南工大化工原理习题解答教学内容.docx

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1、南工大化工原理第六章 习题解答第六章 习题1） 苯酚C H OHA和对甲酚C H6 56 4CH OHB的饱和蒸汽压数据为：温度苯酚蒸汽压kPa对甲酚蒸汽压kPa温度苯酚蒸汽压kPa对甲酚蒸汽压kPa3113.710.07.70117.811.999.06114.610.47.94118.612.439.39115.410.88.2119.412.859.70116.311.198.5120.013.2610.0117.011.588.76试按总压 P=75mmHg绝压计算该物系的“txy”数据。此物系为抱负物系。113.710.07.701.01.0114.610.47.940.8370.8

2、71115.410.88.20.6920.748116.311.198.50.5580.624117.011.588.760.4400.509117.811.999.060.3210.385118.612.439.390.2010.249119.412.859.700.09520.122120.013.2610.00.0000.000t0Cp 0kPa Ap 0kPa BxAxB2） 承第 1 题，利用各组数据，计算在 x=0 至 x=1 范围内各点的相对挥发度 ，取各 的算术平均值 ，算出10仅供学习与沟通，如有侵权请联系网站删除感谢 对 iii的最大相对误差。以平均作为常数代入平衡方程式算

3、出各点的“yx ”关系，算出由此法得i出各组 y 值的最大相对误差。it0C113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.01.299 1.310 1.317 1.316 1.322 1.323 1.324 1.325 1.326iyi1.00.871 0.748 0.625 0.509 0.384 0.249 0.1220t0C113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.0x1.00.8370.6920.5580.4400.3210.2010.09520最大误差=3） 乙苯A与苯乙烯B的饱和

4、蒸汽压与温度的关系可按下式算得：式中 p0 的单位是 mmHg，T 的单位是 K。问：总压为 60mmHg绝压时，A 与 B 的沸点各为多少？在上述总压和 65 时，该物系可视为抱负物系。此物系的平衡汽、液相浓度各为多少摩尔分率？4） 苯A和甲苯B混合液可作为抱负溶液，其各纯组分的蒸汽压计算式为式中 p0的单位是 mmHg，t 的单位是。试计算总压为 850mmHg绝压下含苯 25%摩尔百分率的该物系混合液的泡点。5） 试计算总压为 760mmHg绝压下，含苯 0.37、甲苯 0.63摩尔分率的混合蒸汽的露点。假设令该二元物系降温至露点以下 3，求平衡的汽、液相摩尔之比。从拉乌尔定律。 95时

5、，。6） 有一苯A、甲苯B、空气C的混合气体，其中空气占 2%，苯与甲苯浓度相等均指摩尔百分数，气体压强为 760mmHg绝压。假设维持压强不变，令此三元物系降温至 95，求所得平衡汽相的组成。A、B 组分均服设 XA算得的 XA0.380.3240.3780.3520.3770.3630.3760.3737） 常压下将含苯A60%，甲苯B40%均指摩尔百分数的混合液闪蒸即平衡蒸馏，得平衡汽、液相，汽相摩尔数占总摩尔数的分率汽化率1-q为 0.30。物系相对挥发度 =2.47，试求：闪蒸所得平衡汽、液相的浓度。假设改用简洁蒸馏，令残液浓度与闪蒸的液相浓度一样，问：馏出物中苯的平均浓度为多少？提

6、示：假设原料液、平衡液、汽相中 A 的摩尔分率分别以 x 、x、y 表示，则存在如下关系：。f8） 某二元物系，原料液浓度 x =0.42，连续精馏分别得塔顶产品浓度fx =0.95。塔顶产品中易挥发组分回收率 =0.92，求塔底产品浓度 x 。以Dw上浓度皆指易挥发组分的摩尔分率。9） 某二元混合液含易挥发组分 0.35，泡点进料，经连续精馏塔分别，塔顶产品浓度 x =0.96， 塔底产品浓度 x =0.025均为易挥发组分的摩尔分Dw率，设满足恒摩尔流假设。试计算塔顶产品的采出率 D/F。假设回流比 R=3.2，泡点回流，写出精馏段与提馏段操作线方程。10） 某二元混合物含易挥发组分 0.

7、24，以热状态参数 q=0.45 的汽、液混合物状态进入连续精馏塔进展分别。进料量为 14.5kmol/h，塔顶产品浓度x =0.95，塔底产品浓度 x =0.03。假设回流比 R=2.8，泡点回流，提馏段 L/VDw为多少？试计算塔顶全凝器的蒸汽冷凝量及蒸馏釜的蒸发量。以上浓度皆指易挥发组分的摩尔分率。11） 用常压精馏塔连续分别苯和甲苯混合液。进料中苯的摩尔分率为0.30。操作条件下苯的汽化潜热为 355kJ/kg。试求以下各种状况下的 q 值： 进料温度为 25；98.6的液体进料；98.6的蒸汽进料。苯甲苯体系在常压下的局部汽液平衡数据如下：温度 t，110.6102.298.695.

8、2液相组成，x0.0000.2000.3000.397汽相组成，y0.0000.3700.5000.618解：原料液的汽化潜热rm= 0.30380kJ/(1kg/78kg/mol)= 889222862 = 31754 kJ/mol平均温度= 334.95 K由附表可知 xf = 0.30 时，液体的泡点为 98.6，则查教材附录得 61.8下苯和甲苯的比热为 1.84kJ/(kgK)，故原料液的比热为：Cp = 1.840.3781.840.792= 161.552 kJ/(kmolK)属饱和液体进料 q2 = 1属饱和蒸汽进料 q3 = 0。精馏线12） 某精馏塔操作以饱和蒸汽进料，操作

9、线方程分别如下：提馏线解：由精馏线得：，R = 2.500试求该塔操作的回流比、进料组成及塔顶、塔底产品中轻组分的摩尔分率。由提馏线得：，xD = 0.94990.950(R+1)D 得提馏线截距，得 xW = 0.04提馏线斜率，得 F = 1.5D由 FxF = DxDWxW 得：= 0.64713） 用一连续精馏塔分别甲醇和水的混合物，进料量为 100kmol/h，进料中甲醇的摩尔分率为 0.10，以饱和蒸汽形式连续进入塔底。要求塔顶产品中甲醇含量为 0.90，塔釜产品中甲醇含量为 0.05。试求：该精馏塔操作回流比及塔内的液汽比；塔顶全凝器的蒸汽冷凝量。解：Fxf = DxD(FD)x

10、Wkmol/h由 V =V = F = 100 kmol/h塔顶全凝器蒸汽冷凝量V = 100 kmol/h14） 以连续精馏分别正庚烷A与正辛烷B。相对挥发度=2.16，原料液浓度 Z =0.35正庚烷的摩尔分率，下同，塔顶产品浓度fx =0.94，加料热状态 q=1.05，馏出产品的采出率 D/F=0.34。在确定回流比时，取。设泡点回流。试写出精馏段与提馏段操作线方程。D15） 承第 14 题，按最正确加料板位置加料，试用作图法求总理论板数，并指明加料板的序号。解：又作图知，总理论板数为 13.4 块，第 7 块为加料板。图略 16承第 14 题，试用逐板计算法计算离开塔顶第 2 块塔板

11、的液体浓度 x 。2解：17承第 14 题，试用快速估算法计算总理论板数和确定加料板序号。解：1总理论板数2精馏段理论板数18以常压操作的连续精馏塔分别“乙醇水”溶液。原料液含乙醇0.10摩尔分率，下同，进料热状态 q=1.10，塔顶产品浓度 0.80，釜液浓度0.001。塔顶用全凝器，泡点回流，塔底用蒸馏釜，间接加热，操作回流比为最小回流比的 2.0 倍。试用作图法求总理论板数和确定加料板序号。解：依据教材附录数据作“y-x”图19塔顶、塔底产品及进料组成中苯的摩尔分率分别为：x =0.98，Dx =0.05，x =0.60，泡点进料和回流，取回流比为最小回流比的 1.5 倍，体系的WF相对

12、挥发度为 2.47。试用捷算法计算苯和甲苯体系连续精馏理论塔板数。解： q = 1 xe = xf = 0.6R = 1.5Rmin= 1.51.03 = 1.55查吉利兰图得：由芬斯克方程得：则 N = 14.3，取 NT = 15解：甲醇回收率20用一连续精馏塔分别甲醇和水的混合物。原料中甲醇的摩尔分率为 0.35，进料量为 100kmol/h，泡点进料。塔顶馏出液中甲醇含量为 0.95，塔底产品中甲醇浓度为 0.04。操作回流比为 1.5，泡点回流，间接蒸汽加热。用作图法求完成分别任务所需的理论塔板数，并计算甲醇的回收率和塔釜蒸发 量。由教材附录查得 CH3OHH2O 的 VLE 数据，

13、在 xy 图上作出平衡曲线。精馏线截距为由(0.95，0.95)和(0，0.38)作出精馏线由 q = 1 和(0.35，0.35)作出 q 线连接(xw，xw)和 q 线与精馏线的交点得提馏线，kmol/hq = 10 = ,故kmol/h作图得理论板数 NT = 7 块，加料位置为第 5 块理论板。21在用作图法求理论板数时，可能遇到局部区域平衡线与操作线均为直线且两直线甚靠近，不易求准梯级数的状况。设平衡线为，操作线为，K、C、a、b 均为常数，试推导由操作线上 x0至 x 所需理论板数N 的数学解析式。N22在某二元混合物连续、根本型精馏操作的根底上，假设进料组成及流量不变，总理论板数

14、及加料板位置不变，塔顶产品采集比 D/F 不变。试考虑在进料热状态参数 q 增大，回流比 R 不变的状况下 x 、x 和塔釜蒸发量的变化趋DW势。只需定性分析。23以连续精馏塔分别某二元混合物。塔顶承受全凝器。：x =0.90，DD=0.02kmol/s，回流比 R=2.5，在操作中回流液有确定程度过冷。回流液体泡点为 83，汽化潜热 r=3.2104kJ/kmol，该液体比热C =140kJ/(kmol)，但回流液温度为 75。试求精馏段操作线方程。P解：24） 以连续精馏塔分别某二元混合物。进料 x =0.50摩尔分率，下同，fq=1，塔顶产品 D=50kmol/h，x =0.95，塔顶馏

15、出液中易挥发组分回收率D=0.96。塔顶承受一个分凝器及一个全凝器。分凝器液体泡点回流。回流液浓度 x =0.88，离开第一块塔板的液相浓度 x =0.79。塔底间接蒸汽加热。塔01板皆为理论板，相对挥发度 为常数。试求：加料流量 F；操作回流比是Rmin的倍数；精馏段、提馏段气相流量。25） 在常压下用一连续精馏塔分别某两组分混合液，进料量为200kmol/h，其中轻组分的含量为 0.40摩尔分率，泡点进料。塔顶产品流量为 100kmol/h。体系在常压下的相对挥发度为 2.6。假设精馏塔的理论塔板数为无限多，试求：当回流比为 1.0 时，塔顶、塔底产品中轻组分的含量各为多少？当回流比为 2

16、.0 时，塔顶、塔底产品中轻组分的含量各为多少？画出两种状况下的精馏段、提馏段操作线和 q 线示意图。解：由于 NT =，设 xq、yq 到达相平衡，则 R = Rmin= 1.0q = 1，xq = xf = 0.4由,NT = ，R = 2.0 时，精馏段截距：由物料衡算得：0假设正确，计算有效。R = 2.0，设此时在 xq、yq 处到达相平衡0NT = ，R = 1.0 时，精馏段截距：假设不成立，明显在 xw=0 处到达平衡，此时26） 某一精馏塔有 4 块理论板含塔釜用来分别苯甲苯混合物。进料量为 100kmol/h，其中轻组分的含量为 0.40摩尔分率，以泡点状态连续参与到第三块

17、板上从塔顶数起。塔顶产品的流量为 20kmol/h，泡点回流操作回流比 R=2.8。体系的相对挥发度为 2.47。求塔顶和塔底产品的组成。提示：用 x =0.2878 作为试差初值W设=0.2878，则解：W = FD = 80 kmol/h= 0.8488精馏线y2 = 0.7368x10.2234 = 0.73680.69440.2234 = 0.7350y3 = 0.7368x20.2234 = 0.6131kmol/hx3 = 0.3908 xf = 0.4，改用提馏线与平衡线计算提馏线= 2.0526x0.3029y4 = yw = 2.0526x30.3029 = 2.05260.

18、39080.3029 = 0.4993xw 与假设值= 0.2878 格外接近，相对误差为 0.07%，故假设正确，xD = 0.8488 xw = 0.287827） 在常压连续回收塔中分别甲醇水混合溶液。进料组成为 0.10摩尔分率，要求塔顶产品中甲醇的回收率为 0.90，塔底直接水蒸汽加热。试求：当塔板数为无穷多时，塔顶、塔底产品组成及每摩尔进料消耗的水蒸汽量；假设蒸汽用量为最小用量的两倍时，完成分别任务时所需理论板数及塔顶、塔底产品组成。常压下甲醇水体系局部汽液平衡数据列于下表：液相组成x0.0000.0600.0800.100汽相组成y0.0000.3040.3650.418解：Sm

19、in = DF = W，由 Fxf = DxDWxw 得Wxw = FxfDxD = Fxf(1h) = 0.1FxfF = Wxw = 0.1xf = 0.10.1 = 0.01NT = ，故在塔顶进料处，由 VLE 数据表得 xD = 0.418xf 与xD 达相平衡，全塔物料衡算 FxfS0 = DxDWxwFxf = SxD0.1Fxf SxD = 0.9 Fxf由上面计算可知 xw = 0.01(此值由回收率而定) FxfS0 = DxDWxwS = DFxf = SxDWxw(注：当 S = 2Smin 时，xf 与 xD 不达相平衡)斜率D点(xw，0)和点(xf，x )都在提馏

20、线上，故提馏线斜率：截距提馏线: y = 2.322x0.0233要逐板计算，必需要有a，而a由以下方法获得，由此题附表可知：y2 = 2.322x10.0233 = 0.0656y3 = 2.322x20.0233 = 0.00108x3xw = 0.01(含釜)28） 有两股丙酮A与水B的混合物分别参与塔内进展连续精馏分离。第一股进料摩尔流量为 F ，q =1，x=0.80摩尔分率，下同，在塔的11f，1上部参与；其次股进料摩尔流量为 F ，q =0，y =0.40，且 F =4F 。塔顶产品浓22f，221度 x =0.93，塔底产品浓度 x =2.610-3，塔顶承受全凝器，液体泡点回

21、流，塔DW釜间接加热，常压操作。试求 R 。当 R=2.0R，写出其次塔段的操作线方程。min常压下“丙酮水”的平衡数据如下：min温度t 液相中丙酮摩尔分率x气相中丙酮摩尔分率y温度t 液相中丙酮摩尔分率x气相中丙酮摩尔分率y1000.00.060.40.400.83992.70.010.25360.00.500.84986.50.020.42559.70.600.85975.80.050.62459.00.700.87466.50.100.75558.20.800.89863.40.150.79857.50.900.93562.10.200.81557.00.950.96361.00.300.83056.131.01.029） 常压下，用一块理论板、全凝器与塔釜组成的连续精馏塔分别某二元混合液。：进料 x =0.20，q=1，进料从塔上方参与。塔顶产品浓度fx =0.30，塔顶用全凝器，泡点回流，回流比为 3.0。易挥发组分回收率=0.85，假设平衡关系可用表示，试估算 A 值。D30） 以回收塔回收某水溶液中的易挥发组分。=2.50，进料 x =0.20摩f尔分率，下同，q=1.10，操作中把握塔底排出液浓度 x =0.002。要求馏出液W浓度为 0.36。试计算所需的理论板数。