化工原理习题及答案

第五章蒸馏一、名词解释：1、蒸馏：利用混合物中各组分间挥发性不同的性质，人为的制造气液两相，并使两相接触进行质量传递，实现混合物的分离。2数成正比。3、挥发度：组分的分压与平衡的液相组成（摩尔分数）之比。4、相对挥发度：混合液中两组分挥发度之比。5程。67、采出率：产品流量与原料液流量之比。8、操作关系：在一定的操作条件下，第n层板下降液相的组成与相邻的下一层（n+1）板上升蒸汽的组成之间的函数关系。9、回流比：精流段下降液体摩尔流量与馏出液摩尔流量之比。10、最小回流比：两条操作线交点落在平衡曲线上，此时需要无限多理论板数的回流比。11、全塔效率：在一定分离程度下，所需的理论板数和实际板数之比。12、单板效率：是气相或液相通过一层实际板后组成变化与其通过一层理论板后组成变化之比值。二、填空题：1、在精馏塔的任意一块理论板上，其离开塔板的液相泡点温度与离开塔板的气相露点温度的大小相比是。相等2、当塔板上 时，称该塔板理论塔板。 离开的汽相与液相之间达到平衡时3、直接水蒸汽加热的精馏塔适用于 的场合。难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很4、简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐 ，其沸点则逐渐 降低，升高5、间歇精馏操作中，若欲保持馏出液组成不变，必须不断 ，若保持回流比F 不变，则馏出液组成 。 增加回流比，不断下降6、在精馏设计中，若X、X、、q，D/F相同时，直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相F N间N直 Xw,间Xw,直7、总压、95C摩尔分率为 ,液相中苯的摩尔分率为 苯与甲苯的相对挥发度=。、、精馏操作的依据是 。实现馏操作的必要条件包括 和 。 混合液中各组分挥发度气流。气流。、XF、、RW，试定性画化前、后塔的操作线。异由塔板或填料层所构成的若干个接触级、塔顶液相回流、塔底有yyyX1XX升9、 出变t10、精馏塔塔顶某理论板上汽相的露点温度为"、液相的泡点温度为，塔t2t t 3 4t序将以上4个温度排列如下t4t3

t2t111、简单蒸馏的主要特点是 间歇、不稳定、分离程度不高12、 测得在精馏塔操作中，离开某块理论板的两股物流的组成分别为和，则其中 是汽相组成。13N块理论板所需理论板数将为块。N-114、间歇精馏与连续精馏不同点在于： 和。前者为非稳态，而后为稳态 前者只有精馏段，没有提馏段。X15、某二元理想混合物（相对挥发度为3）中易挥发组分XF

0.4（摩尔分率），用平衡蒸馏方法使50%的物料汽化，则汽相中易挥发组分的回收率为。66%16n、、n+11yn相平衡的液X相组成为,则X；

x； Xn

,与液相组成X

n+1

相平衡的汽相组成为y；1y

则 和yy；1_ n1yyyyn—n1——1y1%17、试比较某精馏塔中（从塔顶往下）第n1,n,n1小，即:yn-1 yn

， Tn1 Tn

,yn-------xn Tn（T—气相温度；t—液相温度） >,<,>,=,<XXRqX18、对于二元理想x-y图上的平衡曲线离对角线越近，说明该物系溶液，XXRqX19、在精馏塔设计

、、、n十中，若

、F D V

相同，则直接蒸汽加热与间接蒸汽加热相比,20、某二元物系的相对挥发度 a=3在具有理论板的精馏塔内作全回流精馏操作 ，已知X2 0.3，则=_（）。21、平衡蒸馏和简单蒸馏的主要区别 非稳态过程22、精馏塔设计中，回流比并不总是越大越好，原因是 回流比增大，所需理论板数减少，塔设备所引起的设备费降低；但冷凝器、再沸器热负荷增大，换热器设备费及加热蒸汽、冷却水所消耗的动力费增大。当 R大到一定值后总费用（设备费和动力费之和）呈现上升趋势。23、有三个精馏塔分离相同的理想混合液，塔顶冷凝部份如图，塔顶第一板上升气相流率均Vkmol/s，其摩尔组成均为y，相对挥发度相同且均为常数。1请对图示的三种冷凝器情况，按从大到小的顺序排列回流液浓度x，以及L3

x,x,L1 L2DI D 产品浓度XX2X3的相对大小DI D XL1

XL3

XL2

XD3

XD2

XD1VV24、在分离要求一定的条件下， 当回流比一定时，状况进VV冷液25、用连续精馏方法分离双组分理想混合液，原料中含易挥发组分，馏出液中含易挥发组分（以上均为摩尔分率），流比为2，则料液的热状况参数q= 。 q=26、溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为 温度。泡点27、气相混合物被冷却到有第一滴液滴析出时的温度称为 温度。露点28、对于二元理想溶液，若轻组分含量越高，则泡点温度。越低29、对于二元理想溶液，若重组分含量越高，则泡点温度 。越高30、对于二元理想溶液，相对挥发度大，说明该物系_。 容易分离31、在相同的外压及温度下，沸点越低的物质其饱和蒸气压 。越高32、完成一个精馏操作的两个必要条件是 和塔底上升蒸气。塔顶液相流33、为完成精馏操作，需要在 设置冷凝器。塔顶34、 塔底

为完成精馏操作，需要在设置再沸器。35、设计一精馏塔时，回流比选的大，则塔板数 。少36、精馏操作中，回流比的上限称为 。全回流37、精馏操作中，回流比的下限称为 。最小回流比38、精馏操作中，全回流时塔顶的产品量。为零39、精馏操作中，再沸器相当于一块 板。理论板40、用逐板计算法求理论板层数时，用一次 方程就计算出一层理板。相平衡41、用图解法求理论板层数时， 代表一层理论板。一个梯级42、精馏操作中，当口=时，表示进料中的含量为60%。液相43、对于正在操作中的精馏塔，若加大操作回流比，则塔顶产品浓度会。提高三、单选择题1、连续精馏塔设计时，当采用塔顶全凝器、泡点回流方案时，为完成分离任务所需理论板数为N离任务所需理论板数为N；其相对大小是。 CA、N,NC、NUN

; E、N=N;; D、判断依据不足。2t=80C

106.7kp,

40kp

，液相摩尔组A a B a成XA0.4，则与此液相组成相平衡的汽相组成 讨A为。BA、 ; B、; C、; D、3、恒摩尔流假定主要前提是两组分的分子汽化潜热相近，它只适用于理想物系。此话 。 BA、对； B、错；C无法判断4、精馏段操作线方程为： y=+，这绝不可能此话 。AA、对； B、错； C、无法判断5、某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成x=相应的泡点为t,相平衡的汽相组成y=，相应的露点为 TJ9:()。AA、t=T B、t VT C、t>T D、不能判6、对有恒沸现象的二元体系，用恒沸精馏比萃取精馏好，因为前者能耗小。 BA、对 B、错 C、无法判断780.1C80.73C混合液能得到分离，可采用哪种分离方法CA、恒沸精馏E、普通精馏 C、萃取精馏 D、水蒸汽直接加热精馏t&某二元混合物，汽液相平衡关系如图。匕和t2

分别表示图中1,2点对应的温度。则。D、1t2 t1t2 、1t2 D t1与2大小关系不能判断y1 x 0y9、精馏塔引入回流，使下降的液流与上升的汽流发生传质，并使上升汽相的易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是由于。 DA、液相中易挥发组分进入汽相；B、汽相中难挥发组分进入液相；C液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相D、液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。10、对于某理想溶液的平衡蒸馏，若维持进料量、物料温度t、蒸发室压FP不变，而将物料浓度x增加，则气相馏出物F

，气相馏出DoC、AD组成A、变

B、变小 物

D不确定11

若 、

x、V均为定将进料热状态从q=1变为、精馏塔设计时， F XF 设计所需理论 B

值， q>1，则板数A、多 B

C不变 D、判断依据不足12、以卜说法中不止 。C精馏段操作线方程式是描述精馏段A、某板下降的液体浓度与下一板上升的蒸汽浓度间的关系式；BC进入某板的气体与液体的浓度之间的关系式；D、在相邻两板间相遇的汽相与液相浓度之间的关系式。13RD有类似情况。此话 。AA、对；B、错C无法判断X 14、操作中的精馏塔，若保持F、q、、V不变，而增大，则R、X D FB、AA、变大 B、变小 C、不变 D、不确定15、二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化。BA、平衡线；E、操作线与q线； C、平衡线与操线； D、平衡线与q线。X16VX

,塔顶为Xf X

,塔底为XWX

,若塔釜上升N。ATA、增加 B、减少 C、不变 D、不确定172.5R=3,层塔板（精

，测得第三=D=馏段）A、% B、% C、% D、%R18、被分离物系最小回流比 的数值与无关。DRminA、被分离物系的汽液平衡关 B塔顶产品系； 成；D、塔底C进料组成和进料状态；蒸馏是 产品组成。

为。mv分离（）混合物作。

D、刚体。A、气体蒸馏是利用的特性实现分离 C、A溶解度； B、等规度； C、挥发度； D、调21在元混合液 （）的组分称为易挥发组分。、A、沸点低； B沸点高； C、沸点恒定； D、沸点在元混合液 （）的组分称为难挥发组分。、A沸点低； B沸点高； C、沸点恒定； D、沸点变（ ）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的 A、A液相回流； B、进料； C、侧线抽出； D、产品24在）中溶液部分气化而产生上升蒸是精馏得以连续稳定操作的少条 CA、冷凝器； B、蒸发器； C、再沸器； D、换25、再沸器的作用是提供一定量的流。 DA、上升物料；B、上升组 C、上升产 D、上26、（）的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜 AA、冷凝器； B、蒸发器； C、再沸器； D换热器27、在精馏塔,原料液进入的那层 ）。CA、浮阀板； B、喷射板； C、加料板； D分离板28、在精馏塔,加料板以上的塔段 ）。AA、精馏段； B、提馏段； C进料段； D、混合29（包括加料板）称为（）BA、精馏段； B、提馏段； C进料段； D、混合段。30、（）CA、浮阀板； B、喷射板 C理论板； D、分离板。四、判断题：1、若过热蒸汽状态进料，2、理论板图解时与下列参数

q>0（）F D :F,X,q,R,a,X,X无关；F D 3、连续精馏塔，塔顶及塔底产品分别为 D及W，则X17、精馏分离2.5的二元理想混合液，已知回流比R=3,塔顶XD层塔板（精提馏段液汽比总是大于 1，精馏段液汽比总是小于1。（ ）对

=，测得第三4、精馏设计，采用相同的塔釜蒸发量，则冷加料比热加料需要较少理论数。 ()错五、问答题：1、试分析精馏过程中回流比大小对操作费与设备费的影响并说明适宜回流比如何确定。取较小回流比时，为达到一定的分离程度需要的理论板层数要多，使设备费高，随回流比加大，所需理论板数减少，使设备费降低，同时操作费加；但若继续加大回流比，则会因塔径，换热器的加大，而使设备费又将升。操作回流比R应尽可能使设备费与操作费总和为最小，通常取R=( 2)Rmin。2XD和易挥发组分的收率n试定性判断分别改变如下操作参数()时所需理论板层数将如何变化：加大回流比R, ;提高操作压强P, ;tR保持不变_;增加生产能力30%(仍能正常操)。 NTJ; (2)a/NTf; (3)qJ,NTf; (4)不变、x、、R均不变，而将塔顶产增加，其结果将导致塔顶组FX X D WX X D W理由：由F不变D增加可知W变小；由、、R不变，可知VR1D q1WF随D增大而增大，因而，提馏段操作线斜率LX— iW将变小，提馏段理论板分离能X力冋，。XWX至于的变化情况需用排除法确定，过程如下：R不变，则精馏段操作线XDX斜率不变。假设XD不变或变大，作图可知，理论板数均比原工况时的多(见附图1、2),这与理论板数固定相

只能变小。D附 附图nn14、某板式精馏塔，提馏段n板上液相浓度为X，试在下面yX 图中表示该下一层板上升的汽相组成y。如n板为理论板，标示出n板上升蒸汽的组nn1成。如定n'板上升蒸汽组成。

n'板为实际板，5、简述简单蒸馏与精馏的区别。5、简述简单蒸馏与精馏的区别。6、精馏塔的塔顶和塔底为什么要分别设置冷凝器和再沸器冷凝器提供液相产品与液相回流，再沸器提供塔内上升的蒸气。7、设计一精馏塔时，回流比选取的大小对塔板数有何影响回流比越大，达到要求的分离精度所需要的塔板数越少。8、精馏操作中，在下限操作时，能否达到所要求的分离精度为什么不可能的。9、精馏操作中，在上限操作时对实际生产有无意义一般在什么情况下采用在上限操作时，产品量为零，对实际生产无意义，一般在科研、装置开工期间或紧急停工时采用。10、为什么再沸器相当于一块理论板效果相同。11、用逐板计算法求理论板层数时，为什么用一次相平衡方程就计算出一层理论板使用一次相平衡方程，就意味着物料达到一次气液平衡，就相当于越过一块理论板。12、用图解法求理论板层数时，为什么一个梯级代表一层理论板代表一层理论板。13、对于正在操作中的精馏塔，若改变其操作回流比，对塔顶产品浓度会有何影响回流比越大，塔顶产品浓度越高。14、设计一精馏塔时，进料量对塔板层数有无影响为什么浓度、进料热状况以及回流比。15qq=0,q=1,0q1时的意义。q=0表示饱和气相进料，q=1表示饱和液相进料，0<q<1表示气液混合进料。16、塔板的作用是什么塔板的作用是提供气液接触的场所。六、计算题:1、（15分）分离苯一甲苯混合液，原料液中含苯（摩尔分率，下同）液中要求含苯，塔顶用分凝器一全凝器流程（如图），测得塔顶回流液中含苯，离开塔顶第一层理论板的液体含苯，求：（1）操作条件下平均相对挥发度；V（3）最小回流比minV（3）最小回流比min。解：XD0.95,XL0.88代入得:0.880.951(1)0.88

解之得: 2.59

(5分)y（2）设离开第一块理论板的汽相组成为，y1VyLX1 L

DxD又 VLDLRD解之得： R.*（3）q1, yF2、（15分）由一层理论板及塔釜组成的常压连续回收塔，每小时加入100kmol，其中甲甲醇水溶液醇含量为（摩尔分率，下同），要求塔顶得到甲醇含量为的馏出液。塔顶5.8。试求：XL2.590.79(XL2.590.79(1)XL1.590.79ncrwIy111V0.907L0.88D0.95VL(R1)DRD（5分）2.590.511.590.50.7211.59XF1( 1)XFRmin

xyD ；YF

0.950.7210.5

(5分)釜液组成;馏出液量（kmol/h）：（1）如图所示。DyX0.6Dyi DXi

i)yi

匹5.84.80.6

0.205 (5分)F,VL Wxw yw 7X- VI

FXDXF D1V100D0.6yw

0.2059.5D

X1 D1000.3 DD5.8心

(1)

(5分)1( 1)Xw

4.8XW1WF(XF

XW)

100(0.3Xw)

30 100

XD Xw231得

0.6Xw5.8XW

0.6XW9.5(0.6Xw)14.8xw

30100xw解之得xw

0.0914

X 0.396 （舍去）wW(2)将X0.0914代入式3得wW3、（15分）

41.01kmol/h

(5分)在常压连续精馏塔内分离苯和甲苯混合液，混合液的流量为1000kmol/h，其中含苯40%,要求塔顶馏出液中含苯塔釜残液中含苯2%（均为摩尔分率）。泡点进料，塔顶冷凝器为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，取回流比为最小回流比倍。 全塔平均相对挥发度为。试求：D、W;R;从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成；若在塔操作中，将进料状态改为饱和蒸汽进料，而保持 、R、D、XF不变，此能否完成分离任务为什么解:(1) F DFXF

100 DW即 1000.4 D0.9W0.02DXWX3^^min3

1 1Xe 11.50.4yD X 0.90.625 1.22yD y X 0.6250.4 (e eR 1.5Rinmi分)

1.221.83〔(3程：

y XDRn1 RR 1 R

1.83X2.83

0.92.83

0.65xn

0.3181y x1D

0.9 X1 y1(

0.92.51.50.9

0.783

0.827 (42y 0.65x21

0.318

0.65

0.7830.318 分)(4)R、Dq,、 变，汽时，

R1D解之 W=56.8kmol/h (3得：分)2泡点进料， X0.625x} e XF 0.4 ye 0.625x

e2.50.4算可知，X。可见不能完成分离任务。

(5分)D4、(15分)由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔，每小时向塔釜40%(摩尔分加入含甲醇甲醇水溶液100kmol，塔顶采用全凝器，塔率)的釜间接蒸汽加热，回流比1F 1q q而，产宁

必，又由全塔物XWX料衡D组成X=，在操作条件下的平衡关系为y0.45x0.55，求:D塔釜组成x；每小时能获得的馏 D。y x 0.84

y~0.55 0.840.55i

(4分)1 D 0.45R

0.45

0.644y y 2 R

3 0.84 0.693(4分)0.644R144y0.552x

0.6930.550.318 (3分)w 0.45 0.45(2)(2)DF(XFXW)XXD W100(0.40.840.31815.7kmol/h（4分）5、（15分）组成为X0.45的原料以汽液混合状态进入其中气液摩尔比为精馏塔,12，塔顶FDX 0.95（以上均为摩尔分率），塔顶易挥发组分回收率为95%,RD1.5R

，塔min釜间接蒸汽加热，相对挥发度2.5，试求:原料中汽相和液相组成；列出提馏段操作线方程；解：（1）X

0.318

(3分)e e1 23y 3XXFeX

将 0.45， 2.5代入得:XFXy ee (1)Xe2e3X 0.45e解之得：x

0.375

Ye0.6

(5分)2馭 eye 11.5xeR XD ye 0.95

1.556R1.5R

1.51.556

2.334min

ye

0.6

0.375

minQDF

0.95 0.95 0.950.45XDWXDXD W

WX DXW D 0.05

(5分)FXF FXF FXF FXF2RDF(R1)D(q2RD qF

2.3340.45-1)

1.47(R1)D(q1)F 0.05斥 33.3340.45(21)WX 0.05FXW (R1)D(q1)F

1)F(q1) 30.050.45 2

0.0193V' (R 3.334

0.45(21)提馏段操作线方程为：-竽

47X

(5分)V「Vy O936、(15分)在一连续常压精馏塔中分离某理想混X

0.94,X

=。已知此塔进料q线方程为D W合液,y6x1.5y，采用回流比为最小回流比的倍， 混液在本题条件下的相对挥发度为 2,求:精馏段操作线方程。W=150kmol/hFD。解：(1)q线方程Q6,1.5q1q1q1.2,xF

0.3联立方程y上》与y6x1.51x得x0.333,yq q

0.5yyXyyD q Xq

0.940.50.5

2.635R 1.2Rmin

1.22.635 3.162R xy x DR1 R1

0.76x0.226 （5分）F D W（2）FxFD=hV

DXDF=hR1

WXWq1F 60.94

（5分）4.162 1.21 210.94 285.8kmol/hL L qF RDqF 60.94 3.162 1.2210.94 445.8kmol/hL wxWy — xV V7、(15分)

1.507x 0.0203

（5分）率，以100Kmol/h流量进入精馏塔，进料状态为气液各占50%摩尔数，操作回流比为最小回比的倍； 要求塔()苯和甲苯的相对挥发度为。试求：塔顶和塔底产品量；最小回流比；精馏段操作线方程；提馏段操作线方程。解：(1)由 FDWFXDXWXF D WF(XF XW) 100a°5) 61.11kmol/h0.950.05XD xw10061.1138.89kmol/h (4分)（）0.5q线方程为:yx1.2平衡线方程为:

0.5x0.5

XF0.51(1)x2.5xy11.5x2令①②q2

1.7x1.2 0q0.492，y 0.708qyX 0.950.708yD qR

1.12

(5分)min

y X 0.7080.492q qLxWx152.66xLxWx152.66x0.0538.89(3)RmWym1V'V'm113.77113.77ym