化工原理王晓红版习题答案第三章

1、第3章1计算甲醇在30的水中的扩散系数。解：扩散系数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30的水中的扩散系数为2.3710-5m2/s。2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，试求相平衡时气、液相中正庚烷的组成。（原题 8）解：3苯酚（A）和对甲苯酚（B）的饱和蒸气压数据如下：温度t/苯酚蒸气压/ kPa对甲苯酚蒸气压/ kPa温度t/苯酚蒸气压/ kPa对甲苯酚蒸气压/ kPa113.7114.6115.4

2、116.3117.010.010.410.811.1911.587.707.948.208.508.76117.8118.6119.4120.011.9912.4312.8513.269.069.399.7010.0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tPaPbxy113.7107.711114.610.47.940.8373980.870894115.410.88.20.6923080.747692116.311.198.50.5576210.62397811711.588.760.4397160.509191117.81

3、1.999.060.3208190.384662118.612.439.390.2006580.249418119.412.859.70.0952380.12238112013.261000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（2）作平衡蒸馏时，残液率物料横算式为相平衡方程为：联立上述两个方程，可以得到x=0.426

4、，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：所以所以所以所以摩尔流率为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：根据如果每小时从塔顶

5、采出50kmol馏出液，则由得即由于，所以7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100，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，所以所以（2） (3)精馏段操作线方程：提馏段操作线方程：8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

6、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：根据题意=2/3，故进料线方程：相平衡线方程：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=1.51.644=2.466精馏段操作线方程：塔顶第二层理论板的气液相组成由得到x1=0.9057由，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

7、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1.5倍。塔顶分凝器所得的冷凝液全部回流，未冷凝的蒸气经过冷凝冷却后作为产品。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，所以（2）气液平衡方程为：进料线方程为：联立上述方程，得，故进料线与相平衡线的交点为（0.492, 0.708）。最小回流比：所以回流比为：分凝器相当于一块理论板，设离开分凝器的液相组成为x0：则可以得到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（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。xWxDxF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，由于塔顶易挥发组分的回收率为80%，所以，可定义得到所以，由于，所以所以（2）