化工原理-精馏习题及答案

一.选择题TOC\o"1-5"\h\z.蒸储是利用各组分〔〕不同的特性实现别离的目的.CA溶解度；B等规度；C挥发度；D调和度..在二元混合液中,沸点低的组分称为〔〕组分.CA可挥发；B不挥发；C易挥发；D难挥发..〔〕是保证精储过程连续稳定操作的必不可少的条件之一.AA液相回流；B进料；C侧线抽出；D产品提纯..在〔〕中溶液局部气化而产生上升蒸气,是精储得以连续稳定操作的一个必不可少条件.CA冷凝器；B蒸发器；C再沸器；D换热器.TOC\o"1-5"\h\z.再沸器的作用是提供一定量的〔〕流.DA上升物料；B上升组分；C上升产品；D上升蒸气..冷凝器的作用是提供〔〕产品及保证有适宜的液相回流.BA塔顶气相；B塔顶液相；C塔底气相；D塔底液相..冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的〔〕回流.BA气相；B液相；C固相；D混合相..在精储塔中,原料液进入的那层板称为〔〕.CA浮阀板；B喷射板；C加料板；D别离板..在精储塔中,加料板以下的塔段〔包括加料板〕称为〔〕.BA精储段；B提储段；C进料段；D混合段..某二元混合物,进料量为100kmol/h,xf=0.6,要求塔顶xd不小于0.9,那么塔顶最大产量为〔〕.〔那么W=0〕BA60kmol/h;B66.7kmol/h;C90kmol/h;D100kmol/h..精微别离某二元混合物,规定别离要求为xd、xwo如进料分别为Xfi、xf2时,其相应的最小回流比分别为Rmin1>Rmin2o当xF1Xf2时,那么〔〕.AA.Rmin1Rmin2-BRmin1Rmin2-C.Rmin1Rmin2；D.Rmin的大小无法确定.精储的操作线为直线,主要是由于〔〕.D理论板假定；C.理想物系；塔顶泡点回流；D.恒摩尔流假定.某二元混合物,其中A为易挥发组分.液相组成Xa0.5时相应的泡点为t1,气相组成yA0.3时相应的露点为t2,那么〔〕DAtit2'B.t1t2；C.tit2；D,无法判断.某二元混合物,其中A为易挥发组分.液相组成xAS5时泡点为3,与之相平衡的气TOC\o"1-5"\h\z相组成Ya0-75时,相应的露点为t2,那么〔〕.AA.tit2;B.tit2；C.tit2；D,不能判断.操作中连续精储塔,如采用的回流比小于原回流比,那么〔〕.BA.Xd、Xw均增加；b.Xd减小,XW增加；Xd、Xw均不变；D.不能正常操作.某真空操作精微塔,在真空度降低后,假设保持F、D、Xf、q、R及加料位置不变,那么塔顶产品组成Xd变化为〔〕.AA.变小；B.变大；C.不变；D.不确定；.精储操作时,假设在F、Xf、q、R不变的条件下,将塔顶产品量D增加,其结果是〔〕.CA.%下降,Xw上升；B.Xd下降,Xw不变；C.无下降,Xw亦下降；D.无法判断；分析：当D增加时,Xd必然减小,但因回流比R不变,只有V和L同时增加,即V'和L'同TOC\o"1-5"\h\z।RI-L-D.nt时增加,以q1为例,从提储段操作线斜率看V-Ri,当D增大后,V-变小,而不变,故有Xw减小..二元溶液连续精微计算中,进料热状况的变化将引起以下线的变化〔〕.Aa.提福段操作线与q线；平衡线；C.平衡线与精微段操作线；q线；.某精储塔精储段和提储段的理论板数分别为Ni和N2,假设只增加提储段理论板数,而精储段理论板数不变,当F、Xf、q、R、V等条件不变时,那么有〔〕.BA.Xw减小,Xd增加；B.Xw减小,Xd不变；C.Xw减小,XD减小；D.Xw减小,XD无法判断.以下哪些判断正确〔〕.B,C,DA.上升气速过大引起漏液；B.上升气速过大造成过量雾沫夹带；C.上升气速过大引起液泛；D.上升气速过大造成大量气泡夹带；E.上升气速过大使板效率降低.当气体量一定时,以下判断哪些正确〔〕.C,D,E液体量过大引起漏液；C.液体量过大引起气泡夹带；液体量过大引起雾沫夹带；D.液体量过大引起液泛；E.液体量过大使板效率降低.精储操作中适宜回流比应取②①最大回流比和最小回流比的平均值②通过经济衡算来决定③按最小回流比决定23、某二元连续精流塔,第三块塔板下降液体浓度为0.4〔摩尔分率,下同〕,第二块塔板下降液体浓度为0.45,假设相对挥发度为2.5,全回流操作,那么第三块塔板的气相单板效率为.A%B.32.7%;C.44.1%;D.107.6%;二、填空题.溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为温度.泡点.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.精储过程是利用和的原理进行完成的.屡次局部气化；屡次局部冷凝.最小回流比是指.塔板数为无穷多时的回流比的极限值.当别离要求和回流比一定时,进料的q值最小,此时别离所需的理论板数.过热蒸气；最多.对于二元理想溶液,假设轻组分含量越高,那么?点温度.越低.对于二元理想溶液,相对挥发度a大,说明该物系.容易别离.对于二元理想溶液,x-y图上的平衡曲线离对角线越近,说明该物系.不容易别离.完成一个精微操作的两个必要条件是塔顶和塔底.液相回流,上升蒸气.精储操作中,再沸器相当于一块板.理论板.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论板.相平衡.精储操作中,当q=0.6时,表示进料中的含量为60%液相.假设原料组成、料液量、操作压力和最终温度都相同,二元理想溶液的简单蒸储和平衡蒸储相比较的结果有：①所得储出物平均浓度;②所得残液浓度；③储出物总量O①简单蒸储的储出物平均浓度大于平衡蒸储的储出物平均浓度；②两种情况的残液浓度相同；③平衡蒸储的储出物总量大于简单蒸储的储出物总量..某精储塔操作时,假设保持进料流率及组成、进料热状况和塔顶蒸气量不变,增加回流比,那么此时塔顶产品组成xD,塔底产品组成xW,塔顶产品流率,精储段液气比.增加；减少；减少；增加分析：由V(R1)D,当V不变时,R增加,D必须减少.在理论板数不变时,回流LR比的增加平均传质推动力加大,必会使产品别离程度提升.当R增加时,液气比VR1必然也增大..某精微塔的设计任务是：原料为F、xF,别离要求为xD、XW.设计时假设选定回流比R不变,加料状况由原来的气液混合改为过冷液体加料,那么所需的理论板数NT,精储段和提储段的气液相流量的变化趋势V,L,V',L'.假设加料热状况不变,将回流比增大,理论塔板数NT.减少；不变；不变；增加；增加；减少分析：在进料组成、流率、回流比和产品的别离要求一定时,进料的q越大,平均传质推动力越大,所需理论板数越少.由全塔物料平衡知,当F、Xf、Xd、Xw一定时,塔顶产品流率D和塔底产品流率W也一定.那么由V(R1)D知丫不变,同理LRD也不变.由V'V(1q)F知当V、F不变时,q值越大,V'越大.而由L'V'W可知,V'越大,L'也越大..用图解法求理论塔板时,在、xF、xD、Xw、q、R、F和操作压力P诸参数中,_与解无关.进料流率F.当增大操作压强时,精微过程中物系的相对挥发度,塔顶温度,塔釜温度.减小；增加；增加分析：同一物系,总压越高,物系中各组分的沸点及混合物的泡点越高.物系中各组分的饱和蒸气压亦随总压升高而升高,由于轻组分的饱和蒸气压上升的速率低于重组分的饱和蒸气压上升的速率,故各组分的挥发度差异变小..精储塔结构不变,操作时假设保持进料的组成、流率、热状况及塔顶流率一定,只减少塔釜的热负荷,那么塔顶Xd,塔底Xw,提微段操作线斜率.减少；增大；增大分析：塔釜热负荷减少意味着蒸发量减少,当D不变时,V的减少导致L减少,即回流比RR减小,故精微段操作线斜率R1减小,提微段操作线斜率增加.塔板数不变时,两段操作线斜率的改变只能使Xd减小和Xw增大..精储塔的塔底温度总是塔顶温度,其原因一是,二是.高于；由于塔顶轻组分浓度高于塔底的,相应的泡点较低；由于塔内压降使塔底压力高于塔顶,因而塔底的泡点较高.将板式塔中泡罩塔、浮阀塔、筛板塔相比较,操作弹性最大的是,造价最昂贵的是,单板压降最小的是..浮阀塔；泡罩塔；筛板塔.板式塔塔板上气液两相接触状态有种,它们是.板式塔不正常操作现象常见的有,它们是.3种；鼓泡接触状态,泡沫接触状态,喷射接触状态；3种；严重漏液、液泛、严重雾沫夹带.评价塔板性能的标准主要是条,它们是.塔板负荷性能图中有条线,分别是.5;〔1〕通过水平大,〔2〕塔板效率高,〔3〕塔板压降低,〔4〕操作弹性大,〔5〕结构简单,造价低；5;〔1〕液泛线,〔2〕雾沫夹带线,〔3〕漏液线,〔4〕液相上限线,〔5〕液相下限线23.板式塔中塔板上溢流堰的作用主要是,填料塔中填料的作用是.保证塔板上有一定高度的液层,以便气液两相充分接触传质；让液体在外表上形成液膜并沿填料间空隙下流,同时让气体在填料空隙间上升并在润湿的填料外表上进行气液两相间的传质..常见的连续接触式的气液传质设备是塔,塔内为分散相,为连续相,为保证操作过程中两相的接触良好,塔内顶部应设装置,中部应设装置.填料；液体；气体；液体分布装置；液体再分布装置.板式塔中气、液两相发生与主体流动方向相反的流动,称现象,它们主要是：①液沫夹带〔雾沫夹带〕,产生的原由于,②气泡夹带,产生的原由于.返混现象；小液滴因其沉降速度小于气流速度被气流夹带至上层塔板和大滴液因板间距小于液滴的弹溅高度而被气流带至上层塔板；液体在降液管中停留时间过短,气泡来不及从液体中别离返回至板面而被液体卷入下层塔板..板式塔中板上液面落差过大导致,造成液面落差的主要原因有.为减小液面落差,设计时可采用的举措常见的有.气流分布不均匀,影响汽液间传质；塔板结构,液相流量,液流长度〔塔径〕；采用结构简单的筛板塔,溢流装置采用双溢流或多溢流..板式塔中气体通过塔板的阻力主要有和两局部.塔板结构设计时,溢流堰长度应适当,过长那么会,过短那么会.溢流堰高度也应适当,过高会,过低会O干板降压；液层降压；降低塔板面积有效利用率；由于降液管截面过小导致流不畅,同时塔板上液流分布不均；使塔板压降增大并易发生雾沫夹带；由于液层高度太小,液体在堰上分布不均,影响传质效果..板式塔的塔板有和两种,塔径较大的塔常采用塔板,以便.塔板面积可分为一4个区域,它们分别是,各自的作用整块式；分块式；分块式；通过人孔装拆塔板；①鼓泡区,设置筛孔、浮阀或泡罩的区域,为气液传质的有效区域.②溢流区,为降液管和受液盘所占的区域.③破沫区,又称安定区,位于鼓泡区和湍流区之间,分两条,入口侧预防漏液,出口侧使液体中夹带的泡沫进入降液管前可局部脱离液体.④边缘区,又称无效区,是靠近塔壁的一圈边缘区,供支承塔板之用..精储塔设计时,假设工艺要求一定,减少需要的理论板数,回流比应,蒸储釜中所需的加热蒸气消耗量应,所需塔径应,操作费和设备费的总投资将是的变化过程.增大；增大；增大；急速下降至一最低后又上升.恒沸精储和萃取精储的主要区别是①;②.恒沸精储添加剂应与被别离组分形成新的恒沸物；萃取精储中的萃取剂那么应具有沸点比原料中组分的沸点高得多的特性.用相对挥发度a=2.16的理想混合物进行平衡蒸储〔闪蒸〕时,Xf为0.5,气化率为60%.那么得气相组成为,液相组成为；假设采用简单蒸储并蒸至才釜温等于闪蒸时温度,那么塔顶产品组成闪蒸时气相组成,汽化率为.0.574;0.385;大于；31、恒摩尔流结果基于的假设是：;;.各组分的摩尔汽化热相等；气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；塔设备保温良好,热损失可以忽略32、对某一板式塔进行改造,假设其他条件不变,增大板间距,那么该塔的操作弹性;液泛气速.增大；提升33、恒沸精储与萃取精储的共同点是,主要区别是.在混合液中参加第三组分,以提升各组分间的相对挥发度差异使其得以别离；恒沸精储参加第三组分,该组分能与原料液中的一个或个组分形成新的恒沸液；萃取精储中参加第三组分萃取剂要求沸点较原料液中各组分的沸点高得多,且不与组分形成恒沸液34、板式塔在相同操作条件下,假设塔板的开孔率增加,那么塔板压降,漏夜量.35、一理想物系,平衡时测得气相组成是液相组成的两倍.假设将含轻组分50%的该物系进行平衡蒸微别离,限制液化率50%,别离后储出液轻组分浓度是原料含轻组分浓度的36、蒸储是利用各组分的不同的特性实现别离的.精储是通过屡次的—和的过程别离混合物.问答：在间接蒸汽加热的连续常压精微过程中,考察经过一块理论板的气液相组成变化情况.发现经过一块理论板后精储段液相组成变化程度要高于对应的气相组成〔即AX>AY］,提储段那么相反.试从物料恒算角度对此加以分析并予以解释三、计算题.用连续精储塔每小时处理100kmol含苯40%F口甲苯60%勺混合物,要求储出液中含苯90%残液中含苯1%〔组成均以mol%计〕,求：〔1〕储出液和残液的流率〔以kmol/h计〕；〔2〕饱和液体进料时,假设塔釜的气化量为132kmol/h,写出精微段操作线方程.JF=D+WJlOO=D+W解：〔1〕任工干二口工口+讨工察代入数据l_100xO4=0r?D+0T01W解此方程组,得D=43.8kmol/h,W=56.2kmol/h〔2〕饱和液体进料时,V=V',即V=132kmol/h,那么L=V-D=132-=88.2kmol/h、i金人e匚nj■口/八/4»工口V-xXn=x+-xD.9-0.6671+0.3精福段操作线万程・••,•：I.氯仿〔CHCb〕和四氯化碳〔CCl4〕的混合物在一连续精微塔中别离.储出液中氯仿的浓度为0.95〔摩尔分率〕,储出液流量为50kmol/h,平均相对挥发度叱=1.6,回流比R=2.求:〔1〕塔顶第二块塔板上升的气相组成；〔2〕精微段各板上升蒸气量V及下降液体量L〔以kmol/h表示〕.氯仿与四氯化碳混合液可认为是理想溶液.解：〔1〕由题知,y1=xd=0.95,R=2TOC\o"1-5"\h\z队一〜.-由相平衡方程“1不-1卜&,得“a一丘-1瓦_丫1_口,9._ns即1'11'1'R1

九1'*□+由精微段操作线方程'‘・+'1\o"CurrentDocument"21217,=——X1十——xn=-x0.92+-?;D.95=OL93那么二'〔2〕V=L+D,L/D=R,V=〔R+1〕DV=3x50=150kmol/h,L=2x50=100kmol/h.一连续精微塔,泡点进料.操作线方程如下：精微段y=0.8x+0.172提储段y=1.3x-0.018求原料液、储出液、釜液组成及回流比.

R1解：由精微段操作线方程一；：-.']-,：1R1R+1,得R=4;R+1口,得xd=0.86将提福段操作线方程与对角线方程y=x联立>-1.3x-0.013y=x解得x=0.06,即xw=0.06将两操作线方程联立V=QZx4-0.172y=13k-0,018解得x=0.38因是泡点进料,q=1,q线垂直,两操作线交点的横坐标即是进料浓度,xf=0.384.用一精微塔别离二元理想混合物,塔顶为全凝器冷凝,泡点温度下回流,原料液中含轻组分0.5(摩尔分数,下同),操作回流比取最小回流比的1.4倍,所得塔顶产品组成为0.95,釜液组成为0.05.料液的处理量为1ookmol/h.料液的平均相对挥发度为3,假设进料时蒸气量占一半,试求：〔1〕提储段上升蒸气量；〔2〕自塔顶第2层板上升的蒸气组成.分析：欲解提储段的蒸气量V,须先知与之有关的精微段的蒸气量V.而V又须通过V(R1)D才可确定.可见,先确定最小回流比Rmin,进而确定R是解题的思路.理想体系以最小回流比操作时,两操作线与进料方程的交点恰好落在平衡线上,所以只须用任一操作线方程或进料方程与相平衡方程联立求解即可.x3x

y解：〔1〕由相平衡方程1(1)x12x及进料方程qXfxq1q12联立解得2x+2x+1=o\o"CurrentDocument"0.50.5x\o"CurrentDocument"0.510.5124840.630.633取xq0.367那么yq12xqXdyq0.950.63R=1.4Rmin1.R=1.4Rmin1.722yqXq0.630.37再由物料衡算方程FDW及FXfDxwWXw解得D50kmol/hWFD50kmol/hV(RVV〔2〕必1)D(1.7221)50(1q)FV0.5FXd0.95136.1kmol/h136.15086.1kmol/hX1由相平衡关系再由精微段操作线方程解得y1(170.86R丫2R1X1XdR-11.7221.72210.865.某二元混合液的精储操作过程如附图.组成为0.95…0.881.72210.52的原料液在泡点温度下直接参加塔釜内,工艺要求塔顶产品的组成为0.75,〔以上均为轻组分A的摩尔分数〕,塔顶产品采出率D/F为1:2,塔顶设全凝器,泡点回流.假设操作条件下,该物系的“为3.0,回流比R为2.5,求完成上述别离要求所需的理论板数〔操作满足恒摩尔流假设〕OD,XDF,xF4W,xw分析：因题中未给平衡相图,只可考虑逐板计算法求理论板数.当料液直接参加塔釜时,应将塔釜视作提福段,然后分段利用不同的操作线方程与相平衡方程交替使用计算各板的气液相组成,

解：直至XXw时止.D/FFFXf11/2,DW

DXdF2DWxw联立解得Xw整理精福段操作线方程yn1RXnR1XdR1yn10.174XN0.214而相平衡方程ax1(a1)x,DW代入物料平衡方程2.53.5xn0.753.5(a)整理成交替利用(a)(b)Xda(a1)y两式逐板计算y10.752.51.5y〔b〕代入〔b〕得Xi0.545代入〔a〕得

V20.603代入〔b〕x20.378xF0.52整理提福段操作线方程LqFRDF2.5D2D4.5D那么J那么J'L'WmW刈L'W4.4.5D,xm4.5DD0.34D4.5DDy'm11.28y'm11.286x'm0.097(c)将x20.378代入©代入〔b〕得x30.203故包括塔釜在内共需得y1.2860.3780.0970.389-xw0.343块理论塔板.6.在一连续精微塔中别离二元理想混合液.原料液为饱和液体,其组成为0.5,要求塔顶储出液组成不小于0.95,釜残液组成不大于0.05〔以上均为轻组分A的摩尔分数〕.塔顶蒸汽先进入一分凝器,所得冷凝液全部彳^为塔顶回流,而未凝的蒸气进入全凝器,全部冷凝后作为塔顶产品.全塔平均相对挥发度为2.5,操作回流比R〔SRmin.当储出液流量为100kmol/h时,试求:塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成;提福段上升的气体量.分析：由于出分凝器的冷凝液L与未液化的蒸气V°成相平衡关系,故分凝器相当一层理论塔板.应注意,自分凝器回流塔论塔板.应注意,自分凝器回流塔内的液相组成解:〔1〕由平衡方程及泡点进料时XqX0与自全凝器出来的产品组成xd不同.0.5yqaxq2.50.5Rmin1(a1)xq11.50.5xdyq0.950.7140.7141.1yqR1.5%xq0.714q1.650.5精福精福段操作线方程XdR1再由平衡方程及y.XD1.65x2.650.950再由平衡方程及y.XD1.65x2.650.950.952.650.623x0.358x0得V.〔皿0.95代入精微段操作线方程〔2〕由V当泡点进料时,(1那么V'(R2.5y^q)F1)D1.50.950.623x02.651000.8840.3580.909265kmol/h7.用一连续精微塔别离由组分A、B所组成的理想混合液.原料液中含A0.44,储出液中含A0.957〔以〔以上均为摩尔分率〕.溶液的平均相对挥发度为状况,并求出q值.2.5,最小回流比为1.63,说明原料液的热解：采用最小回流比时,精微段操作线解：采用最小回流比时,精微段操作线方程为工R11R1.63—!=0j62x+O3641.63+125x由相平衡方程联立两方程y-C,(52i+0.3642.5x14-1jSk解得x=0.367,y=0.592此点坐标〔0.367,0.592〕即为〔xq,yq〕.因Xf=0.44,即XqVXFVyq,说明进料的热状况为气液混合进料.y=—工-xr由q线方程,此线与平衡线的交点即是操作线与平衡线的交点0.^2二一^xd询>0利t1-1q-l解出q=0.676一连续精储塔别离二元理想混合溶液,某塔板的气、液相组成分别为0.83和0.70,相邻上层塔板的层塔板的液相组成为0.77,而相邻下层塔板的气相组成为下同〕.塔顶为泡点回流.进料为饱和液体,求：精微段操作线方程；提储段操作线方程.解：精微段操作线方程其组成为0.78〔以上均为轻组分A的摩尔分数,0.46.假设塔顶与塔底产量比为2/3,试依精微段依精微段操作线方程yn1XnXdR10.83将该板和上层板的气液相组成代入有再将该板和下层再将该板和下层板的气液相组成代入有联立〔a〕、〔b〕解得R2.0,Xd0.780.950.70-X^R1(b)…,公…y那么精微段操作线方程为〔2〕提储段操作线方…,公…y那么精微段操作线方程为〔2〕提储段操作线方程20.95x2121即3y2x0.95L/提储段操作线方程的通式为将L/LqF,FDW代入上式那么有ymWxwLw转化上式为根据ym1解得将有关数据代入q1(泡点进料)LqFWLqFWxmWxwLDR1WDWDxm-JwR1R1xfxwxdxwxw0.13〔c〕,那么提储段操作线方程为2132x21注0.13〔C〕0.46xw0.950.46即3y4.5x0.1959、用一精微塔别离二元液体混合物,进料量100kmol/h,易挥发组分xf=0.5,泡点进料,得塔顶产品xd=0.9,塔底釜液xw=0.05〔皆摩尔分率〕,操作回流比R=1.61,该物系平均相对挥发度a=2.25,塔顶为全凝器,求：(1)塔顶和塔底的产品量〔kmol/h〕；(2)第一块塔板下降的液体组成xi为多少；(3)写出提储段操作线数值方程；(4)最小回流比.解：〔1〕塔顶和塔底的产品量〔kmol/h〕；F=D+W=100〔1〕D0.9W0.05FxF1000.550〔2〕上述两式联立求解得〔2〕第一块塔板下降的液体组成xi为多少；因塔顶因塔顶为全凝器,xDXi"1(1)XiXiy^Xiy^090.80(1)y12.251.250.9〔3〕写出提福段操作线数值方程;V