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化工
题目

苯(1)-甲苯(2)可以作为理想体系。(a)求90℃时,与x1=0.3 的液相成平衡的汽相组成和泡点压力;(b) 90℃和101.325kPa时的平衡汽、液相组成多少? (c)对于x1=0.55和y1=0.75的平衡体系的温度和压力各是多少? (d)y1=0.3的混合物气体在101.325KPa下被冷却到100℃时,混合物的冷凝率多少?

苯(1)-甲苯(2)可以作为理想体系。(a)求90℃时,与x1=0.3 的液相成平衡的汽相组成和泡点压力;(b) 90℃和101.325kPa时的平衡汽、液相组成多少? (c)对于x1=0.55和y1=0.75的平衡体系的温度和压力各是多少? (d)y1=0.3的混合物气体在101.325KPa下被冷却到100℃时,混合物的冷凝率多少?

题目解答

答案

解:查出Antoine方程常数

ﻩ物质

A

B

C

苯(1)

6.9419

2769.42

-53.26

甲苯(2)

7.0580

3076.65

-54.65

,由Antoine方程得

(a)

同样得

由理想体系的汽液平衡关系得

(b) 由

(c)由得

ﻩ

即

ﻩ

所以

(d),由Antoine方程得

ﻩ

ﻩ

设最初混合物汽相有10mol,即苯3mol,甲苯7mol。冷凝后汽、液相分别为(10-a)和amol,则:

冷凝率:

解析

本题考查理想体系的汽液平衡关系以及Antoine方程的应用。解题思路如下:

  1. 首先根据Antoine方程求出不同物质在给定温度下的饱和蒸汽压。
  2. 对于(a),根据理想体系的汽液平衡关系,利用拉乌尔定律求出与液相成平衡的汽相组成和泡点压力。
  3. 对于(b),同样根据理想体系的汽液平衡关系,结合给定压力求出平衡汽、液相组成。
  4. 对于(c),根据已知的汽相组成和理想体系的汽液平衡关系,求出对应的液相组成和压力。
  5. 对于(d),先根据Antoine方程求出给定温度下的饱和蒸汽压,再结合给定压力求出平衡液相组成,最后根据冷凝前后的物质组成关系求出冷凝率。

下面进行详细计算:

  1. 已知Antoine方程常数,对于苯(1),$T = 90 + 273.15 = 363.15(k)$,由Antoine方程$nP_{1}^{5}=6.9419-\dfrac {2769.42}{363.15 - 53.26}=-1.995$,解得$P_{1}^{5}=136kPa$。
    对于甲苯(2),同样由Antoine方程解得$P_{2}^{5}=54.2kPa$。
  2. (a)
    根据理想体系体系的汽液平衡关系,由拉乌尔定律$P = P_{1}^{5}x_{1}+P_{2}^{5}x_{2}$,其中$x_{1}=0.3$,$x_{2}=1 - x_{1}=0.7$,则$P = 136\times 0.3 + 54.2\times 0.7 = 78.74kPa$。
    再根据$y_{1}=\dfrac{P_{1}^{5}x_{1}}{P}$,可得$y_{1}=\dfrac{136\times 0.3}{78.74}=0.52$。
  3. (b)
    已知$P = 101.325kPa$,由$P = P_{1}^{5}x_{1}+P_{2}^{5}x_{2}$,即$101.325 = 136x_{1}+54.2(1 - x_{1})$,解方程可得$x_{1}=0.576$,$x_{2}=1 - x_{1}=0.424$。
    再根据$z_{1}=\dfrac{P_{1}^{5}x_{1}}{P}$,可得$z_{1}=\dfrac{136\times 0.576}{101.325}=0.773$。
  4. (c)
    由$p_{y_{1}} = P_{1}^{5}X_{1}$,$p_{y_{2}} = P_{2}^{5}X_{2}$,且$\dfrac {y_{1}}{P_{2}^{5}}=\dfrac {y_{1}^{x_{2}}^{2}}{y_{2}^{x_{1}}^{2}}=\ln P_{1}^{5}-\ln P_{2}^{5}$,已知$y_{1}=0.75$,$y_{2}=1 - y_{1}=0.25$,$x_{1}=0.55$,$x_{2}=1 - x_{1}=0.45$,代入可得$\dfrac {0.75}{P_{2}^{5}}=\dfrac {0.75^{0.45}^{2}}{0.25^{0.55}^{2}}=\ln 136-\ln 54.2$,解得$P_{2}^{5}=66.6kPa$,$P_{1}^{5}=119.84kPa$。
    再根据$P = P_{1}^{5}X_{1}+P_{2}^{5}X_{2}$,可得$P = 119.84\times 0.55 + 66.6\times 0.45 = 119.84kPa$。
  5. (d)
    已知$T = 100 + 273.15 = 373.15(k)$,由Antoine方程可得$P_{1}^{5}=180kPa$,$P_{2}^{5}=74.1kPa$。
    由$P = P_{1}^{5}x_{1}+P_{2}^{5}x_{2}$,即$101.325 = 180x_{1}+74.1(1 - x_{1})$,解方程可得$x_{1}=0.257$,$x_{2}=1 - x_{1}=0.743$。
    再根据$l_{1}=\dfrac{P_{1}^{5}x_{1}}{P}$,可得$l_{1}=\dfrac{180\times 0.257}{101.325}=0.456$,$y_{2}=1 - l_{1}=0.544$。
    设最初混合物汽相有$10mol$,即苯$3mol$,甲苯$7mol$。冷凝后汽、液相分别为$(10 - a)$和$amol$,则$3 = a\times0.257+(10 - a)\times0.456$,解方程可得$a = 7.839mol$。
    冷凝率为$\dfrac{a}{10}=\dfrac{7.839}{10}=78.39\%$。

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