考研真题 《化工原理》（第2版）（下册）配套题库（真题 课后题 章节题 模拟题）

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由物料衡算得：图6-21则该层塔板的液相莫夫里板效率-日为57.3%。9.用有两块理论板的精馏塔提取水溶液中的易挥发组分，饱和水蒸气S=50kmol/h,由塔加入，无回流，试求塔顶产品浓度及易挥发组分的回收率日。在本题范围内平衡关系可表示为y=3x,液相组成x=0.2时，泡点温度为80℃,比热为100kJ/(kmol.℃),汽化潜热为40000kJ/kmol。[清华大学2001研]解：根据题意可知，进料状态为代入数据即可得：因此可得：由提馏段操作线方程：又根据题中平衡关系有：进而再根据题中平衡关系有：进而有：再根据物料衡算则有：,在式中代入各个参数可得：由上即可计算塔顶产品浓度为：进而求得易挥发组分的回收率为：10.某连续精馏塔在常压下分离甲醇水溶液，其精馏段和提馏段的操作线方程分别为：(1)此塔的操作回流比。(2)料液量为100kmol/h,组成一时，塔顶馏出液量。(3)q值。[清华大学2000研]解：(1)由题意可知：联立上述两式可得：因此，可求得操作回流比为：(2)可知,代入数据并整理得：提馏段,所以有,将该式与一联立，可这样，可求得塔顶馏出液量为40.25kmol/h。(3)由题意可知：q线也过此点，所以有：解得：11.在一常压连续精馏塔中分离某二组分溶液。已知原料液流量为1000.0kmol/h,馏出液—E,塔顶A的回收率为90%,泡点进料，回流比为最小回流比的2.0倍，物系的平均相对挥发度为2.8。求：(1)最小回流比和实际回流比。(2)精馏段操作线方程。(3)提馏段操作线方程。(4)求最少理论塔板数。[重庆大学2009研]继而可得最小回流比：(2)精馏段操作线方程：因此，。又因为,解得：继而可得：而故提馏线操作线方程为：(4)应用芬斯克方程求最少理论板数：代入数据即可求得：12.在连续精馏塔中分离苯-甲苯混合液，原料液流量为141.2kmol/h,其中苯的摩尔分率为0.501,要求馏出液中苯的回收率为97.0%,釜液中甲苯的回收率为98.0%。操作回流比为2.5,进料方式为泡点(饱和液体)进料。求：(1)馏出液和釜液的流量与组成。(2)精馏段操作线方程。(3)提馏段操作线方程。[重庆大学2008研]由上各式联立可解得：(2)精馏段操作线方程为推导可得提馏段操作线方程：13.某二元连续精馏塔原料液组成为E,进料为气液平衡混合物，塔顶馏出液组成为≥易挥发组分回收率为95%,操作回流比E。q(1)原料中气相和液相的组成。(2)最小回流比和精馏段操作线方程。(3)釜液组成w及精馏线与q线交点组成。[重庆大学2007研]又F=D+W,则：(2)根据物料守恒，联立进料q线方程与守恒式：解得：故可得出操作线方程为又由,可得釜液组成w=0.0414.一个连续操作的常压精馏塔，用于分离A(轻组分)-B(重组分)混合物。已知原料中含A组分xF0.45(摩尔分率，下同),进料温度为40℃,该组成下的泡点为95℃,平均(2)最小回流比。(3)提馏段操作线数值方程。(4)若塔顶第一块板下降的液相浓度为0.960,求该塔板以气相组成表示的墨弗里板效率Emv。[华东理工大学2007研]解：(1)由全塔物料守恒可得馏出液的采出率为：(2)由相平衡方程：(3)提馏段操作线方程：其中，由已知可求得热状态参数q为：实际操作回流比R为1.3,而且由(1)中可知。将数据代入上述操作线方程，(4)墨弗里板效率公式为：Emv其中的未知量由精馏段操作线方程得：根据精馏段操作线方程得：代入已知数据，则可求得墨弗里板效率为：15.在连续精馏塔内分离某二元理想溶液，已知进料组成为0.5(易挥发组分摩尔分数，下同),泡点进料，进料量为100kmol/h。塔顶采用分凝器和全凝器，塔顶上升蒸汽经分凝器部分冷凝后，液相作为塔顶回流液，其组成为0.9,气相再经全凝器冷凝，作为塔顶产品，其组成为0.95。易挥发组分在塔顶的回收率为96%,离开塔顶第一层理论板的液相组成为(1)精馏段操作线方程。(2)操作回流比与最小回流比的比值R/Rmin。(3)塔釜液组成xw。[天津大学2007研]解：(1)分凝器的气液相组成符合平衡关系，即=095与相平衡故可求得与—E斜相平衡的气相组成为：yi与xL为操作关系，即：将y₁、xL及xp数据代入上式，解得：(2)泡点进料，所以可有：故最小回流比为：即两者之比为1.254。(3)根据题意有：塔釜液相组成：16.某工厂有两个工段分别产生组成为xFI=0.6(易挥发组分摩尔分率，下同)摩尔流率为F₁及一、摩尔流率为F₂的两种乙醇一水溶液，且。厂方希望在一个常压连续精馏塔中分离出浓度为0.8的乙醇水溶液，且塔釜残液中乙醇浓度不高于0.02,今要求饱和液体进料，操作回流比取2。请给厂设计一座较佳的精馏塔，要求给出理论板层数及进料板位置。[浙江大学2006研]图6-22解：不妨设塔顶、塔底产品流量分别为D、W,塔顶产品浓度为xp,塔底浓度为xF,加料流量为F。对于定态操作物料衡算方程，有：代入数据，可得：由于操作回流比取2,于是精馏段斜率为：提馏段操作线的斜率为：过(0.8,0.8)点可作图，于是有：将数据代入提馏段操作线斜率方程，则有提馏段过(0.02,0.02),斜率为1.5。又因为饱和液体进料，所以q=1。综上分析可知理论板层为10.5块，F1进料第7块，F₂进料第9块。17.某连续操作精馏塔如图6-23所示。已知原料液组成(摩尔分数，下同)原料以饱和液体状态直接加入塔釜。塔顶设全凝器，全塔共有理论板2块(包括塔釜),塔顶采出率二回流比二亩。在此条件下，物系的相平衡关系可表示为一，试计算塔顶采出液浓度xp和塔釜采出液浓度xw。[华东理工大学2006研]图6-23解：由塔顶采出率可得—=,将其代入物料守恒方程：≥根据物系的相平衡方程关系y=4x,且塔顶设全凝器，故：同样，由物系的相平衡关系可知塔釜处：精馏段操作线方程：其中，回流比R=1,且因此有：联立y₂=4x₂=4xw,可得：再联立E,即可求得塔顶采出液浓度和塔釜采出液浓度分别为：18.有两股苯和甲苯的混合物，摩尔流量之比为1:3,其组成分别为0.5和0.2(苯的摩尔分率，下同),在同一精馏塔内进行分离，要求塔顶产品浓度为0.9,塔底产品浓度为0.05,组分的相对挥发度为2.47,试求该精馏过程的最小回流比。[西北大学2006研]代入数据整理得：xq=0.288又知xp=0.9,可得最小回流比为：图6-24将x₁=0.75代入精馏段操作线方程y=0.545x+0.409,则可求得进入第一块理论板(由塔项往下数)的汽相浓度为：20.常温下将乙醇—水混合物(其恒沸物含乙醇摩尔分率为0.894)加以分离，加料≥,x,=0.3(乙醇摩尔分率，下同)进料状态为气液混合状态，其中气相含乙器，泡点下回流，设回流比为：夹紧点不是平衡线与操作线的切点。系统符合恒(2)最小回流比。(3)提馏段操作线方程。则馏出液可能达到的最大浓度为多少?釜液可能达到的最低浓度为多少?[华东理工大学2005研]其中，只有q未知，下面来求解q。设进料中乙醇在液相、气相的摩尔数分别为n₁、n2,因为，=0.3是摩尔分率，因此有：进料的液化率q为：(2)易知，相平衡方程：代入上述相平衡方程，则可求出相对挥发度所以最小回流比为：(3)提馏段操作线方程式为：可知，只需求出R、D即可。由于设回流比二E=,故操作回流比为：再对全塔进行物料衡算：代入已知数据，则有：将R和D代入提馏段操作线方程，可得：上式即为所求的提馏段操作线方程。(4)由题意可知，此时的最小回流比即为操作回流比，因此有：又恒沸混合物含乙醇的摩尔分率(0.894)小于操作回流比(0.912),因此，可知馏出液可能达到的最大浓度为0.894,塔釜可能达到的最低浓度为：21.如图6-25所示，在一常压精馏塔内分离某二元混合液，塔顶为全凝器，泡点回流，回流比为8,相对挥发度为2.4塔上部有侧线采出料组成E=(摩尔分率，下同)。进料组成=0.05,试求：(1)侧线采出量D₁(kmol/s)。(2)写出采出液D₁与进料F之间的操作线方程。(3)最小回流比。[西北大学2005研]图6-25对目的产物衡算：于是(2)物料衡算：侧线采出：所以： ①的操作线方程：(3)侧线采出时，亩总是小于回，即：根据：于是：,22.今用一连续精馏塔分离苯、甲苯液体混合物，原料液处理量为100kmol/h,其中苯含量为0.4(摩尔分率，下同),塔顶苯的回收率为99%,塔底甲苯的回收率为98%。现从精馏段某块板上测得上升蒸汽的组成为0.784,上一块板流下的液相组成为0.715。试求：(1)塔顶及塔底产品的流量及组成。(2)操作回流比及精馏段操作线方程。[郑州大学2005研]解：(1)由塔顶苯的回收率可得方程：③联立①式~③式解得：(2)精馏段操作线方程：度|,试求以液相组成表示的第n板的单板效率。[郑州大学2005研](均为摩尔分率),加料F=tnkmadl6。F、T、B均为饱和大学2004研]代入数据可得：对于塔Ⅱ:代入数据可得：联立①式、②式解得：①②(2)对于理想混合物，F、T点均有可能为夹点。代入数据，则可求得夹点坐标为：e₁(0.7,0.82)。从而求得最小回流比为：不妨设塔I的F、B之间的提馏段上升气体和下降液体的流量分别为V、,则可求得提馏段的斜率为：对塔I的塔釜进行物料衡算：联立提馏段的斜率，可求得塔釜上升气体的流率为：设两股进料间(F与T之间)和精馏段气体流率分别为-日、V,则有：因为R2min>R1min,故此提馏段的最小回流比为1.456,即塔I的最小回流比为1.456。(3)对塔I的回流比取R=1.5R2min时，有：25.在连续精馏塔中初步分离A-B溶液(A为易挥发组分),塔釜间接蒸汽加热，塔顶全凝器，泡点回流。进料中含A35%摩尔分率，进料量为100kmol/h,以饱和蒸汽状态进入第三块板(从上往下数)。已知塔顶馏出液量为40kmol/h,系统的相对挥发度为2.5,精馏段操作线方程为y=0.8x+0.16,各板均为理论板。试求：(1)提馏段的操作线方程。(2)离开第四块板的液相组成(以A的摩尔分率计)。(3)加料位置是否最佳。[浙江大学2004研]解：(1)根据精馏段操作线方程：解：(1)根据精馏段操作线方程：截距为所以有所以有R=4不妨设塔顶、塔底产品流量分别为D、W,塔顶产品浓度为xp,塔底产品浓度为xF,加料流量为F,对于定态操作物料衡算方程，有：F=D+W=由题意可知，2。代入已知数据，则有：提馏段操作线方程为：根据塔内气流率公式：代入已知数据，则可求得塔内气流率为：塔内液流率为：因此，可以求得提馏段的操作线方程为：(2)依据相平衡方程：由题意可知，=。代入数据，可得：由精馏段操作线方程可得：根据相平衡方程，可得：同理可得：第三块板加料，因此y₄-x3满足提馏段操作线方程，则：即离开第四块板的液相组成为0.2326。(3)提馏段操作线方程：精馏段操作线方程：分别代入可得点(0.2375,0.35),有：因为。由此可知，第4块板加料位置最佳。26.在常压精馏塔中分离有两股进料的某理想混合液，两股料液的摩尔流量相同，组成分别为0.5和0.2(易挥发组分的摩尔分率，下同),两者均为泡点进料，并在适当位置加入精馏塔中，若要求馏出液组成为0.9,釜液组成为0.05,试求：(1)塔顶易挥发组分的回收率。(2)精馏过程的最小回流比。塔顶采用全凝器，塔釜为间接蒸汽加热，塔内流股为恒摩尔操作条件下相平衡关系可表示为1。[西北大学2004研]图6-27(1)根据已知有：又因为：于是有：①对全塔进行物料衡算：代入①式可得：变化即有：经比较，于是：27.某制药厂用板式精馏塔回收丙酮，含量为75%(摩尔%,下同)的废丙酮液媒。该精馏塔共装有28层塔板，塔顶采用全凝器，泡点回流；塔底采用再沸器间接加热。因在常压下操作，该分离物系可视为二元理想物系，其平均相对挥发度为1.8。现场测得一组数据如下：馏出液中丙酮的含量96%釜残液中丙酮的含量5%精馏段液相的负荷40kmol/h精馏段气相的负荷60kmol/h提馏段液相的负荷66kmol/h提馏段气相的负荷60kmol/h试根据以上数据核算：(1)丙酮的回收率。(2)操作回流比与最小回流比的比值。(3)该板式塔的总板效率。[天津大学2003研]提示：吉利兰图中的曲线可用下式表示，即：(2)操作回流比R与最小回流比Rmin的比值：回流比为：最小回流比为：根据相平衡方程：因为1,代入上式可得：将yq、Xp、xq分别代入最小回流比中可得：即操作回流比R与最小回流比Rmin的比值为1.614。(3)总板效率：式中N的计算如下：由于：由公式：Y=0.5458-0.5914X+0.00又因为：于是可得：该板式塔的总板效率为61.54%。压力下的相对挥发度现希望塔顶苯组成达到0.9,问能否满足要求?若保持进料位置、F、XF、q、R不变，使V'增大，试定性分析塔顶、塔底组成的变化趋势。[浙江大学2003研]可得：由物料衡算公式：于是可有：从y₁依次应用相平衡方程和操作线方程假设全部按照精馏段来计算可以得出：所以不能够满足要求。由公式： 可以得出V增大。由公式：可知L'也增大。同理由公式：由斜率公式：综上可知，斜率必然减小，由以上条件应用图形法画出前后的操作方程如图6-28所示。图6-28由图可知，斜率必然减小，则塔顶组成xD减小，塔底组成xw减小。29.采用连续精馏塔分离苯、甲苯混合物，进料量为100kmol/h,进料中苯(易挥发组分)浓度0.4(摩尔分率，下同),饱和汽体进料。该塔塔顶设全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品苯浓度为0.99,塔釜产品苯浓度为0.03,操作条件下，该物系相对挥发度α=2.5,实际回流比为最小回流比的1.5倍。试求：(1)塔顶采出率和易挥发组分的回收率。(2)精馏段和提馏段的操作线方程。东理工大学2003研]解：(1)塔顶采出率和易挥发组分的回收率分别为-和由题意可知：(2)因进料为饱和气体进料，故-日，于是，最小回流比：实际回流比为最小回流比的1.5倍，所以实际回流比为：精馏段操作线公式为：这样，可以求出提馏段操作线方程为：(3)同样，可以用物料衡算方程组对所求进行关联。当塔板为无数多时，回流比为最小回流比，又因为保持回流比保持4.67不变，所以有：由上式求得,由于日为摩尔分率，不可能大于1。故只能取塔顶产品的极限塔釜停止供应蒸汽则：30.用精馏塔分离某二元理想溶液，泡点进料，进料浓度为s=0.3(摩尔分率)。若采出率(馏出液与料液之比),回流比为3,相对挥发度为2.5,当所需理论板数为无穷多时，则塔顶馏出液浓度最大可达多少?并写出精馏段、提馏段两段的操作线方程。[浙江大学2002研]解：当理论板数为无穷多时，夹紧点出现的可能性有3个。可能性一：夹紧点出现在塔顶处，即=1。此时：因为4=1,所以二E=,于是：可能性三：夹紧点出现在塔底处，即=0,此时有：31.采用连续精馏塔分离某双组分液体混合物，进料量为200kmol/h,进料中易挥发组分浓度0.4,汽液混合物进料，汽：液=1:1(摩尔量之比)。该塔塔顶设全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。要求塔顶产品浓度为0.95,塔釜产品浓度为0.05(以上皆为摩尔分率),操作条件下，该物系相对挥发度α=2.5,实际回流比为最小回流比的1.5倍。试求：(1)塔顶易挥发组分和塔釜难挥发组分的回收率。(2)精馏段和提馏段的操作线方程。(3)若第一块板的汽相默弗里板效率Emv为0.6,求塔顶第二块板(自塔顶向下数)上升汽相的组成。[华东理工大学2002研]解：(1)对全塔进行物料衡算，则有：品浓度=095(摩尔分率),塔釜产品浓度=0.05(摩尔分率)。将这些数代入上式，于是，可求得塔顶易挥发组分的回收率和塔顶难挥发组分的回收率分别为：(2)本题的关键是求出最小回流比。为此可利用进料方程和相平衡方程进行联立求解。由题意可知，汽液混合进料，且汽：液=1:1(摩尔量之比)。假设液相占进料量的分率为q。于是气化率为：那么进料方程为：因该物系相对挥发度=2.5,因此相平衡方程为：联立方程①式和②式，可求得夹点e的坐标为：(0.29,0.51)。最小回流比为：由于实际回流比为最小回流比的1.5倍，故操作回流比为：于是可得精馏段操作线方程为：代入已知数据，则有：(3)塔顶泡点回流，因此有：因第一块板的默弗里板效率为0.6,所以有：32.在一具有N块理论板的精馏塔中分离苯-甲苯混合液。进料量=5bb,进料中苯的摩尔分率等=0.45,泡点进料4=1,加料板为第四块理论板(从上往下数),塔釜上升(1)精馏段、提馏段的操作线方程。(2)离开第4块理论板的苯的液相组成。(3)此时加料位置是否合适?(4)若加料板下移一块理论板，其余(F、XF、q、V'、R)不变，则xp将如何变化?已知苯-甲苯体系的相对挥发度二1=。[浙江大学2001研]解：(1)根据精馏段方程：根据物料守恒：(2)第4块板加料，因此求y₂、y3、y4用精馏段操作线方程，求y₅才用提馏段操作线方程。或由y₁=0.901及平衡线方程可得：根据精馏段操作线方程：(3)由于4=1,因此进料线与精馏段操作线的交点d的横坐标=,二E=,所以x₄<xa<x₃。从而第4板块加料位置最好，合适。(4)偏离最佳加料位置，而F、xF、q、V"、R不变，使全塔分离能力下降，即xp下降，xw上升。33.一连续操作的常压精馏塔用于分离双组分混合物。已知原料液中含易挥发组分=0.40(摩尔分率，下同),进料状况为汽液混合物，其摩尔比为：汽量比液量=1:1,所达分离结果为塔顶产品-098,塔釜残液—该系统的相对挥发度α=2,操作时采用的回流比R=1.6R。试计算：(1)易挥发组分的回收率。(2)最小回流比Rmin。(3)提馏段操作线的数值方程。(4)若在饱和液相组成=的塔板处抽侧线，其量θ又和有侧线时获得的塔顶产品量D相等，减少采出率D/F,回流比，理论板为无穷多，那么此时塔顶的浓度xp可能维持的最高值将是多少?[华东理工大学2001研]解：(1)列全塔物料衡算和轻组分物料衡算：①②联立①式、②式解得：(xe,ye)=(0.3即(3),于是提馏段操作线：(4)侧线出料时，I、Ⅱ、Ⅲ三段操作线方程为：要使理论塔板无穷多，则操作线必于平衡线交于一点，很明显如图所示I、Ⅱ、Ⅲ三段操作线与平衡线交于一点。将q(0.3177,0.482)代入Ⅱ线方程可得R=5时最大分离效果xp,令xw>0,于是可得：D/F<0.2465,或D/F>0.5(由题意可舍去)。即只需证D/F<0.2465即可保证xw>0,所图6-2934.用连续精馏塔分离双组分混合液，混合液中含易挥发组分x=0.4(摩尔分率，下同),原料以饱和液体状态加入塔中部，塔顶全凝，泡点回流α=2.5,要求塔顶产品浓度=0.8,塔顶易挥发组分的回收率，塔釜间接蒸汽加(1)完成上述分离任务的最小回流比。(2)若操作回流比取最小回流比的1.5倍，则进入塔顶第一块塔板的汽相组成为多少?[华东理工大学2000研]解：(1)由相平衡关系可得：(2),故而可得精馏段操作线方程为：①②釜液组成=0.05。塔顶采用全凝器，操作回流比为最小回流比的1.823倍。每相默氟里效率二。若精馏段操作线方程为=;本题范围内气液平衡方(1)计算塔釜重组分的收率。(2)计算从塔顶向下第一块实际板下降的液相组成。(3)通过计算，判断该二元混合物的进料热状况。[天津大学2000研]解：(1)依题意：①②将有关数据代入②式解得：将有关数据代入①式得到：即塔釜重组分的收率为98.27%。(2)塔板的气相默氟里效率：代入上式解得：从塔顶向下第一块实际板下降的液相组成为0.9765。(3)最小回流比为：因为—E=,所以本题为饱和液体加料，故4=1。36.在连续精馏塔中分离苯一甲苯溶液，塔釜间接蒸汽加热，塔顶全凝器，泡点回流。进料中含苯35%(摩尔分率，下同),进料量为100kmol/h,以饱和蒸汽状态进入第三块板。已知塔顶馏出液量为40kmol/h,系统的相对挥发度为2.5,精馏段操作线方程为?=03.-师，各板的板效率均为1。试求：(1)塔顶、塔底的出料组成。(2)提馏段的操作线方程。(3)离开第四块板的液相组成。[浙江大学1999研](1)精馏段操作线方程为：于是可有：联立上述两式可得：塔底出料量为：由物料衡算公式：=代入数据可得：即塔顶的出料组成为0.8,塔底的出料组成为0.05。(2)塔内气流率：代入数据可得：所以塔内液流率：L'=V'+W=100+60=160(故提馏段操作线方程为：(3)由题意可知：由相平衡方程可得：再由精馏段操作线方程可得：第三块板加料，因此满足提馏段操作线方程，则：离开第四块板的液相组成为0.2326。37.如图6-30所示，用常压连续精馏塔分离某双元组分混合液，饱和液体进料，塔顶为全凝器，塔釜讲解蒸汽加热(不相当于一块理论板),原料液≥(摩尔分率，下同),馏出液=内只有一块理论板，相对挥发度为α=2,试求：(1)馏出液浓度xp,塔底产品挥发度xw各为多少?(2)xD的最高值为多少?[武汉科技大学2008研]图6-30解：(1)因为题中只有提馏段，没有精馏段，所以物料衡算为：≥根据题意可知：塔内只有一块理论板，并且塔顶组成和塔底组成互成平衡关系，故：联立①式和②式，解得：①②即馏出液浓度二E=,塔底产品挥发度即xp的最高值为0.667。进料组成为=(摩尔分率，下同),已知塔顶产品量D和塔底产品量W相等，精馏(1)回流比R、塔顶产品组成D、塔底产品组成w。(2)提馏段操作线方程。[武汉科技大学2007研]解：(1)精馏段操作线方程：于是有：解得：R=4,=0.90又因为塔顶产品量D和塔底产品量W相等，根据物料衡算有：回流比一日、塔顶产品组成=090、、塔底产品组成=0.1(2)将2[=代入上述方程，得到提留段操作线方程的具体形式为：39.分离苯-甲苯混合液，原料液中含苯0.5(摩尔分率，下同),泡点进料馏出液中要求含苯0.95、塔顶用分疑器-全凝器流程(见图6-31),测得塔顶回流液回流液中含苯0.88,离(1)说明分凝器内的相平衡关系，并求相对挥发度α。(2)求操作回流比R。[浙江工业大学2007研]图6-31解：(1)根据相平衡方程：(2)根据精馏段操作线方程：>40.某精馏塔分离A、B混合液，料液为含A、B各为50%(摩尔分率，下同)的饱和液体，处理量为100kmol/h,塔顶、塔底产品量各为50kmol/h,要求塔顶A组成为0.9。已知精馏段操作线方程为=,设该塔的总板效率为0.5,塔底用再沸器间接蒸汽加热，塔(1)塔底产品组成xw。(2)塔顶全凝器每小时冷凝蒸汽量，kmol/h。(3)蒸馏釜每小时产生蒸汽量，kmol/h。(4)提馏段操作线方程。(5)相对挥发度α=3,塔顶第一块实际板的液相Murphree单板效率为0.6,求离开第二块(6)该塔在操作条件不变的前提下，由于长期运行板效率下降的原因，使得塔顶产品中易挥发组分含量下降(采出量D不变),试定性说明为保证产品质量，应采取什么措施?同时应考虑什么问题?[江苏工业学院2007研](1)根据物料守恒，对全塔进行物料衡算：F=D+W(2)由精馏段方程=:!可得：(3)根据塔釜的物料衡算可得：(4)根据(3)的计算结果，代入提馏段操作线方程，可得：(5)依据题意可知：=x=09,又知道相对挥发度α=3,于是根据相平衡方程可知：又因为塔顶第一块实际板的液相Murphree单板效率为0.6,所以有：解得x₁=0.81。代入精馏段操作线方程y=0.6x+0.36,则有：(6)增大回流比R,蒸馏釜每小时产生蒸汽量增大，加热功率增大，此时应该考虑不出现41.精馏用一连续精馏塔分离苯、甲苯液体混合物，塔顶设全凝器，塔底设再沸器。进料量为150kmol/h,其中含苯0.4(摩尔分率，下同),泡点进料，通过取样测得塔顶馏出液中苯回收率为92.20%,塔底产品中苯的组成为0.05,实际操作回流比—E,已知操作条件下α=25,设该塔在最适宜位置进料，试求：(1)塔顶、塔底产品流量及塔顶产品组成。(2)塔釜上升蒸汽量V。(3)因长期操作，再沸器内结垢，试问对塔顶、塔底产品质量有何影响?如何才能维持产品质量不变?假设此时D不变(写出分析过程)。[浙江工业大学2006研]解：(1)塔顶、塔底产品流量分别为D、W,塔顶产品浓度为xp,塔底产品浓度为xF,加料流量为F,对于定态操作必然有：知塔顶馏出液中苯回收率为92.20%,即：即塔顶产品=;塔底产品;流量及塔顶产品组成(2)由塔内气流量公式：可见，塔釜上升蒸汽量(3)如果再沸器内结垢，则会导致传热不良，V量减小，而D又不变，由：可知，回流比R减小，亦即精馏段操作线斜率减小，于是精馏段操作线会靠近平衡线，不利于分离，从而导致液相平衡浓度xp减小。对全塔物料进行衡算：F-D+W由上述衡算式可知，当F、D、W、xf不变时，液相平衡浓度减小时，xw必然升高。可见，要维持产品质量不变，应及时清污，防止沸器内结垢；或提高再沸器的加热蒸汽压力，以保持塔内气流量不变或略有增大。42.在连续精馏塔中分离苯一甲苯溶液，塔釜间接蒸汽加热，塔顶全凝器。已知原料液流量为1000kmol/h,进料中苯的摩尔分率为0.47,原料液以气液混合物状态进入塔内，若要求釜液组成为0.04,馏出液组成为0.96,系统的相对挥发度为2.45。试求：(1)要达到上述分离程度，回流比至少应大于多少?(2)此时苯的塔顶采出率。(3)所得的塔顶产品量和塔底产品量分别为多少?(4)试分析精馏段和提馏段的气液流量的大小关系。[武汉科技大学2006研]又知道系统的相对挥发度为2.45,所以平衡线方程为：联立以上两方程求解可得：于是得到最小回流比为：所以，实际回流比应大于1.727。(2)根据轻组分回收率公式：代入数据得到苯的塔顶采出率：(3)根据公式：代入已知：因为F=1000,于是塔顶产品量：(4)根据公式：43.以连续精馏分离正庚烷(A)与正辛烷(B)。已知相对挥发度α=2.16,原料液浓度1(正庚烷的摩尔分率，下同),塔顶产品浓度—E,加料热状态一，馏(1)写出精馏段与提馏段操作线方程。(2)采用逐板计算法计算离开塔顶第二块理论塔板的汽液相组成。[武汉科技大学2005研]解：(1)由平衡线方程：由L与L'以及V和V的关系：(2)用逐级计算法计算离开塔顶第2块塔板的汽、液体浓度组成：计算顺序：已知44.用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol/h,加料组成为50%,塔顶产品组成一产量同=S@msilb,回流比R=2R,设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度α=3。求：(1)Rmin(最小回流比)。(2)精馏段和提馏段上升蒸汽量。(3)列出该情况下的精馏段操作线方程。[合肥工业大学2005研]解：(1)想平衡方程：根据题意可知，泡点进料4=1,==,可有：(2)根据塔内气流率公式：(3)精馏段方程：45.用连续精馏塔分离理想液体，饱和液体进料，已知进料液体中含易挥发组分55%(摩尔百分数，下同)与次相平衡的气相组成为75%,要求塔顶产品含挥发组分95%。求：(1)最小回流比。(2)若加料板上液体组成与进料组成相同，回流比为1.5求进料板上一板流下的液体组成。[浙江工业大学2005研]解：(1)因为饱和液体进料，所以4=1;又因为进料液体与气相达到平衡，所以有故此解得，即最小回流比为1。(2)泡点回流时的精馏段操作线方程为：46.用连续精馏塔每小时处理100kmol含苯40%、甲苯60%的混合液，要求馏出液中含苯1%(组成均以摩尔分率计)试求：(1)馏出液和残液各多少kmol/h?(2)饱和液体进料时，已估算塔釜每小时汽化量为132kmol,问回流比为多少?[浙江工业大学2004研]解：(1)依据题意已知：F-tikmal,>,=0.9,x=0.01塔顶、塔底产品流量分别为D、W,塔顶产品浓度为xp,塔底产品浓度为xF,加料流量为F,(2)根据题意可知饱和液体进料，所以q=1,塔釜每小时汽化量=L=V'+W-qF=132+56.2-1×100=88.247.某一正在操作的连续精馏塔，有塔板15块，塔顶设全凝器，用于分离苯和甲苯的混合液。混合液中含苯40%,泡点进料，馏出液含苯90%,残液含苯5%(以上皆为摩尔分率),(1)求最小回流比Rmin。(2)如果采用回流比R=3.92,求理论塔板数N及总板效率Er。(3)如果单板效率等于总板效率，试求提馏段最下一块板上升蒸汽的组成。[浙江工业大学2004研]解：(1)根据题意，因为是泡点进料，所以有4=1。如图可知，当q=1时，图6-32根据最小回流比公式：解得最小回流比Rmin=1。(2)精馏段操作线的斜率公式为当回流比R=3.92时，则有：精馏段操作线方程为：代入数据，得：因为泡点进料，所以q=1,故由图中可得理论板数，则总板效率为：(3)再沸器近似于一块理论塔板，将其设为第n块塔板，则从再沸器板上滴下的液体组成根据相平衡方程：代入平衡数据，得：因提馏段最下一块板上升蒸汽与-曰符合相平衡方程，把-1代入相平衡方程可得：生成的气体B再由催化剂表面向气相主体扩散。若J及N分别表示在传质方向上的分子扩散通量与传质通量，则稳定时JAJg,NANB。[浙江大学2003研]【答案】=<查看答案【解析】双组分体系中，总有一=。又：1.某低浓度逆流吸收塔在正常操作一段时间后，发现气体出口含量Y₂增大，原因可能是()。[四川大学2008研]A.气体进口含量Y₁下降B.吸收剂温度降低C.入塔的吸收剂量减少D.前述三个原因都有【答案】C查看答案【解析】气相传质单元数,显然，吸收因子口越大越有又吸收因子当吸收剂量减小，即三减小时，吸收因子会减小，那么就越不利于相平衡常数m是吸收剂温度的函数，且当减小时，m减小。在其他条件都不变的情况下，由于,若气体进口减小，则出口气体日减2.在吸收塔某处，气相主体浓度=,液相主体浓度=,气相传质系数,气相总传质系数=,则该处气液界面上气相浓度三应为【答案】B查看答案3.正常操作下的逆流吸收塔，若因某种原因使液体量减小以致液气比小于原定的最小液气比时，下列哪些情况将发生?并对选择结果作出解释(可图解)。[四川大学2009研]A.出塔液体浓度X₁增加，回收率增加B.出塔气体浓度增加，但X₁不变C.出塔气体浓度与出塔液体浓度均增加D.在塔下部将发生解吸现象【答案】C查看答案【解析】吸收的操作线方程为图7-1从上图可知，液体量L减少，将导致操作线斜率减小，即。在曰和Y不变的情况下，操作线向上平移，如上图所示，则液相出塔浓度目增加至曰，气体出加至目。由于,而>1,所以日<7,即回收率减小。1.萃取过程与吸收过程的主要差别有哪些?[四川大学2006研]答：(1)原理不同：吸收是利用气体混合物中各组分在溶解度中溶解度的差异实现分离气(2)相平衡的表述方法不同。(3)萃取设备结构不同。1.在一吸收塔中，用清水逆流吸收某气体混合物，入塔气相组成为0.04(摩尔分率，下同)操作条件下物系的平衡关系为—E=,操作气液比为1.2出塔气相组成为0.01,吸收过程为气膜控制，(V为气体混合物中惰性气体的摩尔流率)。气液两相流量分配相等，此时气体出口组成为多大?[华南理工大学2008研]因为，所以(2)完全相同的塔并联逆流操作时，即对于每个塔入塔气、液组成相同，则有：所以,而可得：解得：2.如图7-2所示，有一座用油吸收煤气中苯蒸汽的吸收塔，已知煤气流量为2240(标准一),入塔气体中含苯4%,出塔气体中含苯0.8%(均为体积分率),进塔油中不含苯，取液体用量L=1.4Lmin,已知气液平衡关系为==1。试求：(1)吸收率7。(4)求吸收的对数平均推动力曰。为多少(kmol/h)?并示意画出带部分循环和不带循环的两种情况下的操作线。[清华大学2002研]图7-2解：(1)进气中苯的气相摩尔比为：(2)当出口处气、液相正好达到平衡状态时，有最小液气比为：因为入口气体总体积为所以纯煤气体积为则最小油体积为根据液体用量与进塔油体积关系得到：(3)根据物料守恒，得：将已知数据代入，解得：(4)由题意可知：度-口最大。根据气液平衡条件，得：因此有最小液气比为：则最小的入口油量：回流液体中最小油量：又回流液体中苯的液相摩尔比—=,则可得回流液体总量的最小值：部分循环和不带循环情况下的操作线如图7-3所示。(2)由题意及△Ym的定义可得：对解吸塔进行物料衡算可得：整理上式并代入数据可得：进而可求得吸收塔总传质单元数为：(3)因为B=,所以：o又根据物料衡算有：o当G'改变时，并产影响吸收塔的No,则对于吸收塔有：4.在填料层高度为3m的常压逆流操作的吸收塔内，用清水吸收空气中的氨，混合气含氨5%(体积，以下同),塔顶尾气含量0.5%,吸收因数为1,已知在该塔操作条件下，氨-中，按的浓度为18.89g/1000g(水)。试求：(1)吸收液的出口浓度。(2)该填料塔的气相总传质单元高度，m。(3)等板高度，m。[清华大学2000研]由吸收因子得,代入数据得：根据物料衡算有：=1。整理并代入数据，可求得吸收液的出口浓度为(2)气相总传质单元高度为：(3)由题意可知A=1,所以二=。因此，可求得等板高度为：5.在塔径为1.2m的逆流操作的填料吸收塔中，用清水吸收20℃、101.325kPa的某混合气体中的CO₂,混合气体的处理量为1000m³/h,CO₂的体积含量为12%,其余为惰性气体。要求CO₂的吸收率为90%,塔底出口溶液浓度为0.2kgCO₂/1000kgH₂O,操作条件下的气液解：(1)如图7-5所示，可知一对全塔进行物料衡算：所以有：(2)塔截面积为：故液相总传质单元高度为：二所以，又因为：所以，这样，可求得总传质单元高度为：(3)改用性能更好的填料后，即比面积看增大，则Kya增大，此时,则有由于填料层高度不变，则>1,所以新工况下：6.在一常压逆流操作的填料吸收塔中，用清水处理3000m³/h、含NH₃7%(体积)的空气，要求NH₃的回收率为98%,取塔底空塔气速为1.0m/s,实际用水量为最小用水量的1.6倍，已知塔内操作温度为25℃,平衡关系为Y=1.3X(比摩尔分率),气相体积总传质系数Kya(1)用水量和出塔溶液浓度。(2)填料层高度。(3)若入塔水中已含NH₃0.1%(摩尔分率),所需填料层高度可随意增加，能否达到99%的回收率?并说明理由。[四川大学2006研],。(1)根据上述数据，可得：图7-6混合气体中情性组分的摩尔流量为：由物料衡算知：因此有：所以，。代入数据得：解得：(2)总传质单元高度：塔径：塔截面：所以总传质单元高度：又可知因此总传质单元数为填料层高度：原工况下：新工况下：由于高度可以任意增加，则：代入数据得：可见，回收率达不到99%。7.在逆流操作的填料塔内，用20℃的清水吸收氨气—空气混合气中的氨气，已知混合气流量为540m³/h(标准状态下),塔底气体进塔浓度为0.06(摩尔分率),要求氨的回收率为99%,已知塔内径(直径)为0.8m,清水用量为1.1m³/h,操作条件下的平衡关系为Y*=0.9X,气相总体积传质系数Kya=107kmol/(m³h),20℃水的密度为998.2kg/m³。试求：(1)吸收液的出口浓度X₁(摩尔比)。(2)气相总传质单元数Nog及所需的填料层高度z。(3)若混合气流量(标准状态下)增加20%,维持操作压强和用水量不变，要达到原来的回收率，填料层高度至少应调整为多少?(已知吸收过程为气膜控制，Kya与气体流速的0.8次方成正比)。[华南理工大学2007研]解：下面计算中下标1表示塔底，下标2表示塔顶。(1)由物料恒等式可得：其中，用水量为操作条件下惰性组分的摩尔流量为：故代入物料恒等式解得：(2)填料层高度：先计算气相总传质单元数：于是，计算得：再计算气相总传质单元高度：(3)混合气流量增加20%,则惰性气体流量增为：按(1)、(2)的计算过程重新计算填料层高度，可得：8.当采用理论板概念计算低含量气体逆流吸收过程时，若液气比为L/G,物系相平衡服从y=mx,则所需理论板数Nr与传质单元数Nog的关系为：试推导证明上式。[华东理工大学2007研]解：Nog的推导。由物系相平衡方程],及逆流吸收塔的操作线方程可得：根据物系相平衡方程可知—=。再将逆流吸收塔的操作线方程两端同乘以，于是可得：①下面用类推法来求理论板数Nr。在1、2两板之间任一截面到塔顶范围内做系分A的物料令,对上式化简得：②同理，在2、3两板间任一横截面到塔顶范围内作系分A的物料衡算，可得：联立上述两式，可得：依此类推有：上述方程两端同时减去mx₂,整理得：联立③式、④式，整理得：将代入上式，即有：得证。NTlnA=Nog(1=1/A)③④9.在逆流吸收塔内用纯溶剂吸收某混合气体中的溶质A。操作条件下的平衡关系为Y*=mX(X、Y*均为摩尔比组成),吸收剂用量为最小用量的1.5倍，气相总传质单元高度Hog0.9m,且气相总体积吸收系数Kyac(V)0.8,V为气相惰气摩尔流量，若要求溶质A的回收率达到95%。试求：(1)所需填料层的有效高度。(2)若将混合气体的处理流量增加10%,在原有操作条件下(气相入塔组成、吸收剂用量、操作温度、压力不变),希望溶质A的回收率仍能达到95%,试计算需将填料层的有效高度增加多少m?[天津大学2007研]解：(1)填料层高度：依题意可有：于是：即填料层高度为5.725m。(2)气相传质单元高度为：解吸因数变为：所以有：小液气比的1.5倍。如果吸收塔所用填料的传质单元高度Hog0.6m,则所需的填料层高度为多少?[华东理工大学2006研]解：可用吸收因数求传质单元数的方法来求解此题。令A为吸收因数，则解吸因数为：传质单元数方程如下：易知，在纯溶剂中，x₂=0。由亨利定律y*=mx,可得E=,代入传质单元数方程，则有：如果回收率为90%,则：将上述求解的解吸因数以及—E=,代入传质单元数方程，则有：由已知Hog=0.6m,则可得填料层高度为：11.用纯水吸收空气-氨混合气体中的氨，氨的初始浓度为0.05(摩尔分率),要求氨的回收率不低于95%,塔底得到的氨水浓度不低于0.05%。已知在操作条件下气液平衡关系(2)采用部分吸收剂再循环流程，新鲜吸收剂与循环量之比为20,气体流率不变，Kya也(3)通过以上计算你可得到什么结论?一般什么情况采用吸收剂再循环使用?[西北大学2006研]解：(1)由题意可知，氨的初始浓度—率—则根据物料衡算，可求得又根据气液平衡关系=,则有：(2)由题意可知，新鲜吸收剂与循环量之比为20。根据物料衡算方程：(3)通过以上计算可知，吸收剂再循环可提高吸收剂入口的浓度，降低平均传质推动力，如果传质系数-旧不变，则H将大幅度提高。但当循环量达到一定程度时，塔高再大也不12.今有常压逆流操作的填料吸收塔，用20℃清水吸收原料气中的某有机物A。已知处理气量为1000m³/h(标准状态),原料气中含A7%,吸收后的水溶液中A的浓度等于出塔液相极限浓度的67%。要求A的回收率为98%,吸收平衡关系可取为y=1.15x。取塔内的气体空塔气速为0.5m/s,此时总体积传质系数Kya=95kmol/(m³·h)。试求：(1)用水量，kg/h。(2)填料层高度，m。[浙江大学2005研](2)根据解吸因数公式,则有13.在常压逆流操作的填料塔内，用纯溶剂s吸收混合气体中的可溶组分A。入塔气体中A的摩尔分率y=0.03(摩尔分率),要求其吸收率为95%。已知操作条件下mG/L=0.8(m可取作常数),平衡关系为Y=mX,与入塔气体成平衡的液相浓度xie=0.03(摩尔分率)。试计算：(1)操作液气比为最小液气比的倍数。(2)吸收液的出塔浓度X₁(摩尔分率)。(3)完成上述分离任务所需的气相总传质单元数NoG。[西北大学2005研]解：(1)由摩尔比和摩尔分数的关系可得：因为吸收率为95%,所以有：因为—B=是与入塔气体成平衡的，所以根据Y=mX,可得：由题意可知mG/L=0.8,所以：(2)由物料衡算方程：(3)用对数平均力法求其传质单元数：14.某逆流吸收填料塔，用纯溶剂等温吸收混合气中的可溶组分A。在常压、20℃下操作时的混合气体流量为0.025kmol/s,气体混合物中A的初始浓度为0.02(摩尔分率，下同),塔径为1m,气相体积总传质系数为0.0522kmol/(m³.s),操作条件下平衡关系为操作液气比为最小液气比的1.2倍。试求：(1)若要求吸收率为95%,则所需的填料层高度为多少?(2)若进塔溶剂的浓度改为0.005,气体进塔浓度，气、液流量和相平衡关系不变，则吸收率为多少?[郑州大学2005研]解：(1)塔高度：其中气体摩尔流量==1,其中塔的截面积：吸收因子A=L/(mG),具体到题中可有：=(2)若E,其他操作条件不变，又又吸收率为0.665。一定，因此有：15.拟在一填料塔内用清水吸收含氨1.5%(体积%)的气体混合物(余下的为惰性气体)y=0.8x,总传质系数Kya为0.06kmol/(m³·s·△y)。要求氨的吸收率不低于99%,试求所需的填料层高度。若清水量增大，其余设计条件不变，试定性分析所需的填料层高度将如何变化?[浙江大学2003研]解：(1)根据物料衡算可得：代入数据可得：解吸因数为：于是可得气相传质单元数：根据传质单元高度公式，可得：这样，可求得所需的填料层高度为：(2)其他条件不变，L变大，根据解吸因数公式可知S将变小，又知方程变，根据下述定性趋势图：图7-7由图可知No随S减小而减小，但是不变。再根据填料层高度的计算公式：=氧由此可知，若清水量增加，其余设计条件不变，则所需的填料层高度将变大。16.某厂吸收塔的填料层高度3m,用纯溶剂逆流等温吸收尾气中的有害组分。入塔气体中有害组分的含量为0.04(摩尔分率，下同),出塔气体中有害组分含量为0.008,出塔液体中有害组分含量为0.03。已知在操作范围内相平衡关系=。试求：(1)填料塔的气相总传质单元高度HoG为多少?(2)原塔操作液气比为最小液气比的多少倍?(3)因法定排放气有害组分含量为0.004,现增加塔高以使出口气体达标，若液气比不变，填料层总高应为多少?[华东理工大学2003研]解：(1)因为塔高3m不变，故欲求填料塔的气相总传质单元高质，可根据如下公式求其中，需求计算No。下面来求解N。根据物料守恒方程，可得：这样，可求得解吸因数：再利用吸收因数法求传质单元数公式：其中，日可根据相平衡关系为y=0.8x求解：(2)根据相平衡关系—=以及(1)中的已知数据，可得最小液气比为： 于是求得：。即原塔操作液气比为最小液气比的1.67(3)由于法定排放气有害组分含量为0.004,故令E=,则传质单元数为：17.在202.6kPa(绝压)下的填料吸收塔中进行逆流吸收操作。入塔气体流量为100kmol/h,溶质含量(摩尔分率)yb=0.05,经塔吸收后回收率为90%。已知进入系统的溶剂量为60.6kmol/h,溶质含量(摩尔分率)xa=0.01,操作条件下的气液平衡关系为y=0.08x。试求：(1)气相总传质单元数Nog和出塔溶液浓度xb。(2)若系统回收率不变，将上述吸收过程按塔底溶液部分循环设计，如图所示，循环量为32.55kmol/h(溶液),且进入系统的新鲜溶剂量不变，试计算有循环时气相总传无循环时相比，孰大孰小?为什么?请画出两种情况的操作线示意图。[浙江大学2002研]图7-8解：(1)摩尔气流率为：于是可得解吸因数：故气相传质单元数为：出塔溶液浓度：即气相传质单元数为2.7,出塔溶液浓度0.088。(2)采用溶液循环流程设计。设实际入塔的吸收剂组成为曰，则：从而可得：可见E=,这是因为有循环时操作线更加靠近平衡线，使传质推动力变小，故Nog变大。操作线如图7-9所示。图7-918.如图7-10所示，拟用两个一样的填料塔(塔径、填料高度均相同)来吸收混合气体中的可溶组分(溶质)。混合气含溶质5%(体积分数),以0.022kmol/(m²·s)流速进入塔1的底部，要求溶质的吸收率为99%,吸收剂为清水，总量(2L)为1.81kmol/(m²·s),并分成相同的两股分别进入塔1、2。已知操作条件下的平衡关系为y=35x,气相体积总传质系数Kya图7-10(1)试证明离开第1塔的气相组成yc满足关系：(2)试求塔1(或塔2)所需的填料层高度。[浙江大学2001研]解：(1)因为通过塔1、塔2的L、G相同，且两塔h一样，所以每个塔的Hog、Nog、S(