化工原理复习必看-第6章-蒸馏习题.pdf

*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=DL 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VL（），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（）L，V（）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 ETPTNN100。（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kg15乙醇m，kg25水m 375.0251515乙醇乙醇mma（1 分）625.0375.011乙醇水aa（1 分）（2）摩尔分数 19.018625.046375.046375.0水水乙醇乙醇乙醇乙醇乙醇MaMaMax（2 分）81.019.011乙醇水xx（1 分）（3）混和液的平均摩尔质量mM 32.2381.01819.046水水乙醇乙醇xMxMMm 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kpap7.220苯，纯甲苯的饱和蒸气压kpap6.70甲苯。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 84.01.157.126.77.226.73.20000甲苯苯甲苯苯ppppx（2 分）而94.084.03.207.220苯苯苯xppy（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 16.084.011苯甲苯xx（1 分）06.094.011苯甲苯yy（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，kpap9.1160苯，kpap460甲苯；在 105时，kpap2.2040苯，kpap860甲苯。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，78.0苯x，用平均相对挥发度值求 y苯。解：（1）在 85时：54.2469.116001甲苯苯pp（1 分）在 105时：37.2862.2042（1 分）平均相对挥发度46.2237.254.2221m（1 分）（2）用m求 y苯（85时）897.078.046.1178.046.211苯苯苯xxym（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：541.092/5078/5078/50Fx（1 分）馏出液组成：983.092/278/9878/98Dx（1 分）釜残液组成：012/092/9978/178/1Wx（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WDFxWxDxF（2 分）联立两式可得：100 0.5410.01254.480.9830.012FWDWF xxDxxkmol/h（1 分）52.4548.54100DFWkmol/h（1 分）（3）求甲苯回收率W，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）：%98.97541.01100%100012.0152.45%10011FWWxFxW（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 823.065.05.1165.05.211nnnxxy（2 分）（3）求 R 由211RRVL（1 分）可解出：2RR1，R1（1 分）（2）求 xn1 由精馏段操作线方程111RxxRRyDnn，得265.02175.0Dx 解出 xD0.85（2 分）因111RxxRRyDnn，代入已知量得 285.021823.01nx，解出796.01nx（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*96.0FDxFxD，可得5.010096.098.0D，解出 D48.98kmol/h（2 分）（2）提馏段操作线方程 先求 L，W，Wx；已知饱和蒸气进料 q0 35.12798.486.2 RDLkmol/h（1 分）02.5198.48100DFWkmol/h（1 分）由WDFxWxDxF（1.5 分）可得 039.002.5198.098.485.0100WxDxFxDFW（1.5 分）提馏段操作线方程为：q0 039.002.5135.12702.5102.5135.12735.1271mWmmxxWqFLWxWqFLqFLy 即026.0668.11mmxy（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 D M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，故顶顶mmMMGV28000（2 分）式中顶mM780.9592（10.95）78.7kg/kmol（1 分）8.3557.7828000Vkmol/h（1 分）由提馏段物料衡算可求出 W 2.1148.355470VLVLWkmol/h（1 分）由全塔物料衡算求 D FD+W WDFxWxDxF（2 分）式中，xF0.45，xD=0.95 Wx=10.95=0.05，W114.2kmol/h 联立求解：F=D+114.2 0.45F=0.95D+114.20.05 可解出 D91.4kmol/h 及 F205.6kmol/h（2 分）（2）求 R*89.24.914.918.355DDVDLR（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：1395.0133111nDnnxRxxRRy即 238.075.01nnxy（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1803540RLDkmol/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1328788540FLqFLL（1 分）提馏段操作线方程为：WmmxWLWxWLLy1（2 分）代入已知量得：03.06081328608608132813281mmxy即 02533.0844.11mmxy（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 L L=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 V VL+D14.94+7.78=22.72kmol/h（2 分）提馏段上升蒸汽量 V，q1 V=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：263.0723.0 xy 2、提馏段：1.250.0187yx 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263.0723.0 xy可知：723.01RR（1 分）即RR1723.0，723.0723.0RR 解出 R2.61（1 分）（2）馏出液组成 xD 263.01RxD（1 分）代入 R2.61，得263.061.3263.01 RxD，95.0Dx（1 分）（3）求Wx，因Wx为提馏段操作线与对角线交点的横坐标，故联立两线方程：Wxxy 0187.025.1xy（2 分）解出0187.025.1WWxx，Wx0.075（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 263.0723.0Fxy 0187.025.1Fxy（2 分）即0187.025.1263.0723.0FFxx，解出 535.0723.025.10187.0263.0Fx（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，R1.5，3。求精馏段操作线方程：*111RxxRRyDnn。代入已知量得：36.06.015.19.015.15.11nnnxxy（A）（2 分）气液平衡方程：由xxy11可得yyyyyyx131（B）（2 分）因假设塔顶为全凝器，故有9.01 yxD（1 分）代入（B）式可求出 x1，75.01.039.09.0131111yyyx（1 分）将75.01x代 入（A）式 可 求 出 y2，81.036.075.06.036.06.012xy（1 分）再将81.02y代入（B）式求出 x2，587.019.0381.081.02xFx（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 ET50，25.01TTPENN精精（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271.0715.0 xy；q 线方程为91.081.2xy，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：111RxxRRyDnn知：（1.5 分）715.01RR，可得715.0715.0RR，得 R2.51（1.5 分）由 q 线方程;11qxxqqyF知：（1.5 分）81.21qq，得：81.281.2 qq，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：271.01RxD，951.051.3271.0Dx（1.5 分）*由 q 线方程得：91.01qxF，501.0155.191.0Fx（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：1123RxxRRyD，代入已知量：482.04386.0Dx，得98.0Dx（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：WWDF1 WDFxWxDxF（2分）代 入 已 知 量 可 得：WW02.09.0116.0可求出3.06.09.002.06.0W，解出 W0.52kmol/h，F1.52kmol/h。（2 分）（2）求 R/Rmin，已知3m 泡点进料 q1，则 xqxF0.6（1 分），由气液平衡方程：818.06.0216.0311qmqmqxxy（2 分）求 Rmin，376.06.0818.0818.09.0minqqqDxyyxR（2 分）求 R/Rmin，99.3376.05.1/minRR（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 y2 5.115.1DRLkmol/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：WmmxWqFLWxWqFLqFLy1，代 入 已 知 量：52.052.15.102.052.052.052.15.152.15.11mmxy，即00416.0208.11mmxy（3 分）所求721.000416.06.0208.100416.0208.112xy（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19.08.0 xy。求：（1）馏出液的组成 xD和流量 D；（2）釜残液的组成Wx和流量 W。答案与评分标准 解：由题给：F100kmol/h，xF0.5，9.0FDxFxD（1）求 xD和 D 由精馏段操作线方程：111RxxRRyDnn（2 分）与题给方程比较可知：8.01RR，可得8.08.0RR，得 R4（1 分）由精馏段操作线方程知19.01RxD，代入 R4，得：95.01419.0Dx（1 分）把 F100kmol/h，xF0.5，xD0.95 代入可得：9.0FDxFxD，37.4795.05.01009.09.0DFxxFDkmol/h（2 分）（2）求Wx和 W 可由全塔物料衡算得：WDF W37.47100 WDFxWxDxF（2 分）WxW 95.037.475.0100 解出63.5237.47100Wkmol/h 095.063.525/4550WxW（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m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，m2，求 y2（1）求 Rmin 求气液平衡方程：xxxxymm1211（A）（1.5 分）*q 线方程：2612.14.012.12.111xxqxxqqyF（B）（1.5 分）联立解（A）、（B）两式，可解出qqqxxx1226，即02262qqxx，解出434.012211.562264222qx；（2 分）604.02434.0626qqxy（1 分）求 Rmin 04.2434.0604.0604.095.0minqqqDxyyxR（2 分）（2）求实际回流比R 06.304.25.15.1minRR（1 分）（3）求 y2 精馏段操作线方程：106.395.0106.306.3111nDnnxRxxRRy，即 234.0754.01nnxy（2 分）求 y1、x1 塔顶采用全凝器，故95.01Dxy（1 分）气液平衡方程：1112xxy得11295.095.0 xx 得905.005.195.01x（1 分）求 y2 x1与 y2符合精馏段操作线方程：916.0234.0905.0754.0234.0754.012xy（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 BBAAmxrxrr MA78，MB92（1 分）所以319303619254.03907846.0mrKJ/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25.565.922021mt（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4.15582.19254.081.17846.0,mpC KJ/(kmol)（1 分）求 q：对于冷液体进料有：353.131930205.924.15531930rtCrIIIIqpLVFV（3 分）（2）饱和液体进料 据其定义可知：t0，1rrq（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：xxxxy3.113.211（A）（1.5 分）精馏段操作线方程：165.196.0165.165.11111minminminxRxxRRRxxRRyDD 得362.0623.0 xy（B）（2 分）联立（A）（B）两式得：qqqxxx3.113.2362.0632.0，整理得：qqqqxxxx3.2471.081.0362.0623.02 0362.021.181.02qqxx，可得：414.081.02362.081.0421.121.12qx（3 分）620.0362.0414.0623.0362.0623.0qqxy（1 分）由 q 线方程：11qxxqqyF，代入已知量qy，qx，Fx，得：145.0414.01620.0qqq，整理得：45.062.0414.062.0qq*得825.0q（2.5 分）（3）因825.0q，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275.072.0 xy。求（1）塔顶易挥发组分的回收率D；（2）进料热状况参数 q。答案与评分标准 解：（1）求D：求回流比 R 和馏出液组成 xD。精馏操作线方程为：111RxxRRyDnn（2 分）由精馏段操作线方程知：72.01RR，整理得72.072.0RR 得571.2R（1 分）求FD/：由全塔物料衡算：WDF WDFxWxDxF（2 分）整理得 FWFD1 WDFxFWxFDx 将FDFW1代入下式得：WWDFxxFDxFDx，可得：4828.005.0982.005.05.0WDWFxxxxFD（2 分）%82.94%1005.0982.04828.0%100FDDxFxD（1 分）（2）求 q 447.1777.1571.2777.1minRR（1 分）447.1982.0minqqqqqqDxyyxyyxR（1.5 分）由气液平衡方程知qqqqqxxxxy303.11303.211（1.5 分）*联立以上两式且整理得：qqqxxx635.5303.11982.0447.1 即0982.091.2885.12qqxx 得5.0885.1203.191.2885.12982.0885.1491.291.22qx（2 分）因5.0Fqxx，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，塔顶易挥发组分的回收率为 95。操作回流比为 3，图解所需理论板数为 20（不包括再沸塔）。全塔效率为 50，空塔气速为 0.8m/s，板间距为 0.4m，全塔平均操作温度为 60，平均压强为 101.33kPa。求：（1）塔的有效高度 Z；（2）塔径 D塔。答案与评分标准 解：（1）求塔的有效高度 Z 实际塔板数405.020TTPENN（1 分）塔的有效高度6.154.01401TPHNZm（1 分）（2）求塔径 D塔 求 D 已知塔顶易挥发组分的回收率%95D，95.0FDDxFxD（1.5 分）已知100F kmol/h，95.0Dx，3.0Fx，代入可求出 D 3095.03.010095.095.0DFxxFD kmol/h（1.5 分）求 V 及 VS 因泡点进料，q1，则12030131DRVV kmol/h（1 分）上升蒸气体积流量为：911.033.10133.1012736027336001204.2236004.2200pTpTVVSm3/s（3 分）塔径为：20.1451.18.0911.044uVDS塔m，（计算出塔径正好符合标准，不必圆整了）（2 分）试题：常压操作的连续精馏塔，分离含苯为 0.44（摩尔分数，下同）的苯甲苯混和液。原料液流量为 175 kmol/h，馏出液组成为 0.975，釜残液组成为 0.0235。操作回流比为 3.5；加热蒸气*绝压为 200KPa，冷凝液在饱和温度下排出，再沸器热损失为 1.0106KJ/h。塔顶采用全凝器，泡点下回流；冷却水进、出冷凝器的温度分别为 25和 35，冷凝器的热损失可略。进料热状况参数为 1.362。苯和甲苯的汽化热分别为 389KJ/kg 和 360KJ/kg，冷却水的平均比热容可取 4.187KJ/（kg）。求：（1）全凝器的热负荷 QC和冷凝水消耗量 Wc；（2）再沸器的热负荷 QB和加热蒸汽消耗量 Wh。答案与评分标准 解：（1）求 QC和 WC 求 D 和 W WDF 代入已知量 175WDF WDFxWxDxF（2 分）WD0235.0975.044.0175 整理：WW0235.0175975.077；77952.06.170W 解出3.98Wkmol/h，7.76Dkmol/h（2 分）3457.7615.31DRVkmol/h（1 分）而4081751362.13451FqVVkmol/h（1 分）冷凝器的热负荷 QC 78苯Mkg/kmol 由于塔顶馏出液几乎为纯苯，且泡点回流，则 3034078389苯rIILDVDKJ/kmol（1 分）而71005.130340345LDVDCIIVQKJ/h（1 分）冷却水消耗量 Wc 5712,105.22535187.41005.1ttCQWcpCCkg/h（2 分）（2）求 QB和 Wh 92甲苯Mkg/kmol 同样，因釜残液几乎为纯甲苯，故LWVWII可取为纯甲苯的汽化热，3312092360甲苯rIILWVWkg/kmol（1 分）761045.1100.133120408LLWVWBQIIVQ KJ/h（1.5 分）求 Wh 由附录查出绝压为 200KPa 时水的汽化热为 2205KJ/kg（0.5 分）657622051045.17rQWBhkg/h（1 分）*试题：含苯 0.45（摩尔分率）的苯甲苯混和溶液，在 101.33KPa 下的泡点温度为 94，此混和液的平均千摩尔比热容为 167.5KJ/（kmol），平均千摩尔汽化热为 30397 kg/kmol，求该混和液在 55时的 q 值及 q 线方程。解：（1）因 55混和液的泡点 94，故进料为冷液体（1 分）（2）对于混和液的 q 值可用下列计算式：（据 q 值定义可得来）215.16.3039755945.16711rttCrttCrqFSPFSP（3 分）（3）q 线方程为 1215.145.01215.1215.111xqxxqqyF 整理得：09.265.5xy（2 分）