化工原理王晓红版习题答案第三章

1、化工原理王晓红版习题答案第-二早1 .计算甲醇在30 c的水中的扩散系数1解：扩散系数Das =7.4 10 ;陋" %VA其中水的缔合参数为 a=1.9 ,水的分子量 Ms=18g/mol , T=303K ,收=80.07 xlOmPa s ,甲醇在正常沸点下的摩尔体积 VA=25.8cm3/mol。所以甲醇在30c的水中的扩散系数为2.37X 10-5m2/so2 .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3 01.3kPa,根据实验测定，在该温度条件下的 求相平衡时气、液相中正庚烷的组成。（原题0 0pA=160kPa, pB=74.8kPa,试

2、8)解：Xa =P-P000Pa - Pb101.3-74.80.311 160-74.80V - PayA - PP-P000Pa - Pb160101.3101.3-74.8160-74.8=0.4913,苯酚（A）和对甲苯酚（B）的饱和蒸气压数据如下:温度t/c苯酚蒸气压pA/kPa对甲苯酚蒸气压pB/kPa温度t/c苯酚蒸气压pA/kPa对甲苯酚蒸气压pB/kPa113.710.07.70117.811.999.06114.610.47.94118.612.439.39115.410.88.20119.412.859.70116.311.198.50120.013.2610.0117.

3、011.588.76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tPaPbxy113.7107.711114.610.47.940.8373980.870894115.410.88.20.6923080.747692116.311.198.50.5576210.62397811711.588.760.4397160.509191117.811.999.060.3208190.384662118.612.439.390.2006580.249418119.412.859.70.0952380.12238112013.261000120

4、113119118117c1161151140.00.20.40.60.81.0x(y)x4.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)作简单蒸储时，气相与液相产物的组成；(2)作平衡蒸储时，气相与液相产物的组成;解：（1）作简单蒸储时，设液相产物的组成为X2,Wi1,Xi,1-X2In=n+aln2W2a-11x21-x1ln）=|ln0.5+2.47ln1-x2=0.405521.471x21-0.53一通过试差法，可以求得X2=0.4117。再通过物料衡算，可以得到W1 X1 - W2 X2 y 二W1 -W

5、210.5-20.41173二0.67661-312(2)作平衡蒸储时，残减率q=1-=-33物料横算式为y=x-心匚=-2x1.5q-1q-1相平衡方程为:;x2.47xy=1r：工-1x11.47x联立上述两个方程，可以得到x=0.426,y=0.6485 .每小时将15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液，在连续精储塔中进行分离。操作压力为101.3kPa,要求储出液能回收原料中的97.1%的苯，釜液中含苯不高于2%(以上均为质量百分数)。求储出液和釜液的摩尔流率及摩尔组成。(原题10)解：根据质量衡算与回收率的定义：W'WD'DW=1D=1-1-0.971=0.029

6、F'FF'F0 029 F' u 所以W'= F F0.029 15000 0.40.02kg/h 8700kg/h所以D'=F'-W'=1500-8700kg/h=6300kg/h所以D0.971 F' FD=+.9710.971150000.4=0.92486300所以摩尔流率为D'.dD'1-，D63000.924863001-0.9248.D=kmol/h=79.9kmol/hMAMB7892W'wW'1-w87000.0287001-0.02.W=-=kmol/h=94.9kmol/hMA

7、MB7892d0.9248xD=MA=78=0.9355DD.1-'D0.92481-0.9248MAMB78926 .在一连续精储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）储出液与釜残液的流量；（2）若每小时从塔顶采出50kmo"留出液，工艺要求应作何改变？（原题11）解：根据T = D +WFxF = DxD +WxWD=FxxW=10004-01kmol/h=37.5kmol/hXd-xw0.9-0.1D=F-W=100-37.5kmol/h=62.5kmol/h如果

8、每小时从塔顶采出50kmol储出液，则由Fxf=Dxd+Wxw得1000.4=50xd50XW即0.8=Xd'Xw由于，Xd>0所以Xw<0.87 .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储塔，加料量为100kmol.h，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）精储段和提储段内上升蒸汽及下降液体的摩尔流率；（3）精储段和提储段的操作线方程。解：(1)根据题意n=DxD=0.99,所以WxW=1=10.99=0.01FXfFXf所以W=1=;FxF=1-0

9、.9910006kmol/h=12kmol/hXw0.05D=F-W=100-12kmol/h=88kmol/hFXf xD二五-0.99100 0.688=0.675(2)L=RD=388kmol/h=264kmol/hV=R1D=3188kmol/h=352kmol/hL'=LqF=2641100kmol/h=364kmol/hV'=Vq-1F=3520100kmol/h=352kmol/h（3）精微段操作线方程:y=-R-x-x=-3-x*=0.75x0.169R1R13131提储段操作线方L' 、.Wxwx 一L' -W L' -W364364-

10、1212 0.05364 -12= 1.034x-0.00178 .采用常压连续精储塔分离苯-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）精储段操作线方程；（3）塔顶第二层理论板的汽液相组成。解：根据题意q=2/3,故进料线方程:q xfxq -1q 12/3 x -2/3-10.44“2x 1.322/3-1相平衡线方程:2.5x2.5x1+(a+X 1 +(2.5-Vx

11、1+1.5x联立上述两式,可以求得 xq=0.365, yq=0.59则最小回流比:RminxD - yqyq -xq0.96-0.59 二 1.6440.59-0.365操作回流比：R=1.5Rmin=1.5X1.644=2.466精储段操作线方程:y JxR 1xd2.4660.96x = 0.7115x 0.277R 1 2.466 12.466 1塔顶第二层理论板的气液相组成由y=2.5x1=xd=0.96得至Ixi=0.905711.5x1y2=0.7115K0.277=0.71150.90570.277=0.9214由y=2.5x2=0.9214,得到x2=0.824211.5x2

12、9 .用一精储塔分离苯-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:F=DWFxF:DxDWxW其中，xF=0.60,xD=0.95,xW=0.05所以d品）。6-0.05）=0.61件XD - XW0.95

13、 -0.05W = F D =F -0.611F =0.389F（2）气液平衡方程为:一:x2.5x2.5xy =1： -1 x 12.5 -1 x 1 1.5x进料线方程为：二涓小三二祟十悬.1.2联立上述方程，得Xe =0.492y = 0.708,故进料线与相平衡线的交点为（0.492,0.708）。最小回流比：Rminxd - ye0.95 - 0.708 =1.12ye - xe0.708 -0.492所以回流比为：R=1.5Rmin=1.5父1.12=1.68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xd= 0.95ix_2.5x01+：。-1x°-12.5

14、-1x°可以得到x0=0.884精储段的操作线方程为：R11.681yxxDx0.95=0.627x0.354R1R11.6811.681所以，塔顶第一块理论板上的蒸汽组成为：y1=0.627x00.354=0.6270.8840.354=0.90810 .如图所示，常压连续精储塔具有一层实际塔板及一台蒸储釜，原料预热到泡点由塔顶加入，进料组成xf=0.20（易挥发性组分的摩尔分率，下同）。塔顶上升蒸汽经全凝器全部冷凝后作为产品，已知塔顶储出液的组成为0.28,塔顶易挥发性组分的回收率为80%。系统的相对挥发度为2.5。试求釜液组成及塔板的默弗里板效率。解：(1)对全塔做总物料衡算以

15、及对全塔做组分A的物料衡算，可以得到:F=DWFxF=DxDWxW其中，xF=0.2,xD=0.28,由于塔顶易挥发组分的回收率为80%,所以，n=。3=0.8Fxf可定义得到D=0.8生=0.8-02=0.571Fxd0.28所以，W=1d=1-0.571=0.429FFDxWxw/Dx由于=0.8,所以W=1-D=10.8=0.2FxFFxFFxF所以xW=0.2区务=0.2m-04=0.0932W0.429F-"xw2.5 0.0932= 0.204(2)由于蒸储釜可以视为一层理论板，所以离开该釜的气液两相呈平衡状态，即：yw=11-1xW12.5-10.0932对塔板做易挥发组分的物料衡算，塔板上下可以视为包摩尔流，可得FxfDyw=F内Dy1或Dy1_yw=Fxf-X1所以x1