化工原理(第四版)习题解--第六章--蒸馏

86第六章蒸馏相平衡【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。温度/℃苯饱和蒸气压()/BpkPa甲苯饱和蒸气压()/BpkPa温度/℃苯饱和蒸气压()/BpkPa甲苯饱和蒸气压()/BpkPa80.184889296101.33113.59127.59143.72160.5238.844.4050.6057.6065.55100104108110.6179.19199.32221.19234.6074.5383.3393.93101.33根据上表数据绘制总压为101.33kPa时苯一甲苯溶液的-tyx图及yx图。此溶液服从拉乌尔定律。解计算式为,0000BAABpppxyxppp计算结果见下表苯-甲苯溶液的txy计算数据温度()/t℃000BABppxpp0Apyxp80.184889296100104108110.61.0.....10133444082311359444.....10133506065912759506.....10133576050814372576.....1013365660376160526566.....1013374530256179197453.....1013383330155199328333.....101339393005822119939301.0....113590823092310133....127590659083010133....143720508072110133....160520376059610133....179190256045310133....199320155030510133....2211900580127101330苯-甲苯溶液的tyx图及yx图，如习题6-1附图1与习题6-1附图2所示。87习题6-1附图1苯-甲苯t-y-x图习题6-1附图2苯-甲苯y-x图【6-2】在总压.101325kPa下，正庚烷-正辛烷的汽液平衡数据如下。温度/℃液相中正庚烷的摩尔分数()x汽相中正庚烷的摩尔分数()y温度/℃液相中正庚烷的摩尔分数()x汽相中正庚烷的摩尔分数()y98.41051101.00.6560.4871.00.810.673115120125.60.3110.15700.4910.2800试求：(1)在总压.101325kPa下，溶液中正庚烷为0.35（摩尔分数）时的泡点及平衡汽相的瞬间组成；(2)在总压.101325kPa下，组成.035x的溶液，加热到117℃，处于什么状态？溶液加热到什么温度，全部汽化为饱和蒸气？解用汽液相平衡数据绘制tyx图。(1)从tyx图上可知，.035x时的泡点为113.8℃，平衡汽相的瞬间组成.053y。(2).035x的溶液，加热到117℃时为气液混合物，液相组成.024x，汽相组成.040y。.035x的溶液加热到118℃时，全部汽化为饱和蒸气。88习题6-2附图正庚烷-正辛烷t-y-x图【6-3】甲醇(A)-丙醇(B)物系的汽液平衡服从拉乌尔定律。(1)试求温度80℃t、液相组成.05x（摩尔分数）时的汽相平衡组成与总压。(2)试求总压为.10133kPa、液相组成.04x（摩尔分数）时的汽液相平衡温度与汽相组成。(3)试求液相组成.06x、汽相组成.084y时的平衡温度与总压。组成均为摩尔分数。用Antoine方程计算饱和蒸气压(kPa)甲醇.lg..15749971973623886Apt丙醇.lg.137514674414193Bpt式中t为温度，℃。解(1) 80℃t)时，..1811，5093ABpkPapkPaBABppxpp总压 ....18115093055093116ABBpppxpkPa汽相组成...1811050781116Apxyp(2)已知..10133，04，求、pkPaxxy.10133pkPa时，甲醇沸点为64.7℃，丙醇沸点为97.2℃，所求汽液相平衡温度必在64.7℃与97.2℃之间。假设75℃t计算.1511，41ABpkPapkPa液相组成....1013341054804151141BABppxpp计算的x值大于已知的x值，故所假设的温度t偏小，重新假设大一点的t进行计算。将3次假设的t与计算的x值列于下表，并在习题6-3附图1上绘成一条曲线，可知.04x时的平衡温度89.795℃t。习题6-3附表计算次数第一次第二次第三次假设/t℃758085x0.5480.3870.252习题6-3附图1.795℃t时，.1779ApkPa汽相组成.. ..177904=070210133Apxyp(3)已知..06，084，求，xytp计算().(.) .().(.)1084106351061084ABpyxxyp待求的温度t，就是/.35ABpp时的温度，用试差法计算。假设..80℃，1811，5093ABtpkPapkPa...181135565093ABpp，大于3.5温度t越小，则/ABPp就越大，故所假设的t偏小。假设..85℃，2159，6275ABtpkPapkPa...21593446275ABpp用比例内插法求/.=35ABpp时的温度t... ...803535560056=858034435560116t...0056808580824℃0116t90在此温度下，..1972，5635ABpkPapkPa，则./..1972355635ABpp故.824℃t为待求的温度总压....1972061409084ApxpkPay【6-4】甲醇(A)-乙醇(B)溶液（可视为理想溶液）在温度20℃下达到汽液平衡，若液相中甲醇和乙醇各为l00g，试计算汽相中甲醇与乙醇的分压以及总压，并计算汽相组成。已知20℃时甲醇的饱和蒸气压为11.83kPa，乙醇为5.93kPa。解甲醇和乙醇的摩尔质量分别为32和46。甲醇为易挥发组成，液相组成为///100320．591003210046x摩尔分数甲醇分压..11830．59698AAppxkPa乙醇分压..1=59310．59=243BBppxkPa总压 ...698243941ABpppkPa汽相组成...6980742941y【6-5】总压为120kPa，正戊烷(A)与正己烷(B)汽相混合物的组成为0.6（摩尔分数），冷却冷凝到55℃，汽液相呈平衡状态。试求液相量与汽相量之比值（摩尔比）。此物系为理想物系。55℃下纯组务的饱和蒸气压分别为..18518，6444ABpkPapkPa。解液相组成...12064440．46185186444BABppxpp汽相组成...18518046=071120Apxyp液相量L与汽相量V之比值.....07106078606046ssyxLVxx（摩尔比）【6-6】利用习题6-1的苯一甲苯饱和蒸气压数据，(1)计算平均相对挥发度；(2)写出汽液相平衡方程；(3)计算yx的系列相平衡数据，并与习题6-1作比较。解(1)80.1℃时...110133261388ABpp110.6℃时...2234623210133从计算结果可知，温度高，相对挥发度小。平均...12261232246(2)汽液相平衡方程91.().246111146xxyxx(3)计算yx平衡数据，与习题6-1的计算结果接近。/t℃80.184889296100104108110.6x10.8230.6590.5080.3760.2560.1550.0580y10.920.8260.7180.5970.4580.3110.1310【6-7】甲醇和丙醇在80℃时的饱和蒸气压分别为181.lkPa和50.93kPa。甲醇一丙醇溶液为理想溶液。试求：(1)80℃时甲醇与丙醇的相对挥发度；(2)在80℃下汽液两相平衡时的液相组成为0.5，试求汽相组成；(3)计算此时的汽相总压。解(1)甲醇和丙醇在80℃时的相对挥发度...181135565093ABpp(2).05x...()(.).35560507811113556105xyx(3)总压...181105==1160781ApxpkPay物料衡算及恒摩尔流量假设【6-8】由正庚烷与正辛烷组成的溶液在常压连续精馏塔内进行分离。原料的流量为5000kg/h，其中正庚烷的质量分数为0.3。要求馏出液中能回收原料中88%的正庚烷，釜液中正庚烷的质量分数不超过0.05。试求馏出液与釜液的摩尔流量，及馏出液中正庚烷的摩尔分数。解先将质量流量换算为摩尔流量，质量分数换算为摩尔分数，再作物料衡算。正庚烷()716CH的摩尔质量/100AMkgkmol，正辛烷()818CH的摩尔质量/114BMkgkmol。....0310003280307100114Fx....00510000566005095100114Wx原料的平均摩尔质量为.../1000328114103281094kgkmol92原料的摩尔流量..5000457／1094Fkmolh将已知数.0328Fx（摩尔分数）、.00566Wx（摩尔分数）及./457Fkmolh，代入馏出液采出率计算式FWDWxxDFxx....03280056645700566DDx1并代入馏出液中正庚烷的回收率表达式.088DFDxFx...0884570328DDx2由式(1)与式(2)求得馏出液流量./139Dkmolh，馏出液中正庚烷的摩尔分数.0948DX。釜液流量.../457139318WFDkmolh【6-9】在压力为.101325kPa的连续操作的精馏塔中分离含甲醇30%（摩尔分数）的甲醇水溶液。要求馏出液组成为0.98，釜液组成为0.01，均为摩尔分数。试求：(1)甲醇的回收率。(2)进料的泡点。解操作压力..101325，03FpkPax摩尔分数(1)甲醇回收率A计算.....0．3001029098001097FWDWxxDFxx.....02909809766097030DAFDxFx(2)进料的泡点计算在.101325pkPa下甲醇的沸点为64.7℃，水的沸息为100℃，进料的泡点必在.647℃与100℃之间。假设70℃t，计算..12531，3117ABpkPapkPa液相组成.....1013253117=0．74503125313117BABppxpp计算的x值大于已知的x值，故所假设的温度t偏小，再假设大些的t，重新计算。将3次假设的t与计算的x值列于下表，并在习题6-9附图中绘成一条曲线，可知.03x时的泡点为84℃t。习题6-9附表计算次数第一次第二次第三次假设/t℃708085x0.7450.4040.275【6-10】在一连续操作的精馏塔中分离苯一甲苯混合液，原料液中苯的组成为0.28（摩尔分数）。馏出液组成为0.98（摩尔分数），釜液组成为0.03（摩尔分数）。精馏段上升蒸气的流量/1000Vkmolh，从塔顶进入全凝器，冷凝为泡点液体，一部分以回流液L进入塔顶，剩余部分作为馏出液D采出。若回流比.=15LRD，试回答下列问题：(1)计算馏出液流量D与精馏段下降液体流量L；(2)计算进料量F及塔釜釜液采出量W；(3)若进料为饱和液体，计算提馏段下降液体93流量L'与上升蒸气流量'V；(4)若从塔顶进入全凝器的蒸气温度为82℃，试求塔顶的操作压力。苯与甲苯的饱和蒸气压用A