

9.06

0.320819

0.384662

118.6

12.43

9.39

0.200658

0.249418

119.4

12.85

9.7

0.095238

0.122381

120

13.26

10

0

0

绘图

4．将含苯摩尔分数为0.5，甲苯摩尔分数为0.5的溶液加以汽化，汽化率为1/3，已知物系的相对挥发度为2.47，试计算：

（1）作简单蒸馏时，气相与液相产物的组成；

所以

所以

所以摩尔流率为

6．在一连续精馏塔中分离某二元理想混合液。原料液流量为100kmol/h,浓度为0.4(摩尔分率，下同)。要求塔顶产品浓度为0.9，塔釜浓度为0.1。试求：（1）馏出液与釜残液的流量；（2）若每小时从塔顶采出50kmol馏出液，工艺要求应作何改变？（原题11）

解：根据

如果每小时从塔顶采出50kmol馏出液，则由

得

即

由于，所以

7．某液体混合物易挥发性组分含量为0.6，在泡点状态下连续送入精馏塔，加料量为100，易挥发性组分的回收率为99%，釜液易挥发性组分含量为0.05，回流比为3，以上均为摩尔分数。

试求：（1）塔顶产品与塔底产品的摩尔流率；（2）精馏段和提馏段内上升蒸汽及下降液体的摩尔流率；（3）精馏段和提馏段的操作线方程。

解：（1）根据题意，所以

所以

（2）

(3)精馏段操作线方程：

提馏段操作线方程：

8．采用常压连续精馏塔分离苯-甲苯混合物。原料中含苯0.44（摩尔分数，下同），进料为气液混合物，其中蒸汽与液体量的摩尔比为1:2。已知操作条件下物系的平均相对挥发度为2.5，操作回流比为最小回流比的1.5倍。塔顶采用全凝器冷凝，泡点回流，塔顶产品液中含苯0.96。试求：（1）操作回流比；（2）精馏段操作线方程；（3）塔顶第二层理论板的汽液相组成。

解：⑴根据题意=2/3，故进料线方程：

相平衡线方程：

联立上述两式，可以求得xq=0.365，yq=0.59

则最小回流比：

操作回流比：R=1.5Rmin=1.5×1.644=2.466

⑵精馏段操作线方程：

⑶塔顶第二层理论板的气液相组成

由得到x1=0.9057

由，得到x2=0.8242

9．用一精馏塔分离苯-甲苯溶液，进料为气液混合物，气相占50%（摩尔分数），进料混合物中苯的摩尔分率为0.60，苯与甲苯的相对挥发度为2.5，现要求塔顶、塔底产品组成分别为0.95和0.05（摩尔分率），回流比取最小回流比的1.5倍。塔顶分凝器所得的冷凝液全部回流，未冷凝的蒸气经过冷凝冷却后作为产品。

试求：（1）塔顶塔底产品分别为进料量的多少倍？（2）塔顶第一理论板上升的蒸气组成为多少？

解：（1）对全塔做总物料衡算以及对全塔做组分A的物料衡算，可以得到：

其中，，，

所以

（2）气液平衡方程为：

进料线方程为：

联立上述方程，得，故进料线与相平衡线的交点为（0.492,0.708）。

最小回流比：

所以回流比为：

分凝器相当于一块理论板，设离开分凝器的液相组成为x0：

则

可以得到

精馏段的操作线方程为：

所以，塔顶第一块理论板上的蒸汽组成为：

10．如图所示，常压连续精馏塔具有一层实际塔板