化工原理王曉紅版習(xí)題答案

第 第 3 早1?計(jì)算甲醇在30C的水中的擴(kuò)散系數(shù)解：擴(kuò)散系數(shù)Das7.410解：擴(kuò)散系數(shù)Das7.4108iaMs2TsV0.6A22S80.0710mPas，其中水的締合參數(shù)為a=1.9,水的分子量Ms=18g/mol,T=303K,甲醇在正常沸點(diǎn)下的摩爾體積VA=25.8cm3/mol。所以甲醇在30E的水中的擴(kuò)散系數(shù)為2.37X10-5m2/s2.正庚烷（A）和正辛烷（B）所組成的混合液，在388K時(shí)沸騰，外界壓力為101.3kPa,根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定，在該溫度條件下的pA160kPa,pB74.8kPa，試求相平衡時(shí)氣、液相中正庚烷的組成。（原題8）解：XaP0pB0101?374.80.311pA pB 16074.83?苯酚（A）和對(duì)甲苯酚（B）的飽和蒸氣壓數(shù)據(jù)如下:溫度t/c苯酚蒸氣壓pA/kPa對(duì)甲苯酚蒸氣壓pB/kPa溫度t/c苯酚蒸氣壓pA/kPa對(duì)甲苯酚蒸氣壓pB/kPa113.710.07.70117.811.999.06114.610.47.94118.612.439.39115.410.88.20119.412.859.70116.311.198.50120.013.2610.0117.011.588.76試按總壓P=75mmHg（絕壓）計(jì)算該物系的t-x-y相平衡數(shù)據(jù)并畫出相圖，該物系為理想物系。解：計(jì)算結(jié)果PaPbxy113.7107.711114.610.47.940.8373980.870894115.410.88.20.6923080.747692116.311.198.50.5576210.62397811711.588.760.4397160.509191117.811.999.060.3208190.384662118.612.439.390.2006580.249418119.412.859.70.0952380.12238112013.261000繪圖4?將含苯摩爾分?jǐn)?shù)為0.5,甲苯摩爾分?jǐn)?shù)為0.5的溶液加以汽化，汽化率為1/3,已知物系的相對(duì)揮發(fā)度為2.47,試計(jì)算：（1） 作簡(jiǎn)單蒸餾時(shí)，氣相與液相產(chǎn)物的組成；（2） 作平衡蒸餾時(shí)，氣相與液相產(chǎn)物的組成；解：（1）作簡(jiǎn)單蒸餾時(shí)，設(shè)液相產(chǎn)物的組成為X2通過(guò)試差法，可以求得x2=0.4117。再通過(guò)物料衡算，可以得到y(tǒng)W[再通過(guò)物料衡算，可以得到y(tǒng)W[X! W2WiX2W210.5-20.4117聳 0.67661-3（2）作平衡蒸餾時(shí)，殘液率q物料橫算式為y話XXf物料橫算式為y話XXfq12x1.5相平衡方程為：y1 -1X2.47x1 1.47x聯(lián)立上述兩個(gè)方程，可以得到x=0.426，y=0.648。5?每小時(shí)將15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液，在連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分離。操作壓力為101.3kPa，要求餾出液能回收原料中的97.1%的苯，釜液中含苯不高于2%（以上均為質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）。求餾出液和釜液的摩爾流率及摩爾組成。（原題10）解：根據(jù)質(zhì)量衡算與回收率的定義:所以W'0.029F'f所以W'0.029F'fW0.。29150000.40.028700kg/h所以D'F'W'所以D'F'W'1500 8700kg/h6300kg/h所以D0.971F'F所以D0.971F'FD'0.971150000.463000.9248所以摩爾流率為6?在一連續(xù)精餾塔中分離某二元理想混合液。原料液流量為100kmol/h,濃度為0.4（摩爾分率，下同）。要求塔頂產(chǎn)品濃度為0.9,塔釜濃度為0.1。試求：（1）餾出液與釜?dú)堃旱牧髁?；?）若每小時(shí)從塔頂采出50kmol餾出液，工藝要求應(yīng)作何改變？（原題11）解：根據(jù)FDW解：根據(jù)FDWFxf Dxd^Wxw如果每小時(shí)從塔頂采出50kmol餾出液，則由FxfDxdWxw得1000.4 50xD50xW即0.8Xdxw由于，Xd0所以Xw0.87?某液體混合物易揮發(fā)性組分含量為 0.6，在泡點(diǎn)狀態(tài)下連續(xù)送入精餾塔，加料量為100kmolh1，易揮發(fā)性組分的回收率為 99%，釜液易揮發(fā)性組分含量為0.05,回流比為3，以上均為摩爾分?jǐn)?shù)。試求：（1）塔頂產(chǎn)品與塔底產(chǎn)品的摩爾流率；（2）精餾段和提餾段內(nèi)上升蒸汽及下降液體的摩爾流率；（3）精餾段和提餾段的操作線方程。解：（1）根據(jù)題意 dXd0.99，所以Wxw1 10.990.01Fxf Fxf所以(2)LRD388kmol/h264kmol/h（3）精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：yL'（3）精餾段操作線方程：提餾段操作線方程：yL'L'W^V>wL'W—x直0.75x31 31364 120.05x36412 364120.1691.034x0.00178?采用常壓連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯混合物。原料中含苯0.44（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），進(jìn)料為氣液混合物，其中蒸汽與液體量的摩爾比為1:2。已知操作條件下物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5,操作回流比為最小回流比的1.5倍。塔頂采用全凝器冷凝，泡點(diǎn)回流，塔頂產(chǎn)品液中含苯0.96。試求：（1）操作回流比；（2）精餾段操作線方程；（3）塔頂?shù)诙永碚摪宓钠合嘟M成。解：⑴根據(jù)題意q=2/3，故進(jìn)料線方程:相平衡線方程:ax 2.5x相平衡線方程:ax 2.5xa-x1 2.5-1x2.5x11.5x聯(lián)立上述兩式，可以求得xq=0.365，yq=0.59則最小回流比：操作回流比：R=1.5Rmin=1.5X1.644=2.466⑵精餾段操作線方程:⑶塔頂?shù)诙永碚摪宓臍庖合嘟M成

yi2.5X!1 1.5Xyi2.5X!1 1.5X1xd0.96得到X1=0.9057y22.5x21 1.5x20.9214，得到X2=0.82429.用一精餾塔分離苯-甲苯溶液，進(jìn)料為氣液混合物，氣相占50%（摩爾分?jǐn)?shù)），進(jìn)料混合物中苯的摩爾分率為0.60,苯與甲苯的相對(duì)揮發(fā)度為2.5,現(xiàn)要求塔頂、塔底產(chǎn)品組成分別為0.95和0.05（摩爾分率），回流比取最小回流比的1.59.試求：（1）塔頂塔底產(chǎn)品分別為進(jìn)料量的多少倍？（2）塔頂?shù)谝焕碚摪迳仙恼魵饨M成為多少？解：（1）對(duì)全塔做總物料衡算以及對(duì)全塔做組分A的物料衡算，可以得到:其中，Xf0.60，Xd0.95,xw0.05所以DFXF XWXD XWF0.6 0.050.950.050.611F（2其中，Xf0.60，Xd0.95,xw0.05所以DFXF XWXD XWF0.6 0.050.950.050.611F（2）氣液平衡方程為:2.5x2.51x2.5x1 1.5x進(jìn)料線方程為：yXFq10.5X0.510.60.51X1.2聯(lián)立上述方程，得Xeye04920.708，故進(jìn)料線與相平衡線的交點(diǎn)為（O.492?08）。最小回流比：RminXdyeyeXe°95°.708 1.120.7080.492所以回流比為：R「5Rmin1.51.12 1.68分凝器相當(dāng)于一塊理論板，設(shè)離開(kāi)分凝器的液相組成為X0：則Xd則Xd y°1X 2.5x°1X) 1 2.51x00.95可以得到x0 0.884精餾段的操作線方程為：所以，塔頂?shù)谝粔K理論板上的蒸汽組成為：10?如圖所示，常壓連續(xù)精餾塔具有一層實(shí)際塔板及一臺(tái)蒸餾釜，原料預(yù)熱到泡點(diǎn)由塔頂加入，進(jìn)料組成Xf0.20（易揮發(fā)性組分的摩爾分率，下同）。塔頂上升蒸汽經(jīng)全凝器全部冷凝后作為產(chǎn)品，已知塔頂餾出液的組成為 0.28,塔頂易揮發(fā)性組分的回收率為80%。系統(tǒng)的相對(duì)揮發(fā)度為2.5。試求釜液組成及塔板的默弗里板效率。解：（1）對(duì)全塔做總物料衡算以及對(duì)全塔做組分 A的物料衡算，可以得到：其中，Xf0.2，Xd0.28，TOC\o"1-5"\h\z由于塔頂易揮發(fā)組分的回收率為80%，所以， 0.8FXf可定義得到D0.8乞0.8竺0.571F xD 0.28所以，W1— 10.571 0.429FF由于D2D0.8，所以 1D2D10.8 0.2FxF FxF FxF所以Xw0.2 - 0.2 0.0932W 0.429F（2）由于蒸餾釜可以視為一層理論板，所以離開(kāi)該釜的氣液兩相呈平衡狀態(tài)，即:對(duì)塔板做易揮發(fā)組分的物料衡算，塔板上下可以視為恒摩爾流，可得或Dy