用一常压操作的连续精馏塔，分离含苯为0.doc

阶段测试三答案一、选择题（每题1分，共15分） 1、精馏操作时，增大回流比，其他操作条件不变，则精馏段液气比( A ),馏出液组成xD( A ),釜残液组成xW( D )。 A.增加； B.不变； C.不确定； D.减小 2、精馏塔的设计中，若进料热状态由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体进料，其他条件维持不变，则所需理论板数N( A ),L( B ),V( B),L( C ),V( C )。 A.减小； B.不变； C.增加； D.不确定3、精馏塔设计中，增大操作压强，则相对挥发度（ C ），塔顶温度（ A ），塔釜温度（ A ）。 A.增大； B.不变； C.减小； D.不确定4、完成某分离任务需理论板数为N=7（包括再沸器），若ET=50%，则塔内需实际板数为（ C ）。 A.14层； B.10层； C.12层； D.无法确定5、精馏操作时，若F, xF,q,R均不变，而将塔顶产品量D增大，则L( A ),V( A )。A.增大； B.不变； C.减小； D.不确定6、分离某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6,要求馏出液组成不小于0.9，则塔顶最大产量为（ B ）。A.60kmol/h; B.66.7 kmol/h C.90 kmol/h D.不能确定二、 填空题（每空1分，共20分） 1、单位加热蒸汽消耗量是指 蒸发1kg水分消耗的加热蒸汽量； 2、蒸发操作中的温度差损失的原因有：（1） 因溶液蒸气压下降而引起 ；（2） 因液柱静压强而引起 ；（3） 因流体阻力而引起 。 3、蒸发器生产能力是指 单位时间从溶液中蒸发的水分蒸发量 ； 4、对于不同的进料热状态，和的关系为： （1）冷液进料，xq_ _XF, yq_ _xF ;（2）饱和液体进料，xq_ = _XF, yq_ _xF ;（3）气液混合物进料，xq_ _xF ;（4）饱和蒸气进料，xq_ XF, yq_ = _xF ;（5）过热蒸气进料，xq_ _XF, yq_ _xF ;5、在精馏过程中，增大操作压强，则物系的相对挥发度 下降 ，塔顶温度 升高 ，塔釜温度 升高 ，对分离过程 不利 。6、蒸馏分离的依据是 各组分相对挥发度的差异 。三、回答下列问题（每题5分，共25分）1、何谓精馏原理？工业上如何实现？答：精馏是利用组分间挥发度的差异，同时进行多次部分汽化和部分冷凝的过程，达到多组分的分离。工业上精馏操作的主要设备是精馏塔。 工业上多次部分汽化和部分冷凝的过程是在精馏塔的各层塔板上实现的。在精馏板上，上升的气体穿过流过精馏板的液体，进行传质，使易挥发组分更加集中在新产生的气相中，难挥发组分更加集中在新产生的液相中，多次重复这个过程，是各个组分分离开来。 在工业上，精馏操作除了包括若干塔板的分离过程外，塔顶上必需的回流液，与塔底必需的上升蒸汽，以保证每个塔板进行有效的分离过程。通常原料液从塔的适当位置进入塔内，与塔内气、液流混合。2、什么是理论板？在精馏计算中有何作用？答：蒸馏过程本质上是气液两相传质过程，在塔板上发生的传递现象是很复杂的，即两相的传热及传质速率不仅决定于物系的性质与操作条件，而且还与塔板类型及结构有关，因此很难用简单的数学方法描述。为避免上述难题，工程计算中引入理论板的概念。所谓理论板是气液两相皆充分混合且无传递过程阻力的理想塔板。气液两相在理论板上进行接触的结果，将使离开该板的两相在热、质传递两方面都达到平衡状态，即两相温度相等，组成互成平衡，符合平衡关系。 由于引入理论板的概念，可将复杂的精馏计算段和提留段计算简化，通常分为两步解决。首先根据分离任务，确定理论板数；然后根据分离任务的难易，选择适宜的塔板类型和操作条件，并确定塔板效率和实际板数。此外理论板是一种假设，它可用做衡量实际塔板分离效率的依据和标准，以分析精馏操作问题。3、蒸发操作有何特点？答：（1）有相变化的恒温传热； （2）溶液沸点升高； （3）物料由许多特殊性质 （4）节能与利用废热能是与蒸发密切相关的经济问题4、什么是液泛？液漏？出现这种现象对精馏过程有何影响？答：液泛是指气液两相之一的流量增大时，致使降液管内液体不能顺利下流，管内液位升高到塔板上溢流堰的顶部，于是两板间的液体相连通，导致塔内积液，这种现象叫液泛。液漏：当气流速度降低时，气体通过小孔的动压头可能不足以阻止板上液体经孔道下降，这种现象叫液漏。出现上述两种现象均使塔操作偏离平衡，分离效果下降。5、什么是塔板负荷性能图？对精馏塔设计和操作有何指导意义？答。在一个直角坐标系中，横坐标为液流量，纵坐标为气流量，在坐标系中有五条线组成，其五条线为：（1）漏液线；（2）雾沫夹带线；（3）液相负荷下限线；（4）液相负荷上限线（5）液泛线上述五条线所包围的区域，即使塔适宜操作范围。对精馏操作具有指导意义。四、计算题1、用一常压操作的连续精馏塔，分离含苯为0.44（摩尔分率，以下同）的苯甲苯混合液，要求塔顶产品中含苯不低于0.975，塔底产品中含苯不高于0.0235。操作回流比为3.5。试用图解法求以下两种进料情况时的理论板层数及加料板位置。 （1）原料液为20的冷液体。（2）原料为液化率等于1/3的气液混合物。已知数据如下：操作条件下苯的汽化热为389kJ/kg；甲苯的汽化热为360kJ/kg。苯甲苯混合液的气液平衡数据及t-x-y图见例5-1和图5-1。解：（1）温度为20的冷液进料利用平衡数据，在直角坐标图上绘平衡曲线及对角线，如本例附图1所示。在图上定出点a（xD，xD）、点e（xF，xF）和点c（xW，xW）三点。精馏段操作线截距=，在y轴上定出点b。连ab，即得到精馏段操作线。先按下法计算q值。原料液的汽化热为 kJ/kmol由图1-1查出进料组成xF=0.44时溶液的泡点为93，平均温度=。由附录查得在56.5下苯和甲苯的比热容为1.84kJ/（kg），故原料液的平均比热容为 kJ/（mol）所以 再从点e作斜率为3.76的直线，即得q线。q线与精馏段操作线交于点d。连cd，即为提馏段操作线。自点a开始在操作线和平衡线之间绘梯级，图解得理论板层数为11（包括再沸器），自塔顶往下数第五层为加料板，如本题附图1所示。（2）气液混合物进料 与上述的项相同；与上述的项相同；和两项的结果如本题附图2所示。由q值定义知，q=1/3，故 q线斜率=过点e作斜率为0.5的直线，即得q线。g线与精馏段操作线交于点d。连cd，即为提馏段操作线。按上法图解得理论板层数为13（包括再沸器），自塔顶往下的第7层为加料板，如附图2所示。2、分离正庚烷与正辛烷的混合液（正庚烷为易挥发组分）。要求馏出液组成为0.95（摩尔分数，下同），釜液组成不高于0.02。原料液组成为0.45。泡点进料。汽液平衡数据列于附表中。求（1）全回流时最少理论板数；（2）最小回流比及操作回流比（取为1.5Rmin）。表1 汽液平衡数据xyxy1010031104910656081015702800487067300000000解（1）全回流时操作线方程为 yn+1=xn在y-x图上为对角线。自a点（xD、xD）开始在平衡线与对角线间作直角梯级，直至xW=0.02，得最少理论板数为9块。不包括再沸器时Nmin=91=8。（2）进料为泡点下的饱和液体，故q线为过e点的垂直线ef。由xF=0.45作垂直线交对角线上得e点，过e点作q线。由y-x图读得xq=xF=0.45，yq=0.64根据式（6-41）Rmin= R=1.5Rmin=1.51.63=2.453、每小时将15000kg含苯40%（质量%，下同）和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。试求馏出液和釜残液的流量及组成，以摩尔流量和摩尔分率表示。解：苯的分子量为78；甲苯的分子量为92。进料组成 釜残液组成 原料液的平均分子量 MF=0.4478+0.5692=85.8原料液流