(18)--第6章习题解答化工原理绪论化工原理.doc

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1、第六章 习题1） 苯酚（C6H5OH）（A）和对甲酚（C6H4（CH3）OH）（B）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 kPa113.710.07.70117.811.999.06114.610.47.94118.612.439.39115.410.88.2119.412.859.70116.311.198.5120.013.2610.0117.011.588.76试按总压P=75mmHg（绝压）计算该物系的“txy”数据。此物系为理想物系。 t0C pA0kPapB0kPa xA xB113.710.07.701.01.011

2、4.610.47.940.8370.871115.410.88.20.6920.748116.311.198.50.5580.624117.011.588.760.4400.509117.811.999.060.3210.385118.612.439.390.2010.249119.412.859.700.09520.122120.013.2610.00.0000.0002）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i，取各i的算术平均值，算出对i的最大相对误差。以平均作为常数代入平衡方程式算出各点的“yxi”关系，算出由此法得出各组yi值的最大相对误差。 t0C 11

3、3.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.01.2991.3101.3171.3161.3221.3231.3241.3251.326 t0C113.7114.6115.4116.3117.0117.8118.6119.4120.0xi1.00.8370.6920.5580.4400.3210.2010.09520yi1.00.8710.7480.6250.5090.3840.2490.1220 最大误差=3）已知乙苯（A）与苯乙烯（B）的饱和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

4、B的沸点各为多少？在上述总压和65时，该物系可视为理想物系。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）混合液可作为理想溶液，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。若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。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）。若维持压

5、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组分均服从拉乌尔定律。已知95时，。 设XA0.380.3780.3770.376算得的XA0.3240.3520.3630.373 7）常压下将含苯（A）60%，甲苯（B）40%（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。若改用简单蒸馏，令残液浓度与闪蒸的液相浓度相同，问：馏出物中苯的平均浓度为多少？提示：若原料液、平衡液、汽相中A的摩尔分率分别以xf、x、y表示，则存在如下关系：。 8）某二元物系，原

6、料液浓度xf=0.42，连续精馏分离得塔顶产品浓度xD=0.95。已知塔顶产品中易挥发组分回收率=0.92，求塔底产品浓度xw。以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，经连续精馏塔分离，塔顶产品浓度xD=0.96， 塔底产品浓度xw=0.025（均为易挥发组分的摩尔分率），设满足恒摩尔流假设。试计算塔顶产品的采出率D/F。若回流比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0.24，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行分离。进料量为14.5kmol/h，塔顶产品浓度xD=0.95，塔底产

7、品浓度xw=0.03。若回流比R=2.8，泡点回流，提馏段L/V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离苯和甲苯混合液。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。试求以下各种情况下的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部分汽液平衡数据如下：温度t，110.6102.298.695.2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/7

8、8kg/mol)= 889222862 = 31754 kJ/mol由附表可知 xf = 0.30时，液体的泡点为98.6，则平均温度= 334.95 K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。12）已知某精馏塔操作以饱和蒸汽进料，操作线方程分别如下：精馏线提馏线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。 解：由精馏线得：，R = 2.500由提馏线得：，xD = 0.94990.950提馏

9、线斜率，得 F = 1.5D提馏线截距，得 xW = 0.04由 FxF = DxDWxW 得：= 0.64713）用一连续精馏塔分离甲醇和水的混合物，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)xW kmol/hV = F = 100 kmol/hVLFxDxf q=0xw由 V = (R+1)D 得 塔顶全凝器蒸汽冷凝量 V = 100 kmol/h14）以连续精馏分离正庚烷（A）与正辛烷

10、（B）。已知相对挥发度=2.16，原料液浓度Zf=0.35（正庚烷的摩尔分率，下同），塔顶产品浓度xD=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。 15）承第14题，按最佳加料板位置加料，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块塔板的液体浓度x2。 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

11、分离“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：根据教材附录数据作“y-x”图 19）已知塔顶、塔底产品及进料组成中苯的摩尔分率分别为：xD=0.98，xW=0.05，xF=0.60，泡点进料和回流，取回流比为最小回流比的1.5倍，体系的相对挥发度为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 =

12、 1.55查吉利兰图得：由芬斯克方程得：则 N = 14.3，取 NT = 1520）用一连续精馏塔分离甲醇和水的混合物。已知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。用作图法求完成分离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。 解：甲醇回收率由教材附录查得CH3OHH2O的VLE数据，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

13、交点得提馏线，作图得理论板数NT = 7块，加料位置为第5块理论板。 kmol/hq = 10 = ,故 kmol/h21）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，不易求准梯级数的情况。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xN所需理论板数N的数学解析式。 22）在某二元混合物连续、基本型精馏操作的基础上，若进料组成及流量不变，总理论板数及加料板位置不变，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不变的情况下xD、xW和塔釜蒸发量的变化趋势。只需定性分析。 23）以连续精馏塔分离某二元混合物。塔顶采用

14、全凝器。已知：xD=0.90，D=0.02kmol/s，回流比R=2.5，在操作中回流液有一定程度过冷。已知回流液体泡点为83，汽化潜热r=3.2104kJ/kmol，该液体比热CP=140kJ/(kmol)，但回流液温度为75。试求精馏段操作线方程。解： 24）以连续精馏塔分离某二元混合物。进料xf=0.50（摩尔分率，下同），q=1，塔顶产品D=50kmol/h，xD=0.95，塔顶馏出液中易挥发组分回收率=0.96。塔顶采用一个分凝器及一个全凝器。分凝器液体泡点回流。已知回流液浓度x0=0.88，离开第一块塔板的液相浓度x1=0.79。塔底间接蒸汽加热。塔板皆为理论板，相对挥发度为常数。

15、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离某两组分混合液，已知进料量为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。若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2.0时，塔顶、塔底产品中轻组分的含量各为多少？画出两种情况下的精馏段、提馏段操作线和q线示意图。解：由于NT = ，设xq、yq达到相平衡，则R = Rmin= 1.0q = 1，xq = xf = 0.4由,由物料衡算得：

16、0假设正确，计算有效。R = 2.0，设此时在xq、yq处达到相平衡0假设不成立，显然在xw=0处达到平衡，此时NT = ，R = 1.0时，精馏段截距：NT = ，R = 2.0时，精馏段截距：y0.267xw=0xf=0.4xD=0.8xNT=，R=2.0y0.371xq,yqxw=0.058,xf=0.4xD=0.742xNT=，R=1.0 26）某一精馏塔有4块理论板（含塔釜）用来分离苯甲苯混合物。进料量为100kmol/h，其中轻组分的含量为0.40（摩尔分率），以泡点状态连续加入到第三块板上（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。已知体系的相

17、对挥发度为2.47。求塔顶和塔底产品的组成。（提示：用xW=0.2878作为试差初值）解：W = FD = 80 kmol/h设=0.2878，则 = 0.8488精馏线y2 = 0.7368x10.2234 = 0.73680.69440.2234 = 0.7350y3 = 0.7368x20.2234 = 0.6131x3 = 0.3908 xf = 0.4，改用提馏线与平衡线计算 kmol/h提馏线= 2.0526x0.3029y4 = yw = 2.0526x30.3029 = 2.05260.39080.3029 = 0.4993xD123Fxfx4=xwy4=ywy1y2y3x1x

18、2x3xw与假设值= 0.2878非常接近，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离甲醇水混合溶液。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；若蒸汽用量为最小用量的两倍时，完成分离任务时所需理论板数及塔顶、塔底产品组成。常压下甲醇水体系部分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：Smin = D F = W，由Fxf =

19、 DxDWxw 得Wxw = FxfDxD = Fxf(1h) = 0.1FxfF = Wxw = 0.1xf = 0.10.1 = 0.01NT = ，故在塔顶进料处，xf 与xD达相平衡，D，xD123F，xfxw，Wy1y2y3x1x2x3S由VLE数据表得 xD = 0.418全塔物料衡算FxfS0 = DxDWxwFxf = SxD0.1FxfSxD = 0.9 Fxf由上面计算可知xw = 0.01(此值由回收率而定)FxfS0 = DxDWxw S = DFxf = SxD WxwSmin2Sminxwxf xDxD(注：当S = 2Smin时，xf与xD不达相平衡)斜率点(xw

20、，0)和点(xf，xD)都在提馏线上，故提馏线斜率：截距提馏线: y = 2.322x0.0233要逐板计算，必须要有a，而a由下列方法获得，由本题附表可知：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）的混合物分别加入塔内进行连续精馏分离。第一股进料摩尔流量为F1，q1=1，xf，1=0.80（摩尔分率，下同），在塔的上部加入；第二股进料摩尔流量为F2，q2=0，yf，2=0.40，且F2=4F1。塔顶产品浓度xD=0.93，塔底产品浓度xW=2.610-3，塔顶采用

21、全凝器，液体泡点回流，塔釜间接加热，常压操作。试求Rmin。当R=2.0Rmin，写出第二塔段的操作线方程。常压下“丙酮水”的平衡数据如下：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 y10092.786.575.866.563.462.161.00.00.010.020.050.100.150.200.300.00.2530.4250.6240.7550.7980.8150.83060.460.059.759.058.257.557.056.130.400.500.600.700.800.900.951.00.8390.8490.8590.8740.8980.9350.9631.029）常压下，用一块理论板、全凝器与塔釜组成的连续精馏塔分离某二元混合液。已知：进料xf=0.20，q=1，进料从塔上方加入。塔顶产品浓度xD=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，若平衡关系可用表示，试估算A值。 30）以回收塔回收某水溶液中的易挥发组分。=2.50，进料xf=0.20（摩尔分率，下同），q=1.10，操作中控制塔底排出液浓度xW=0.002。要求馏出液浓度为0.36。试计算所需的理论板数。