化工原理习题及答案模板

1.已知含苯0.5(摩尔分率)的苯-甲苯混合液，假设外压为99kPa,试求该溶液的饱和温度。

苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1附表。

t(℃)80.1859095100105

x0.9620.7480.5520.3860.2360.11

解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据

查例1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压PBX,P,、X,由于总压

P=99kPa,则由x=(P-PBX)/(PAX-PBX)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-

x图数据。

以t=80.1℃为例x=(99-40)/(101.33-40)=0.962

同理得到其他温度下液相组成如下表

依据表中数据绘出饱和液体线即泡点线

由图可得出当x=0.5时，相应的温度为92℃

2.正戊烷(C5H12)和正己烷(GHu)的饱和蒸汽压数据列于此题附表，试求P=13.3kPa

下该溶液的平衡数据。

温度c5H12223.1233.0244.0251.0260.6275.1291.7309.3

KC6H14248.2259.1276.9279.0289.0304.8322.8341.9

饱和蒸汽压(kPa)1.32.65.38.013.326.653.2101.3

解：依据附表数据得出相同温度下C5H(A)和C6Hi4(B)的饱和蒸汽压

X

以t=248.2℃时为例，当t=248.2℃时PB=1.3kPa

查得pAx=6.843kPa

得到其他温度下A*B的饱和蒸汽压如下表

t(℃)248251259.1260.6275.1276.9279289291.7304.8309.3

PAX

x

PB(kPa)1.3001.6342.6002.8265.0275.3008.00013.30015.69426.60033.250

利用拉乌尔定律计算平衡数据

平衡液相组成以260.6C时为例

XXX

当t=260.6℃时x=(P-PB)/(PA-PB)

=()/()=1

平衡气相组成以260.6Z为例

x

当t=260.6'C时y=PAx/P=13.3X1/13.3=1

同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下

t(℃)260.6275.1276.9279289

X10.38350.33080.02850

y10.7670.7330.5240

依据平衡数据绘出t-x-y曲线

3.利用习题2的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的x-y数据，并与习题

2的结果相比拟。

解：①计算平均相对挥发度

理想溶液相对挥发度a=PAX/PBX计算出各温度下的相对挥发度：

t(℃)248.0251.0259.1260.6275.1276.9279.0289.0291.7304.8309.3

a-5.2915.5634.178--

取275.1℃和279C时的a值做平均am=(5.291+4.178)/2=4.730

②按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值

当x=0.3835时，

y=4.73x0.3835/1+(4.73-1)x0.3835]=0.746

同理得到其他y值列表如下

t(℃)260.6275.1276.9279289

a5.2915.5634.178

X10.38350.33080.20850

y10.7460.7000.5550

③作出新的t-x-y'曲线和原先的t-x-y曲线如图

4.在常压下将某原料液组成为0.6(易挥发组分的摩尔)的两组溶液分别进行简单蒸储和平

衡蒸馈，假设汽化率为1/3,试求两种情况下的斧液和馈出液组成。假设在操作范围内气

液平衡关系可表示为y=0.46x+0.549

解：①简单蒸馆

由ln(W/F)=bxFdx/(y-x)以及气液平衡关系y=0.46x+0.549

得ln(W/F)=J\FF)/(0.549-0.54x)]

•.•汽化率Lq=1/3贝！]q=2/3即W/F=2/3

.*.ln(2/3)=0.541n(0.549-0.54x0.6)/(0.549-0.54x)解得

x=0.498代入平衡关系式y=0.46x+0.549得

y=0.804

②平衡蒸银

由物料衡算FXF=Wx+Dy

D+W=F将W/F=2/3代入得到

XF=2x/3+y/3代入平衡关系式得

x=0.509再次代入平衡关系式得y=0.783

5.在连续精储塔中别离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。已知原料液流量F为

40()0kg/h,组成XF为0.3(二硫化碳的质量分率，下同)。假设要求釜液组成xw不大于0.05,

馆出液回收率为88%。试求馈出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。

解：播出回收率=DXD/FXF=88%得储出液的质量流量

DXD=FXF88%=4000x0.3x0.88=1056kg/h

结合物料衡算FXF=Wxw+DXD

D+W=F得xi>=0.943

储出液的摩尔流量1056/(76x0.943)=14.7kmol/h

以摩尔分率表示储出液组成xi>=(0.943/76)/(0.943/76)+(0.057/154)]

=0.97

6.在常压操作的连续精储塔中别离喊甲醇0.4与说.6(均为摩尔分率)的溶液，试求以下各

种进料状况下的q值。(1)进料温度40C；(2)泡点进料；(3)饱和蒸汽进料。

常压下甲醇-水溶液的平衡数据列于此题附表中。

温度t液相中甲醇的气相中甲醇的温度t液相中甲醇的气相中甲醇的

r摩尔分率摩尔分率r摩尔分率摩尔分率

1UO0.00.0，5.30.400.729

96.4U.UZU.13473.1U.5U0.779

93.50.040.23471.20.600.825

91.20.060.30469.30.700.870

89.30.080.36567.60.800.915

87.70.100.41866.00.900.958

84.40.150.51765.00.950.979

K1.70200S796401.01.0

78.00.300.665

解：(1)进料温度4(rc

75.3℃时，甲醇的汽化潜热n=825kJ/kg

水蒸汽的汽化潜热r2=2313.6kJ/kg

576c时，甲醇的比热Cvi=2.784kJ/(kg-℃)

水蒸汽的比热Cv2=4.178kJ/(kg-℃)

查附表给出数据当XA=0.4时，平衡温度t=75.3℃

.•.40℃进料为冷液体进料

即将Imol进料变成饱和蒸汽所需热量包含两局部

一局部是将40℃冷液体变成饱和液体的热量Qi，二是将75.3℃饱和液体变成气体所需

要的汽化潜热Q2,即q=(Q1+Q2)/Q2=l+(Q1/Q2)

Qi=0.4x32x2.784x(75.3-40)=2850.748kJ/kg

Q2=825x0.4x32+2313.6x0.6x18=35546.88kJ/kg

.,.q=l+(Q1/Q2)=1.08

(2)泡点进料

泡点进料即为饱和液体进料/.q=l

(3)饱和蒸汽进料q=0

7.对习题6中的溶液，假设原料液流量为100kmol/h,镭出液组成为0.95,釜液组成为0.04

(以上均为易挥发组分的摩尔分率)，回流比为2.5,试求产品的流量，精馆段的下降液体流

量和提馆段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。

解：①产品的流量

由物料衡算FXF=Wxw+DXD

D+W=F代入数据得

W=60.44kmol/h

:.产品流量D=100-60.44=39.56kmol/h

②精微段的下降液体流量L

L=DR=2.5x39.56=98.9kmol/h

③提像段的上升蒸汽流量V

40℃进料q=1.08

V=V'+(1-q)F=D(1+R)=138.46kmol/h

:.V=146.46kmol/h

8.某连续精储操作中，已知精储段y=0.723x+0.263；提馈段y=1.25x-0.0187

假设原料液于露点温度下进入精储塔中，试求原料液，馈出液和釜残液的组成及回流比。

解：露点进料q=0

即精福段y=0.723x+0.263过(XD,xD)AxD=0.949

提，段y=1.25x-0.0187过(xw,xw)/.xw=0.0748

精储段与y轴交于0，XD/(R+1)即XD/(R+l)=0.263

AR=2.61

连立精馆段与提馆段操作线得到交点坐标为(0.5345,0.6490)

二XF=0.649

9.在常压连续精储塔中，别离苯和甲苯的混合溶液。假设原料为饱和液体，其中含苯0.5(摩

尔分率，下同)。塔顶馆出液组成为0.9,塔底釜残液组成为0.1,回流比为2.0,试求理论板

层数和加料板位置。苯-甲苯平衡数据见例1-1。

解：常压下苯-甲苯相对挥发度a=2.46

精馆段操作线方程y=Rx/(R+1)=2出+0.9/3

=2x/3+0.3

精储段yi=XD=0.9由平衡关系式y=ax/1+(a-l)x得

xi=0.7853再由精锚段操作线方程y=2x/3+0.3得

y2=0.8236依次得到x2=0.6549y3=0.7366

X3=0.5320y4=0.6547

X4=0.4353VX4<XF=0.5<X3

精储段需要板层数为3块

提馆段x；=X4=0.4353

提储段操作线方程y=Lx/(L'-W)-Wxw/(L1-W)

饱和液体进料q=l

L7(L,-W)=(L+F)/V=1+W/(3D)

由物料平衡FXF=WXW+DXD

D+W=F代入数据可得D=W

L7(L--W)=4/3W/(L'-W)=W/(L+D)=W/3D=1/3

即提馆段操作线方程y'=4x73-0.1/3

...y'2=0.5471

由平衡关系式y=ax/1+(a-l)x得x,2=0.3293

依次可以得到y‘3=0.4058x‘3=0.2173

y‘4=0.2564x'4=0.1229

y's=0.1306x,s=0.0576

,:X'5<Xw=0.1<X4

，提储段段需要板层数为4块

，理论板层数为n=3+4+1=8块(包含再沸器)

加料板应位于第三层板和第四层板之间

10.假设原料液组成和热状况，别离要求，回流比及气液平衡关系都与习题9相同，但回流

温度为20℃,试求所需理论板层数。已知回流液的泡殿温度为83℃,平均汽化热为

3.2x104kJ/kmol,平均比热为140kJ/(kmol-℃)

解：回流温度改为20℃,低于泡点温度，为冷液体进料。即改变了q的值

精馆段不受q影响，板层数依旧是3块

提馆段由于q的影响，使得L7(L'-W〕和W/(L1-W)发生了变化

q=(Q1+Q2)/Q2=l+(Q1/Q2)

Qi=CPAT=140x(83-20)=8820kJ/kmol

4

Q2=3.2x10kJ/kmol

q=1+8820/(3.2x104)=L2756

L7(L'-W)=V+W-F(l-q)]/V-F(l-q)]

=3D+W-F(l-q)]/3D-F(l-q)VD=W,F=2D得

L7(L,-W)=(l+q)/(0.5+q)=1.2815

W/(L,-W)=D/3D-F(l-q)]=1/(l+2q)=0.2815

提储段操作线方程为y=1.2815x-0.02815

x.'=X4=0.4353代入操作线方程得y==0.5297再由平衡关系式得到

X2'=0.3141依次计算y3'=0.3743

X3'=0.1956y4'=0.2225

X4=0.1042y5'=0.1054

X5'=0.0457

VX5<Xw=o.l<X4

.•.提馆段板层数为4

理论板层数为3+4+1=8块(包含再沸器)

11.在常压连续精储塔内别离乙醇-水混合液，原料液为饱和液体，其中含乙醇0.15(摩尔分

率，下同)，馆出液组成不低于0.8,釜液组成为0.02；操作回流比为2。假设于精储段侧线

取料，其摩尔流量为储出液摩尔流量的1/2,侧线产品为饱和液体，组成为0.6。试求所需的

理论板层数，加料板及侧线取料口的位置。物系平衡数据见例1-7。

解：如下图，有两股出料，故全塔可以分为三段，由例1-7附表，在x-y直角坐标图上绘出

平衡线，从XD=0.8开始，在精馈段操作线与平衡线之间绘出水平线和铅直线构成梯级，当

梯级跨过两操作线交点d时，则改在提储段与平衡线之间绘梯级，直至梯级的铅直线到达

或越过点C(Xw»Xw)o

如图，理论板层数为10块(不包含再沸器)

出料口为第9层；侧线取料为第5层

12.用一连续精储塔别离由组分A,B组成的理想混合液。原料液中含A0.44,播出液中含A

0.957(以上均为摩尔分率)。已知溶液的平均相对挥发度为2.5,最回流比为1.63,试说明

原料液的热状况，并求出q值。

解：在最回流比下，操作线与q线交点坐标(xq,yq)位于平衡线上；且q线过(XF,xF)

可以计算出q线斜率即q/(l-q),这样就可以得到q的值

由式1-47Rmm=(XD/xq)-a(LxD)/(Lxq)]/(a-1)代入数据得

0.63=(0.957/xq)-2.5x(l-0.957)/(l-xq)]/(2.5-1)

，Xq=0.366或Xq=1.07(舍去)

即Xq=0.366依据平衡关系式y=2.5x/(1+1.5x)

得至I]yq=0.591

q线y=qx/(q-1)-XF/(q-1)过(0.44,0.44),(0.366,0.591)

q/(q-1)=()/()得q=0.67

V0<q<l.I原料液为气液混合物

13.在连续精馈塔中别离某种组成为0.5(易挥发组分的摩尔分率,下同)的两组分理想溶液。

原料液于泡点下进入塔内。塔顶采纳分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供回流液，其组成为

0.88,全凝器提供组成为0.95的合格产品。塔顶播出液中易挥发组分的回收率96%。假设

测得塔顶第一层板的液相组成为0.79,试求：(1)操作回流比和最小回流比；(2)假设馆出

液量为lOOkmoVh,则原料液流量为多少？

解：(1)在塔顶满足气液平衡关系式y=ax/l+(a-l)x代入已知数据

0.95=0.88a/l+0.88(a-l).\a=2.591

第一块板的气相组成yi=2.591X1/(1+1.591X1)

=2.591x0.79/(1+1.591x0.79)=0.907

在塔顶做物料衡算V=L+D

Vyi=LXL+DXD

0.907(L+D)=0.88L+0.95D，L/D=1.593

即回流比为R=1.593

由式1-47Rn>in=(XD/Xq)-a(l-XD)/(l-Xq)]/(a-1)泡点进料Xq=XF

Rmin=1.031

(2)回收率DXD/FXF=9