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1、word化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答夏清、贾绍义第二版下册.某某大学出版社,20.第1章 蒸馏1.含苯0.5摩尔分率的苯-甲苯混合液，假如外压为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 80.1 85 90 95 100 105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PB*，PA*，由于总压P = 99kPa，如此由x = (P-PB*)/(PA*-PB*)可得出液相组成，这样就可以得到一组绘平衡t-x图数据。以同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当x =
2、0.5时，相应的温度为922.正戊烷C5H12和正己烷C6H14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 C5H12K C6H14 解： 根据附表数据得出一样温度下C5H12A和C6H14B的饱和蒸汽压时 PB*查得PA* 得到其他温度下AB的饱和蒸汽压如下表t(PA*PB*利用拉乌尔定律计算平衡数据时为例时 x = (P-PB*)/(PA*-PB*)=13.3-2.826/13.3-2.826= 1为例时 y = PA*1/13.3 = 1 同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t() 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.
3、3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0 根据平衡数据绘出t-x-y曲线3.利用习题2的数据，计算：相对挥发度；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：计算平均相对挥发度 理想溶液相对挥发度= PA*/PB* 计算出各温度下的相对挥发度 ： t( - - - - 5.291 5.563 4.178 - - - - 和279时的值做平均 m按习题2的x数据计算平衡气相组成y的值当x = 0.3835时，0.3835/1+(4.73-1)同理得到其他y值列表如下t() 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.
4、3835 0.3308 0.2085 0y 1 0.746 0.700 0.555 0 作出新的t-x-y曲线和原先的t-x-y曲线如图解：简单蒸馏由ln(W/F)=xxF得ln(W/F)=xxFF)/(0.549-0.54x)汽化率1-q = 1/3如此 q = 2/3 即 W/F = 2/3 0.6)/(0.549-0.54x) 解得 x = 0.498 代入平衡关系式y = 0.46x + 0.549 得平衡蒸馏 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5.在连续精馏塔中别离由二硫化碳和四硫
5、化碳所组成的混合液。原料液流量F为4000kg/h，组成xF为0.3二硫化碳的质量分率，下同。假如要求釜液组成xW不大于0.05，馏出液回收率为88。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。解：馏出回收率 = DxD/FxF = 88 得 馏出液的质量流量 DxD = FxF 88 = 40000.88 = 1056kg/h 结合物料衡算 FxF = WxW + DxDD + W = F 得xD = 0.943 馏出液的摩尔流量 1056/(76 以摩尔分率表示馏出液组成 xD = (0.943/76)/(0.943/76)+(0.057/154)6.在常压操作的连续精馏塔中别离
6、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40；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 摩尔分率 摩尔分率 摩尔分率 摩尔分率 78.0 0.30 0.665 解：1进料温度40时，甲醇的汽化潜热r1 = 825kJ/kg 水蒸汽的汽化潜热r2时 ，甲醇的比热 CV1 = 2.784kJ/(kg)水蒸汽的比热 CV2 = 4.178kJ/(kg) 查附表给出数据 当xA40进料为冷液体进料 即 将1mol进料变成饱和蒸汽所需热量包括两局部 一局部是将40
7、冷液体变成饱和液体的热量Q1饱和液体变成气体所需要的汽化潜热Q2 ，即 q = Q1+Q2/ Q2 = 1 + Q1/Q2 Q132 Q2 = 82518 = 35546.88 kJ/kgq = 1 +Q1/Q2 2泡点进料 泡点进料即为饱和液体进料 q = 1 3饱和蒸汽进料 q = 07.对习题6中的溶液，假如原料液流量为100kmol/h，馏出液组成为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，精馏段的下降液体流量和提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。解： 产品的流量 由物料衡算 FxF = WxW + DxDD + W = F
8、 代入数据得W = 60.44 kmol/h 产品流量 D = 100 60.44 = 39.56 kmol/h精馏段的下降液体流量L39.56 = 98.9 kmol/h提馏段的上升蒸汽流量V 40 V = V + 1-qF = D1+R= 138.46 kmol/h V = 146.46 kmol/h8.某连续精馏操作中，精馏段 y = 0.723x + 0.263；提馏段y = 1.25x 假如原料液于露点温度下进入精馏塔中，试求原料液，馏出液和釜残液的组成与回流比。 解：露点进料 q = 0 即 精馏段 y = 0.723x + 0.263 过xD ，xDxD提馏段 y = 1.25x
9、 0.0187 过xW ，xWxW精馏段与y轴交于0 ，xD/R+1 即 xD连立精馏段与提馏段操作线得到交点坐标为0.5345 ，0.6490 xF9.在常压连续精馏塔中，别离苯和甲苯的混合溶液。假如原料为饱和液体，其中含苯0.5摩尔分率，下同。塔顶馏出液组成为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= 2.46 精馏段 y1 = xD = 0.9 由平衡关系式 y = x/1 +(-1)x 得x1 = 0.7853 再由精馏段操作线方程 y = 2x/3 + 0.3 得y2 = 0.8236 依次
10、得到x2 = 0.6549 y3x3 = 0.5320 y4x4 = 0.4353 x4 xF = 0.5 x3精馏段需要板层数为3块 提馏段 x1= x4 = 0.4353 提馏段操作线方程 y = Lx/L-W- WxW/L-W 饱和液体进料 q = 1 L/L-W= L+F/V = 1 + W/3D由物料平衡 FxF = WxW + DxDD + W = F 代入数据可得 D = W L/L-W= 4/3 W/L-W= W/L+D= W/3D = 1/3 即提馏段操作线方程 y = 4x/3 y2 由平衡关系式 y = x/1 +(-1)x 得 x2依次可以得到y3= 0.4058 x3
11、 y4= 0.2564 x4 y5= 0.1306 x5 x5 xW = 0.1 x4 提馏段段需要板层数为4块理论板层数为 n = 3 + 4 + 1 = 8 块包括再沸器加料板应位于第三层板和第四层板之间10.假如原料液组成和热状况，别离要求，回流比与气液平衡关系都与习题9一样，但回流温度为20，试求所需理论板层数。回流液的泡殿温度为83104kJ/kmol，平均比热为140 kJ/(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 精馏段 不受q影响，板层数依然是3块 提馏段 由于q的影响，使得 L/L-W和 W/L-W发生了变化 q = Q1+Q2/ Q2 = 1 + Q1/Q2Q1= CpT = 14083-20= 8820 kJ/kmolQ2104kJ/kmol104L/L-W=V + W - F(1-q)/V - F(1-q) = 3D+W- F(1-q)/3D- F(1-q) D = W，F = 2D 得L/LW/Lx1= x4 = 0.4353 代入操作线方程得 y2x2= 0.3141 依次计算y3x3= 0.1956 y4x4= 0.1042 y5x5= 0.0457
