化工原理王晓红版习题答案

第 第 3 早1•计算甲醇在30C的水中的扩散系数解：扩散系数Das7.410解：扩散系数Das7.4108iaMs2TsV0.6A22S80.0710mPas，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30E的水中的扩散系数为2.37X10-5m2/s2.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pA160kPa,pB74.8kPa，试求相平衡时气、液相中正庚烷的组成。（原题8）解：XaP0pB0101・374.80.311pA pB 16074.83•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/kPa113.710.07.70117.811.999.06114.610.47.94118.612.439.39115.410.88.20119.412.859.70116.311.198.50120.013.2610.0117.011.588.76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PaPbxy113.7107.711114.610.47.940.8373980.870894115.410.88.20.6923080.747692116.311.198.50.5576210.62397811711.588.760.4397160.509191117.811.999.060.3208190.384662118.612.439.390.2006580.249418119.412.859.70.0952380.12238112013.261000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；（2） 作平衡蒸馏时，气相与液相产物的组成；解：（1）作简单蒸馏时，设液相产物的组成为X2通过试差法，可以求得x2=0.4117。再通过物料衡算，可以得到yW[再通过物料衡算，可以得到yW[X! W2WiX2W210.5-20.4117耸 0.67661-3（2）作平衡蒸馏时，残液率q物料横算式为y話XXf物料横算式为y話XXfq12x1.5相平衡方程为：y1 -1X2.47x1 1.47x联立上述两个方程，可以得到x=0.426，y=0.648。5•每小时将15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离。操作压力为101.3kPa，要求馏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）。求馏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:所以W'0.029F'f所以W'0.029F'fW0.。29150000.40.028700kg/h所以D'F'W'所以D'F'W'1500 8700kg/h6300kg/h所以D0.971F'F所以D0.971F'FD'0.971150000.463000.9248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FDW解：根据FDWFxf Dxd^Wxw如果每小时从塔顶采出50kmol馏出液，则由FxfDxdWxw得1000.4 50xD50xW即0.8Xdxw由于，Xd0所以Xw0.87•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馏塔，加料量为100kmolh1，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 dXd0.99，所以Wxw1 10.990.01Fxf Fxf所以(2)LRD388kmol/h264kmol/h（3）精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：yL'（3）精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：yL'L'W^V>wL'W—x直0.75x31 31364 120.05x36412 364120.1691.034x0.00178•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q=2/3，故进料线方程:相平衡线方程:ax 2.5x相平衡线方程:ax 2.5xa-x1 2.5-1x2.5x11.5x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=1.5X1.644=2.466⑵精馏段操作线方程:⑶塔顶第二层理论板的气液相组成

yi2.5X!1 1.5Xyi2.5X!1 1.5X1xd0.96得到X1=0.9057y22.5x21 1.5x20.9214，得到X2=0.82429.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1.59.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，Xf0.60，Xd0.95,xw0.05所以DFXF XWXD XWF0.6 0.050.950.050.611F（2其中，Xf0.60，Xd0.95,xw0.05所以DFXF XWXD XWF0.6 0.050.950.050.611F（2）气液平衡方程为:2.5x2.51x2.5x1 1.5x进料线方程为：yXFq10.5X0.510.60.51X1.2联立上述方程，得Xeye04920.708，故进料线与相平衡线的交点为（O.492®08）。最小回流比：RminXdyeyeXe°95°.708 1.120.7080.492所以回流比为：R「5Rmin1.51.12 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则Xd y°1X 2.5x°1X) 1 2.51x00.95可以得到x0 0.884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及一台蒸馏釜，原料预热到泡点由塔顶加入，进料组成Xf0.20（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，已知塔顶馏出液的组成为 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及对全塔做组分 A的物料衡算，可以得到：其中，Xf0.2，Xd0.28，TOC\o"1-5"\h\z由于塔顶易挥发组分的回收率为80%，所以， 0.8FXf可定义得到D0.8乞0.8竺0.571F xD 0.28所以，W1— 10.571 0.429FF由于D2D0.8，所以 1D2D10.8 0.2FxF FxF FxF所以Xw0.2 - 0.2 0.0932W 0.429F（2）由于蒸馏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:对塔板做易挥发组分的物料衡算，塔板上下可以视为恒摩尔流，可得或Dy