化工基础学习知识原理精馏习题集及其规范标准答案.doc

!- 一．选择题 1． 蒸馏是利用各组分（ ）不同的特性实现分离的目的。 C A 溶解度；B 等规度；C 挥发度；D 调和度。 2．在二元混合液中，沸点低的组分称为（ ）组分。 C A 可挥发；B 不挥发；C 易挥发；D 难挥发。 3．（ ）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。 A A 液相回流；B 进料；C 侧线抽出；D 产品提纯。 4．在（ ）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。 C A 冷凝器；B 蒸发器；C 再沸器；D 换热器。 5．再沸器的作用是提供一定量的（ ）流。 D A 上升物料；B 上升组分；C 上升产品；D 上升蒸气。 6．冷凝器的作用是提供（ ）产品及保证有适宜的液相回流。 B A 塔顶气相；B 塔顶液相；C 塔底气相；D 塔底液相。 7．冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（ ）回流。 B A 气相；B 液相；C 固相；D 混合相。 8．在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（ ）。 C A 浮阀板；B 喷射板；C 加料板；D 分离板。 9．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（ ）。 B A 精馏段；B 提馏段；C 进料段；D 混合段。 10．某二元混合物，进料量为100 kmol/h，xF = 0.6，要求塔顶xD 不小于0.9，则塔顶最大产量为（ ）。 (则W=0) B A 60 kmol/h；B 66.7 kmol/h；C 90 kmol/h；D 100 kmol/h。 11．精馏分离某二元混合物，规定分离要求为、。如进料分别为、时，其相应的最小回流比分别为、。当时，则 （ ）。 A A．； B．； C．； D．的大小无法确定 12． 精馏的操作线为直线，主要是因为（ ）。 D A． 理论板假定； C. 理想物系； B． 塔顶泡点回流； D. 恒摩尔流假定 13． 某二元混合物，其中A为易挥发组分。液相组成时相应的泡点为，气相组成时相应的露点为， 则（ ） D A．； B．； C．； D．无法判断 14． 某二元混合物，其中A为易挥发组分。液相组成时泡点为，与之相平衡的气相组成时，相应的露点为，则 （ ）。 A A．； B． ； C．　； D． 不能判断 15． 操作中连续精馏塔，如采用的回流比小于原回流比，则（ ）。 B A．、　均增加； Ｂ．　减小，增加； Ｃ．、均不变； Ｄ．不能正常操作 16． 某真空操作精馏塔，在真空度降低后，若保持、、、、及加料位置不变，则塔顶产品组成变化为（ ）。 A A.变小； B．变大； 　　 C.不变； D．不确定； 17． 精馏操作时，若在、、、不变的条件下，将塔顶产品量增加，其结果是（ ）。 C A．下降， 上升； B．下降， 不变； C．下降， 亦下降； D．无法判断； 分析：当增加时，必然减小，但因回流比不变，只有和同时增加，即和同时增加，以为例，从提馏段操作线斜率看，当增大后， 变小，而不变，故有 减小。 18．二元溶液连续精馏计算中，进料热状况的变化将引起以下线的变化（ ）。 A A． 提馏段操作线与线； B. 平衡线； C．平衡线与精馏段操作线； D.平衡线与线； 19．某精馏塔精馏段和提馏段的理论板数分别为和，若只增加提馏段理论板数，而精馏段理论板数不变，当、、、、等条件不变时，则有（ ）。 B A．减小，增加； B．减小，不变； C．减小，减小； D．减小，无法判断 20．下列哪些判断正确（ ）。 B，C，D A．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 21．当气体量一定时，下列判断哪些正确（ ）。 C，D，E A． 液体量过大引起漏液； C. 液体量过大引起气泡夹带； B． 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 22．精馏操作中适宜回流比应取 ② ① 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，若相对挥发度为2.5，全回流操作，则第三块塔板的气相单板效率为 。A A.22.5%； B．32.7%； C.44.1%； D．107.6% ； 二、 填空题 1．溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为 温度。 泡点 2．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 3．精馏过程是利用 和 的原理进行完成的。 多次部分气化；多次部分冷凝 4．最小回流比是指 。 塔板数为无穷多时的回流比的极限值 5．当分离要求和回流比一定时， 进料的值最小，此时分离所需的理论板数 。 过热蒸气；最多 6．对于二元理想溶液, 若轻组分含量越高, 则泡点温度 。 越低 7．对于二元理想溶液, 相对挥发度α大, 说明该物系 。 容易分离 8．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 。 不容易分离 9．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶 和塔底 。 液相回流，上升蒸气 10．精馏操作中，再沸器相当于一块 板。 理论板 11．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 12．精馏操作中，当 q = 0.6 时, 表示进料中的 含量为60%。 液相 13．若原料组成、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馏和平衡蒸馏相比较的结果有：①所得馏出物平均浓度______；②所得残液浓度______;③馏出物总量______。 ①简单蒸馏的馏出物平均浓度大于平衡蒸馏的馏出物平均浓度；②两种情况的残液浓度相同；③平衡蒸馏的馏出物总量大于简单蒸馏的馏出物总量。 14．某精馏塔操作时，若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，则此时塔顶产品组成 ，塔底产品组成 ，塔顶产品流率 ，精馏段液气比 。 增加；减少；减少；增加 分析：由，当不变时，增加，必须减少。在理论板数不变时，回流比的增加平均传质推动力加大，必会使产品分离程度提高。当增加时，液气比必然也增大。 15．某精馏塔的设计任务是：原料为、，分离要求为、。设计时若选定回流比不变，加料状况由原来的气液混合改为过冷液体加料，则所需的理论板数 ，精馏段和提馏段的气液相流量的变化趋势 ， ， ， 。若加料热状况不变，将回流比增大，理论塔板数 。 减少；不变；不变；增加；增加；减少 分析：在进料组成、流率、回流比和产品的分离要求一定时，进料的越大，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、、、一定时，塔顶产品流率和塔底产品流率也一定。则由知不变，同理也不变。由知当、不变时，值越大，越大。而由可知，越大，也越大。 16．用图解法求理论塔板时，在、、、、、、和操作压力诸参数中， 与解无关。 进料流率 17． 当增大操作压强时，精馏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。 18．精馏塔结构不变,操作时若保持进料的组成 、流率、热状况及塔顶流率一定,只减少塔釜的热负荷,则塔顶______,塔底______,提馏段操作线斜率_____。 减少；增大；增大 分析：塔釜热负荷减少意味着蒸发量减少，当不变时，的减少导致减少，即回流比减小，故精馏段操作线斜率减小，提馏段操作线斜率增加。塔板数不变时，两段操作线斜率的改变只能使减小和增大。 19．精馏塔的塔底温度总是________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 20．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 21. 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 22. 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）通过能力大，（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；让液体在表面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表面上进行气液两相间的传质。 24. 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 25. 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），产生的原因为 ，②气泡夹带，产生的原因为 。 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分离返回至板面而被液体卷入下层塔板。 26. 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，设计时可采用的措施常见的有 。 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。 27. 板式塔中气体通过塔板的阻力主要有 和 两部分。塔板结构设计时，溢流堰长度应适当，过长则会 ，过短则会 。溢流堰高度也应适当，过高会 ，过低会 。 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。 28. 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4个区域，它们分别是 ，各自的作用是 。 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，入口侧防止漏液，出口侧使液体中夹带的泡沫进入降液管前可部分脱离液体。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。 29．精馏塔设计时，若工艺要求一定，减少需要的理论板数，回流比应 ，蒸馏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 30．恒沸精馏和萃取精馏的主要区别是① ______； ②______ 。 恒沸精馏添加剂应与被分离组分形成新的恒沸物；萃取精馏中的萃取剂则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α=2.16的理想混合物进行平衡蒸馏（闪蒸）时，已知XF为0.5，气化率为60%。则得气相组成为 ，液相组成为 ；若采用简单蒸馏并蒸至滏温等于闪蒸时温度，则塔顶产品组成 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，若其他条件不变，增大板间距，则该塔的操作弹性 ；液泛气速 。增大；提高 33、恒沸精馏与萃取精馏的共同点是 ，主要区别是 。 在混合液中加入第三组分，以提高各组分间的相对挥发度差别使其得以分离； 恒沸精馏加入第三组分，该组分能与原料液中的一个或个组分形成新的恒沸液；萃取精馏中加入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，若塔板的开孔率增加，则塔板压降 ，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。若将含轻组分50%的该物系进行平衡蒸馏分离，控制液化率50%，分离后馏出液轻组分浓度是原料含轻组分浓度的 倍。1.33 36、蒸馏是利用各组分的 不同的特性实现分离的。精馏是通过多次的 和 的过程分离混合物。 问答：在间接蒸汽加热的连续常压精馏过程中，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馏段液相组成变化程度要高于对应的气相组成（即ΔХ﹥ΔY），提馏段则相反。试从物料恒算角度对此加以分析并予以解释 三、计算题 1．用连续精馏塔每小时处理100 kmol含苯40%和甲苯60%的混合物，要求馏出液中含苯90%，残液中含苯1%（组成均以mol%计），求： （1）馏出液和残液的流率（以kmol/h计）； （2）饱和液体进料时，若塔釜的气化量为132 kmol/h，写出精馏段操作线方程。 解：（1） 代入数据 解此方程组，得 D = 43.8 kmol/h，W = 56.2 kmol/h （2）饱和液体进料时，V = V’，即V = 132 kmol/h，则 L = V – D = 132 – 43.8 = 88.2 kmol/h R = L/D = 88.2/43.8 = 2 精馏段操作线方程 2．氯仿（CHCl3）和四氯化碳（CCl4）的混合物在一连续精馏塔中分离。馏出液中氯仿的浓度为0.95（摩尔分率），馏出液流量为50 kmol/h，平均相对挥发度 = 1.6，回流比R = 2。求： （1）塔顶第二块塔板上升的气相组成； （2）精馏段各板上升蒸气量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 = 2 由相平衡方程 ， 得 即 由精馏段操作线方程 则 （2）V = L + D，L/D = R，V =（R + 1）D ∴ V = 350 = 150 kmol/h， L = 250 = 100 kmol/h 3．一连续精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下： 精馏段 y = 0.8 x + 0.172 提馏段 y = 1.3 x – 0.018 求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。 解：由精馏段操作线方程 ，得 R = 4； ，得 xD = 0.86 将提馏段操作线方程与对角线方程 y = x 联立 解得 x = 0.06，即 xw = 0.06 将两操作线方程联立 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 = 0.38 4．用一精馏塔分离二元理想混合物，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１００．料液的平均相对挥发度为３，若进料时蒸气量占一半，试求： （1）提馏段上升蒸气量； （2）自塔顶第2层板上升的蒸气组成。 分析：欲解提馏段的蒸气量，须先知与之有关的精馏段的蒸气量。而又须通过才可确定。可见，先确定最小回流比，进而确定是解题的思路。 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。 解：（１）由相平衡方程 及进料方程 联立解得　　＋＋１＝０ 　 取 则 R= 再由物料衡算方程 及 解得 （2）已知 由相平衡关系 再由精馏段操作线方程解得 5．某二元混合液的精馏操作过程如附图。已知组成为的原料液在泡点温度下直接加入塔釜内，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。若操作条件下，该物系的α为3.0，回流比R为2.5，求完成上述分离要求所需的理论板数（操作满足恒摩尔流假设）。 M D,xD W,xW F,xF,q 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。当料液直接加入塔釜时，应将塔釜视作提馏段，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，直至时止。 解：由 ,,代入物料平衡方程 及 联立解得 =0.34 整理精馏段操作线方程 (a) 而相平衡方程 整理成 （b） 交替利用(a) (b)两式逐板计算 由 代入(b)得 代入(a)得 代入(b) 整理提馏段操作线方程 由 则 y = 即 (c) 将代入(C) 得 - 代入（b）得 故包括塔釜在内共需3块理论塔板。 6．在一连续精馏塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体，其组成为0.5，要求塔顶馏出液组成不小于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，所得冷凝液全部作为塔顶回流,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。当馏出液流量为时，试求： （1） 塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成； （2） 提馏段上升的气体量。 分析：因为出分凝器的冷凝液与未液化的蒸气成相平衡关系，故分凝器相当一层理论塔板。应注意，自分凝器回流塔内的液相组成与自全凝器出来的产品组成不同。 解：（1）由平衡方程及泡点进料时 精馏段操作线方程 再由平衡方程及 得 代入精馏段操作线方程 (2)由 当泡点进料时， 则 7．用一连续精馏塔分离由组分A、B所组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为1.63，说明原料液的热状况，并求出q值。 解：采用最小回流比时，精馏段操作线方程为 即 由相平衡方程 ， 得 联立两方程 ， 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xq＜xF＜yq，说明进料的热状况为气液混合进料。 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 有 解出 q = 0.676 8．一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板的气、液相组成分别为0.83和0.70，相邻上层塔板的液相组成为0.77，而相邻下层塔板的气相组成为0.78（以上均为轻组分A的摩尔分数，下同）。塔顶为泡点回流。进料为饱和液体，其组成为0.46。若已知塔顶与塔底产量比为2/3，试求： （1） 精馏段操作线方程； （2） 提馏段操作线方程。 解：精馏段操作线方程 依精馏段操作线方程 将该板和上层板的气液相组成代入有 (a) 再将该板和下层板的气液相组成代入有 (b) 联立（a）、（b）解得 ， 则精馏段操作线方程为 即 （2）提馏段操作线方程 提馏段操作线方程的通式为 将 (泡点进料) 代入上式则有 转化上式为 （C） 根据 即 解得 将有关数据代入（c），则提馏段操作线方程为 即 9、用一精馏塔分离二元液体混合物，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α=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x1为多少； (3) 写出提馏段操作线数值方程； (4) 最小回流比。 解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h）； F=D+W=100 （1） （2） 上述两式联立求解得 W=47.06kmol/h D=52.94kmol/h （2）第一块塔板下降的液体组成x1为多少； 因塔顶为全凝器， （3）写出提馏段操作线数值方程； 则 （4）最小回流比。 泡点进料，q=1, 10、用一连续精馏装置在常压下，分离含苯41%（质量%，下同）的苯-甲苯溶液。要求塔顶产品中含苯不低于97.5%，塔底产品中含甲苯不低于98.2%，每小时处理的原料量为8570kg。操作回流比为3，试计算： （1）塔顶及塔底的产品量； （2）精馏段上升蒸汽量及回流液量； （3）当原料于47℃进塔和蒸汽进塔时，提馏段上升蒸汽量及回流液量 。 （苯的汽化潜热rA=93kcal/kg，甲苯的汽化潜热rB=87.5kcal/kg，苯和甲苯的平均比热Cp,l=0.45 kcal/kg℃，蒸汽的平均比热Cp,v=0.30 kcal/kg℃，该溶液沸点为93℃）。 解：（1）产品量 (2)上升蒸汽量及回流量 精馏段： (3)47℃进料时 将料液由47℃升温到93℃所需的热量为： 继续加热使之汽化所需热量： 饱和蒸汽进料时