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化工原理第二版夏清，贾绍义课后习题解答

（夏清、贾绍义主编 . 化工原理第二版（下册）. 天津

大学出版）社 ,. ）

第1章蒸馏

1.已知含苯（摩尔分率）的苯 - 甲苯混合液，若外压为 99kPa，试求该溶液的饱

和温度。苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例1-1 附表。

t （℃）85 90 95 100 105

x

解：利用拉乌尔定律计算气液平衡数据

查例 1-1 附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压* * ，由

P ，P

B A

于总压

P = 99kPa ，则由 x = (P-P

* * *

可得出液相组成，这样就可以得到一B )/(P A -P B )

组绘平衡 t-x 图数据。

以 t = ℃为例x = （99-40 ） / （） =

同理得到其他温度下液相组成如下表

根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线

由图可得出当 x = 时，相应的温度为92℃

2. 正戊烷（ C5 H12）和正己烷（ C6H14）的饱和蒸汽压数据列于本题附表，试求P = 下该溶液的平衡数据。

温度 C 5H12

K C 6H14

饱和蒸汽压 (kPa)

解：根据附表数据得出相同温度下C5H12（ A）和 C6H14（B）的饱和蒸汽压

*

以 t =℃时为例，当t =℃时P B=

*

查得 P A=

得到其他温度下A?B 的饱和蒸汽压如下表t( ℃) 248 251279289

P A*(kPa)

利用拉乌尔定律计算平衡数据

平衡液相组成以℃时为例

当 t= ℃时 x = (P-P

** *

B )/(P A -P B ) =（） / （）= 1

平衡气相组成以℃为例

*

当 t= ℃时 y = P A x/P =× 1/ = 1

同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下

t( ℃ ) 279 289

x 1 0

y 1 0

根据平衡数据绘出t-x-y曲线

3.利用习题 2 的数据，计算：⑴相对挥发度；⑵在平均相对挥发度下的 x-y 数据，并与习题 2 的结果相比较。

解：①计算平均相对挥发度

理想溶液相对挥发度α = P A*/P B*计算出各温度下的相对挥发度：

t( ℃)

α- - - - - - - -

取℃和279℃时的α值做平

均

α m= （+）/2 =

②按习题 2 的x 数据计算平衡气相组成y 的值

当x = 时，

y = ×[1+ ×]=

同理得到其他 y 值列表如下

t( ℃ )

279289

α

x

1 0 y

1

③作出新的 t-x-y ' 曲线和原先的 t-x-y

曲线如图

4. 在常压下将某原料液组成为（易挥发组分的摩尔）的两组溶液分别进行简单

蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为 1/3 ，试求两种情况下的斧液和馏出液组成。假

设在操作范围内气液平衡关系可表示为

y = +

解：①简单蒸馏

由

ln(W/F)=

∫x

xF dx/(y-x)

以及气液平衡关系 y = +

得 ln(W/F)= ∫x xF dx/ = [∵汽化率 1-q = 1/3 则 q = 2/3 即 W/F = 2/3

∴ln(2/3) = [

解得

x =

代入平衡关系式

y = +

得

y =

②平衡蒸馏

由物料衡算

Fx F = Wx + Dy

D+W=F

x F = 2x/3 + y/3

将 W/F = 2/3 代入得到

代入平衡关系式得

x =

再次代入平衡关系式得 y =

5. 在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四硫化碳所组成的混合液。

已知原料液流量

F 为 4000kg/h ，组成 x F 为（二硫化碳的质量分率，下同） 。若要求釜液组成 x W 不

大于，馏出液回收率为

88％。试求馏出液的流量和组分，分别以摩尔流量和摩

尔分率表示。

解：馏出回收率= Dx D/Fx F = 88 ％得馏出液的质量流量

Dx D = Fx F 88 ％ = 4000 ×× = 1056kg/h

结合物料衡算 Fx F = Wx W + Dx D

D + W = F得x D=

馏出液的摩尔流量1056/(76× = h

以摩尔分率表示馏出液组成x D = 76)/[76)+154)]

=

6.在常压操作的连续精馏塔中分离喊甲醇与说 .6（均为摩尔分率）的溶液，试求以下各种进料状况下的 q 值。（1）进料温度 40℃；（ 2）泡点进料；（ 3）饱和蒸汽进料。

常压下甲醇 - 水溶液的平衡数据列于本题附表中。

温度 t液相中甲醇的气相中甲醇的温度t液相中甲醇的气相中甲醇的

℃摩尔分率摩尔分率℃摩尔分率摩尔分率

100

解：（ 1）进料温度 40℃

℃时，甲醇的汽化潜热r 1 = 825kJ/kg

水蒸汽的汽化潜热r 2 = kg

℃时，甲醇的比热 C V1 = (kg ·℃ )

水蒸汽的比热 C V2 = (kg ·℃ )

查附表给出数据当x A=时，平衡温度t =℃

∴ 40℃进料为冷液体进料

即将 1mol 进料变成饱和蒸汽所需热量包括两部分

一部分是将 40℃冷液体变成饱和液体的热量 Q1，二是将℃饱和液体变成气体所需要的汽化潜热 Q2，即 q = （Q1+Q2）/ Q 2 = 1 + （Q1/Q2）

Q 1 =×32××（）= kg

Q 2 = 825×× 32 +×× 18 = kJ/kg

∴q = 1 + （Q1/Q2）=

（ 2）泡点进料

泡点进料即为饱和液体进料∴q = 1

（ 3）饱和蒸汽进料q = 0

7.对习题 6 中的溶液，若原料液流量为 100kmol/h ，馏出液组成为，釜液组成为（以上均为易挥发组分的摩尔分率），回流比为，试求产品的流量，精馏段的下降液体流量和提馏段的上升蒸汽流量。假设塔内气液相均为恒摩尔流。

解：①产品的流量

由物料衡算Fx F = Wx W + Dx D

D+W=F代入数据得

W = kmol/h

∴产品流量 D = 100–= kmol/h

②精馏段的下降液体流量L

L = DR =× = kmol/h

③提馏段的上升蒸汽流量V'

40 ℃进料 q =

V = V'+ （1-q ）F = D （1+R）= kmol/h

∴ V ' = kmol/h