化工原理复习必看_第6章_蒸馏习题.doc

1. 蒸馏是分离 的一种方法，其分离依据是混合物中各组分的 ，分离的条件是 。答案:均相液体混合物，挥发性差异， 造成气液两相系统 （每空1分，共3分） 2. 在t-x-y图中的气液共存区内，气液两相温度 ，但气相组成 液相组成，而两相的量可根据 来确定。答案: 相等，大于，杠杆规则（每空1分，共3分）3. 当气液两相组成相同时，则气相露点温度 液相泡点温度。答案:大于 （每空1分） 4. 双组分溶液的相对挥发度是溶液中 的挥发度对 的挥发度之比，若=1表示 。物系的值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈 对角线。答案:易挥发组分，难挥发组分，不能用普通蒸馏方法分离 远离（每空1分，共4分）5. 工业生产中在精馏塔内将 过程和 过程有机结合起来而实现操作的。而 是精馏与普通精馏的本质区别。答案:多次部分气化， 多次部分冷凝， 回流（每空1分，共3分） 6. 精馏塔的作用是 。答案:提供气液接触进行传热和传质的场所。（2分）7. 在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为 ，其作用是 ；加料板以下的塔段（包括加料板）称为_，其作用是 。答案:精馏段（1分）提浓上升蒸汽中易挥发组分（2分）提馏段 提浓下降液体中难挥发组分（2分）（共6分）8. 离开理论板时，气液两相达到 状态，即两相 相等，_互成平衡。答案: 平衡 温度 组成 （每空1分，共3分）9. 精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1） 和（2） 。答案: 塔顶易挥发组分含量高 塔底压力高于塔顶（每空2分，共4分） 10. 精馏过程回流比R的定义式为 ；对于一定的分离任务来说，当R= 时，所需理论板数为最少，此种操作称为 ；而R= 时，所需理论板数为。答案:R= 全回流 Rmin （每空1分，共4分） 11. 精馏塔有 进料热状况，其中以 进料q值最大，进料温度_泡点温度。答案: 五种 冷液体 小于（每空1分，共3分）12. 某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于_，馏出液流量等于 ，操作线方程为 。答案: 零 yn+1=xn （每空1分，共3分） 13. 在操作的精馏塔中，第一板及第二板气液两相组成分别为y1,x1及y2,x2；则它们的大小顺序为 最大， 第二， 第三，而 最小。答案: y1 y2 x1 x2 (每空1分，共4分）14. 对于不同的进料热状况，xq、yq与xF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 ，yq xF f ；（4）饱和蒸汽进料：xq xF ，yq xF ；（5）过热蒸汽进料：xq xF ，yq xF ；答案:大于 大于（1分）等于 大于（1分）小于 大于（1分）小于 等于（1分）小于 小于（1分）（共5分）15. 精馏操作时，增大回流比R，其他操作条件不变，则精馏段液气比（ ），馏出液组成xD ( ),釜残液组成xW ( ). A 增加 B 不变 C 不确定 D减小答案: A A D （每空1分，共3分） 精馏塔的设计中，若进料热状况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，则所需的理论塔板数NT（ ），提馏段下降液体流量L/（ ）。A 减小 B 不变 C 增加 D 不确定答案: A C （每空1分，共2分） 对于饱和蒸汽进料，则有（ ）L ，（ ）V。A 等于 B 小于 C 大于 D 不确定答案: A B （每空1分，共2分） 精馏塔中由塔顶向下的第n-1，n，n+1层塔板，其气相组成关系为（ ） A yn+1ynyn-1 B yn+1=yn=yn-1 C yn+1ynyn-1 D 不确定答案: C （1分） 某两组分混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA=0.4，相应的泡点温度为t1，气相组成yA=0.4，相应的露点温度为t2，则（ ）A t1 t1 D 不能判断答案: A (1 分) 完成某分离任务需理论板数为NT=7（包括再沸器），若ET=50%，则塔内需实际板数（不包括再沸器）为（ ）A 14 层 B 10层 C 12层 D 无法确定答案: C （1分） 若进料量、进料组成、进料热状况都不变，要提高xD，可采用（ ）A、减小回流比 B、增加提馏段理论板数C、增加精馏段理论板数 D、塔釜保温良好答案: C （1分） 在精馏操作中，若进料位置过高，会造成（ ）A、 釜残液中易挥发组分含量增高B、 实际板数减少C、 馏出液中难挥发组分含量增高D、 各组分含量没有变化答案: C （1分） 精馏塔采用全回流时，其两操作线（ ）A、 与对角线重合B、 距平衡线最近C、 斜率为零D、 在y轴上的截距为1答案: A （1分） 精馏的两操作线都是直线，主要是基于（ ）A、 理论板的概念B、 理想溶液C、 服从拉乌尔定律 D、 恒摩尔流假设答案: D （1分） 当xF、xD、xW和q一定时，若减小回流比R，其他条件不变，则（ ）A、 精馏段操作线的斜率变小，两操作线远离平衡线B、 精馏段操作线的斜率变小，两操作线靠近平衡线C、 精馏段操作线的斜率变大，两操作线远离平衡线D、 精馏段操作线的斜率变大，两操作线靠近平衡线答案: B （1分） 理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两纯组分的饱和蒸汽压之比 （ ）答案: （） (1分 ) 从相平衡x-y图中可以看出，平衡曲线距离对角线越近，则表示该溶液越容易分离（ ）答案: （） （1分） 用于精馏计算的恒摩尔液流假定，就是指从塔内两段每一层塔板下降的液体摩尔流量都相等（ ）答案: （） （1分） 精馏段操作线的斜率随回流比的增大而增大，所以当全回流时精馏段操作线斜率为无穷大（ ）答案: （） （1分） 用图解法求理论塔板数时，适宜的进料位置应该在跨过两操作线交点的梯级上（ ）答案: （） （1分） 当进料量、进料组成及分离要求都一定时，两组分连续精馏塔所需理论塔板数的多少与（1）操作回流比有关（ ）（2）原料液的温度有关（ ）答案: （1） （） （2） （） （每空1分，共2分） 对于精馏塔的任何一层理论板来说 ，其上升蒸汽的温度必然等于其下降液体的温度 （ ）答案: （） （1分） 当F、xF一定时，只要规定了分离程度xD和xW，则D和W也就被确定了 （ ）答案: （） （1分） 当精馏操作的回流比减少至最小回流比时，所需理论板数为最小（ ）答案: （） （1分） 在精馏操作中，若进料的热状况不同，则提馏段操作线的位置不会发生变化（ ）答案: （） （1分）试题：简述在定压下，苯甲苯混和液的txy图中的两条曲线和三个区域的名称。答：图中有两条曲线：下方曲线为tx线，称为饱和液体线或泡点线；上方曲线为ty线，称为饱和蒸气线或露点线。（2分）两条曲线将txy图分成三个区域：饱和液体线以下区域称为液相区；饱和蒸气线以上区域称为过热蒸气区；两曲线之间的区域称为气、液共存区。（3分）（共5分）简述精馏原理，实现精馏定态操作的必要条件是什么？答：精馏原理：精馏是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分气化和多次部分冷凝的过程。（2分）上升蒸气流和液体回流是造成气、液两相以实现精馏定态操作的必要条件。（2分）（共4分）试题：连续精馏流程中主要由哪些设备所组成？还有哪些辅助设备？答：主要由精馏塔、塔顶冷凝器和塔底再沸器等设备组成。（2分）辅助设备有：原料液预热器、产品冷却器、回流液泵等。（2分）（共4分）简述恒摩尔流假定。在精馏计算中有何意义？答：恒摩尔流假定是指在精馏塔的精馏段和提馏段内，本段内各板上升蒸气摩尔流量相等，下降液体摩尔流量相等，但两段之间不一定相等。（3分）意义是精馏的计算都是以恒摩尔流为前提的，这样可简化精馏计算。（2分）（共5分）试题：写出实际生产中加入精馏塔的原料的五种热状况及它们的q值。答：原料的五种热状况为：（1）冷液进料，q1。（1分）（2）饱和液体进料，又称泡点进料，q1。（1分）（3）气、液混合物进料，q01。（1分）（4）饱和蒸气进料，又称露点进料，q0。（1分）（5）过热蒸气进料，q0。（1分）（共5分）试题：何谓适宜回流比？在精馏设计计算中怎样确定？其范围如何？答：精馏操作费用和设备投资费用之和为最低时的回流比，称为适宜回流比。（2分）在精馏设计计算中，一般不进行经济衡算，常采用经验值。（1.5分）据生产数据统计，适宜回流比的范围可取为：R（1.12）Rmin。（1.5分）（共5分）什么时全塔效率ET？在精馏设计中ET如何确定？答：全塔效率ET又称总塔板效率，是指一定分离任务下，所需理论塔板数NT和实际板数NP的比值，即ET100。（3分）在精馏设计中，由于影响ET的因素非常复杂，故一般用经验或半经验公式估算，也可采用生产实际或经验数据。（2分）（共5分）试题：简述什么叫填料精馏塔的等板高度HETP？答：假想在填料塔内，将填料层分为若干个高度单元，每个单元的作用相当于一层理论板，此单元填料高度称为理论板当量高度，又称为等板高度，以HETP表示。（3分）通常对特定的精馏塔和物系，影响精馏操作的因素有哪些？答：影响因素有：（1）塔内操作压强（2）进、出塔的物料流量（3）回流比（4）进料组成和热状况（5）再沸器和冷凝器的传热性能和条件（6）设备散热情况（每个影响因素给0.5分，6个共3分）试题：简述间歇精馏的操作方式和适用场合。答：间歇精馏的操作方式有三种：（1）恒回流比操作。（2）恒馏出液组成操作。（3）以上两种操作联合的组合式操作（每点1分，合计3分）适用场合：小批量、多品种的生产或实验场合，也适用于多组分的初步分离。（1分）（共4分）试题：简述什么叫恒沸精馏？答：在混和液（恒沸液）中加入第三组分（称为夹带剂），该组分与原混和液中的一个或两个组分形成新的恒沸液，且其沸点更低，使组分间相对挥发度增大而得以分离，这种精馏方法称为恒沸精馏。（3分）试题：什么叫萃取精馏？答：萃取精馏也是在待分离的混和液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原组分间的相对挥发度而得到分离。不同的是萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点要高，且不与组分形成恒沸液。（3分）试题：在乙醇和水的混和液中，乙醇的质量为15kg，水为25kg。求乙醇和水分别在混和液中的质量分数、摩尔分数和该混和液的平均摩尔质量。解：（1）质量分数已知，（1分）（1分）（2）摩尔分数（2分）（1分）（3）混和液的平均摩尔质量 kg/kmol（2分）试题：若苯甲苯混和液在45时沸腾，外界压力味20.3kpa。已知在45时，纯苯的饱和蒸气压，纯甲苯的饱和蒸气压。求其气液相的平衡组成。解：（1）平衡时苯的液相组成x苯、气相组成y苯（2分）而（1分）（2）平衡时，甲苯在液相和气相中的组成分别为x甲苯和y甲苯（1分）（1分）试题：苯甲苯理想溶液在总压为101.3kpa下，饱和蒸气压和温度的关系如下：在85时，；在105时，。求：（1）在85和105时该溶液的相对挥发度及平均相对挥发度；（2）在此总压下，若85时，用平均相对挥发度值求y苯。解：（1）在85时：（1分）在105时：（1分）平均相对挥发度（1分）（2）用求y苯（85时）（2分）试题：在连续精馏塔中分离含苯50（质量百分数，下同）的苯甲苯混和液。要求馏出液组成为98，釜残液组成为1（均为苯的组成）。求：甲苯的回收率。解：（1）把已知的质量分数换算成摩尔分数M苯78，M甲苯92进料组成：（1分）馏出液组成：（1分）釜残液组成：（1分）（2）求D、W取F100kmol/h为计算基准，（1分）由全塔物料衡算可得：F=D+W，及（2分）联立两式可得：kmol/h（1分）kmol/h（1分）（3）求甲苯回收率，即是求釜残液中难恢复组分的回收率（釜残液中难挥发组分的量与其在原料液中的量之比）：（2分）试题：在一两组分连续精馏塔中，进入精馏段中某层理论板n的气相组成yn1为0.75，从该板流出的液相组成xn为0.65（均为摩尔分数），塔内气液比V/L=2，物系的相对挥发度为2.5，求：（1）从该板上升的蒸气组成yn；（2）流入该板的液相组成xn1；（3）回流比R。解：（1）求yn 可用气液平衡方程由、xn求出yn（2分）（3）求R由（1分）可解出：2RR1，R1（1分）（2）求xn1由精馏段操作线方程，得解出xD0.85（2分）因，代入已知量得，解出（2分）试题：在连续精馏塔中分离某两组分混合物。已知原料液流量为100kmol/h，组成为0.5（易挥发组分摩尔分数，下同），饱和蒸气进料；馏出液组成为0.98，回流比R为2.6，若要求易挥发组分回收率为96，求：（1）馏出液的摩尔流量D；（2）提馏段操作线方程。解：（1）求D据易挥发组分回收率可求出D，可得，解出D48.98kmol/h（2分）（2）提馏段操作线方程先求L，W，；已知饱和蒸气进料q0kmol/h（1分）kmol/h（1分）由（1.5分）可得（1.5分）提馏段操作线方程为：q0即（4分）某连续操作精馏塔，分离苯甲苯混和液，原料中含苯45，馏出液中含苯95，残液中含甲苯95（以上均为摩尔分数）。塔顶全凝器每小时全凝28000kg蒸汽，液体在泡点下回流。提馏段回流液量为470kmol/h，原料液于泡点进料。求：（1）釜残液和馏出液的流量（W和D）；（2）回流比R解：（1）求釜残液流量W，馏出液流量DM苯78，M甲苯92。泡点进料q1，此时VV，V即等于全凝器冷凝蒸汽量，故（2分）式中780.9592（10.95）78.7kg/kmol（1分）kmol/h（1分）由提馏段物料衡算可求出Wkmol/h（1分）由全塔物料衡算求DFD+W（2分）式中，xF0.45，xD=0.95=10.95=0.05，W114.2kmol/h联立求解：F=D+114.20.45F=0.95D+114.20.05 可解出D91.4kmol/h及F205.6kmol/h（2分）（2）求R（2分）试题：在某两组分连续精馏塔中，已知原料液流量为788kmol/h，泡点进料；馏出液组成为0.95（易挥发组分摩尔分数，下同），釜残液组成为0.03；回流比R为3，塔顶回流液量为540kmol/h。求：（1）精馏段操作线方程；（2）提馏段操作线方程及提馏段回流液量L答案与评分标准解：（1）精馏段操作线方程将已知量R3，xD0.95代入精馏段操作线方程可得：即（3分）（2）提馏段操作线方程及提馏段回流液量已知R3，L540kmol/h，可得kmol/h（1分）由全塔物料衡算：F=D+W，可得W=FD=788180608kmol/h（1分）泡点进料q1，提馏段回流液量（1分）提馏段操作线方程为：（2分）代入已知量得：即（2分）试题：某双组分连续精馏塔，原料液流量为20kmol/h，塔顶产品量为7.78kmol/h，泡点进料，回流比为1.92，求：（1）精馏段及提馏段的回流液量；（2）精馏段及提馏段的上升蒸汽量。解：（1）精馏段及提馏段的回流液量（L及L） 精馏段回流液量LL=RD=1.927.7814.94kmol/h（1分） 提馏段回流液量L泡点进料q1，L=L+qF=14.94+20=34.94kmol/h（2分）（2）精馏段及提馏段的上升蒸汽量（V及V）精馏段上升蒸汽量VVL+D14.94+7.78=22.72kmol/h（2分） 提馏段上升蒸汽量V，q1V=V+(q1)FV22.72kmol/h（1分）在泡点进料下，某两组分连续精馏塔的操作线方程为：1、 精馏段：2、 提馏段：求：（1）回流比；（2）馏出液；（3）釜残液的组成；（4）原料液的组成。答案与评分标准解：（1）求回流比R由精馏段操作线方程可知：（1分）即，解出R2.61（1分）（2）馏出液组成xD（1分）代入R2.61，得，（1分）（3）求，因为提馏段操作线与对角线交点的横坐标，故联立两线方程： （2分）解出，0.075（1分）（4）求原料液组成xF，泡点进料q1，此时两操作线交点的横坐标即xF （2分）即，解出（1分）试题：有一相对挥发度平均值为3的两组分理想溶液，在泡点温度下进入连续精馏塔。进料组成为0.6（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.9；回流比为1.5，全塔效率为0.5。求（1）用逐板计算法求精馏段所需要的理论板数NT精；（2）计算精馏段所需的实际板数NP精。（假设塔顶为全凝器）答案与评分标准解：（1）用逐板计算法求NT精。已知xF0.6，xD0.9，R1.5，。求精馏段操作线方程：。代入已知量得：（A）（2分） 气液平衡方程：由可得（B）（2分） 因假设塔顶为全凝器，故有（1分）代入（B）式可求出x1，（1分）将代入（A）式可求出y2，（1分）再将代入（B）式求出x2，（xF0.6）（1分），故可知第二块理论板为加料板，精馏段所需理论板数NT精211块（层）（1分）（2）求精馏段所需的实际板数NP精，已知ET50，（1分）试题：在一双组分连续精馏塔中，已知精馏段操作线方程为；q线方程为，求：（1）回流比及进料热状况参数；（2）馏出液及原料液组成；（3）若回流比为3，测得从精馏段第二层塔板下降液体的组成为0.82（摩尔分数，下同），从第三层塔板上升的蒸气组成为0.86，则此时的馏出液组成又为多少？答案与评分标准解：（1）求回流比R和进料热状况参数q 由精馏段操作线方程：知：（1.5分），可得，得R2.51（1.5分） 由q线方程;知：（1.5分），得：，得q1.55（1.5分）（2）求馏出液组成xD，原料液组成xF，由精馏段操作线方程得：，（1.5分）由q线方程得：，（1.5分）（3）若R3，精馏段x20.82，y30.86，求xD由精馏段操作线方程得：，代入已知量：，得（2分）在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知原料液组成为0.6（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.02。泡点进料。（1）求每获得1kmol/h馏出液时的原料液用量F；（2）若回流比为1.5，它相当于最小回流比的多少倍？（3）假设原料液加到加料板上后，该板的液相组成仍为0.6，求上升到加料板上的气相组成。（物系的平均相对挥发度为3）答案与评分标准解：（1）求当D1kmol/h时F为多少？已知xF=0.6，xD0.9，xW0.02，D1kmol/h，由全塔物料衡算可得： （2分）代入已知量可得：可求出，解出W0.52kmol/h，F1.52kmol/h。（2分）（2）求R/Rmin，已知泡点进料q1，则xqxF0.6（1分），由气液平衡方程：（2分）求Rmin，（2分）求R/Rmin，（倍）（1分）（3）求上升到加料板上的气相组成。因加料板是提馏段第一层板，故所求量为y2kmol/h（1分）泡点进料q1，已知F1.52kmol/h，W0.52kmol/h，xW0.02，x10.6提馏段操作线方程为：，代入已知量：，即（3分）所求（1分）试题：在连续精馏塔内分离两组分理想溶液，塔顶为全凝器。进料量为100kmol/h，其组成为0.5（摩尔分数）。塔顶易挥发组分的回收率为90，精馏段操作线方程为。求：（1）馏出液的组成xD和流量D；（2）釜残液的组成和流量W。答案与评分标准解：由题给：F100kmol/h，xF0.5，（1） 求xD和D 由精馏段操作线方程：（2分）与题给方程比较可知：，可得，得R4（1分） 由精馏段操作线方程知，代入R4，得：（1分） 把F100kmol/h，xF0.5，xD0.95代入可得：，kmol/h（2分）（2） 求和W可由全塔物料衡算得： （2分） 解出kmol/h（2分）在一常压连续精馏塔中，分离某两组分理想溶液。原料液组成为0.4（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.95。操作回流比为最小回流比的1.5倍，进料热状况参数q为1.2。操作条件下物系的平均相对挥发度为2；塔顶采用全凝那，计算精馏段自塔顶向下的第二层理论板上升蒸汽的组成y2。答案与评分标准解：已知xF0.4，xD0.95，R1.5Rmin，q1.2，2，求y2（1） 求Rmin 求气液平衡方程：（A）（1.5分） q线方程：（B）（1.5分） 联立解（A）、（B）两式，可解出，即，解出；（2分）（1分） 求Rmin （2分）（2） 求实际回流比R （1分）（3） 求y2 精馏段操作线方程：，即（2分） 求y1、x1 塔顶采用全凝器，故（1分）气液平衡方程：得得（1分） 求y2x1与y2符合精馏段操作线方程：（1分）在常压操作的连续精馏塔中分离含苯0.46（摩尔分数）的苯甲苯混和液。已知原料液的泡点为92.5，苯的汽化热为390KJ/kg，甲苯的汽化热为361KJ/kg。求以下各种情况下的q值：（1）进料温度为20的冷液体；（2）饱和液体进料；（3）饱和蒸气进料。解：（1）20的冷液体进料下的q值 原料液的平均汽化热rm MA78，MB92（1分）所以KJ/Kmol（1分） 原料液的平均比热容Cp,m进料温度为20，料液泡点为92.5，平均温度为（1分）查出在56.25时，苯的Cp为1.81KJ/(kg)，甲苯的Cp为1.82 KJ/(kg)（1分）所以 KJ/(kmol)（1分） 求q： 对于冷液体进料有：（3分）（2）饱和液体进料据其定义可知：t0，（1分）（3）饱和蒸气进料据定义知：q0（1分）用一连续精馏塔分离由组分A、B所组成的理想混和液。原料中含易挥发组分A为0.45（摩尔分数，下同），馏出液中含组分A为0.96。在操作条件下，溶液的平均相对挥发度为2.3，最小回流比为1.65。求：（1）q值；（2）说明原料液的进料热状况。答案与评分标准解：（1）求q值由Rmin的定义可知：平衡线与精馏段操作线的交点也必然是q线与平衡线的交点 气液平衡方程：（A）（1.5分） 精馏段操作线方程：得（B）（2分） 联立（A）（B）两式得：，整理得：，可得：（3分）（1分） 由q线方程：，代入已知量，得：，整理得：得（2.5分）（3） 因，在01之间，故进料热状况为气液混合物。（1分）在一连续精馏塔内分离某两组分理想溶液。已知进料组成为0.5（摩尔分数，下同），釜残液组成为0.05；塔顶采用全凝器，操作回流比为最小回流比的1.777倍；操作条件下物系的平均相对挥发度为2.303；精馏段操作线方程为。求（1）塔顶易挥发组分的回收率；（2）进料热状况参数q。答案与评分标准解：（1）求：求回流比R和馏出液组成xD。精馏操作线方程为：（2分）由精馏段操作线方程知：，整理得得（1分）求：由全塔物料衡算： （2分）整理得 将代入下式得：，可得：（2分）（1分）（2）求q（1分）（1.5分）由气液平衡方程知（1.5分）联立以上两式且整理得：即得（2分）因，所以进料为饱和液体，则q1（1分）试题：在某连续操作的板式精馏塔中，分离两组分理想溶液。原料液流量为100kmol/h，组成为0.3（易挥发组分的摩尔分数，下同），泡点进料。馏出液组成为0.95，塔