化工原理-下-精馏概念题-精品文档资料整理.doc
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1、第一部分 概念题示例与分析一、 填空题41 精馏过程是利用 和 的原理进行完成的。答案:多次部分气化;多次部分冷凝42 最小回流比是指 。答案:塔板数为无穷时的回流比的极限值43 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 。答案:过热蒸气;最多分析:5种进料状况中的值是依过冷液体、饱和液体、气液混合、饱和蒸气和过热蒸气顺序由大变小的,这是由热状况参数定义所确定的。由定义可见,在、Page: 1为定值的情况下,原料的原状态焓值越低,值越大。值的改变使提馏段操作线与平衡曲线间的距离发生变化,当值减小时,两线靠近,故所需理论板数增多。4-4 简单蒸馏的主要特征是_和_。答案:
2、不稳定操作或过程不连续;无回流4-5 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:所得馏出物平均浓度_;所得残液浓度_;馏出物总量_。 答案: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;两种情况的残液浓度相同;平衡蒸馏的馏出物总量大于简单蒸馏的馏出物总量。4-6 恒沸精馏和萃取精馏主要针对_和 _物系,这两种特殊精馏均采取加入第三组分的办法以改变原物系的_。 答案:沸点差很小;具有恒沸物体系;相对挥发度4-7 精馏操作的依据是 _ 。精馏操作得以实现的必要条件包括_和 _。答案:混合液中各组分的挥发度的差异;自塔顶向下的液流和自塔底向
3、上的气流分析:精馏操作的依据只能是各组分间挥发度的差异或者说相对挥发度不等于1,而不可认为是各组分间沸点的不同。对纯组分,当压力一定时,沸点低者挥发性大。但对混合溶液,由于一个组分的挥发性受其他组分的影响,故不能仅从沸点或蒸气压大小来判断其挥发性能,为此,组分的挥发度是以蒸气压与液相摩尔分数的比值来表示的。有些物系,各组分沸点虽存在差异,但在恒沸组成处,相对挥发度为1,不能用普通的精馏方法分离。 塔内始终有逆向流动的液、气两股物流是实现精馏的必要条件,但并不意味塔顶必须有液相回流,塔底必须有产生回流蒸气的再沸器。例如将液态原料自塔顶加入,将气态原料自塔底加入或将饱和蒸气直接加入塔底等情况,均可
4、替代回流作用。 若精馏塔塔顶某理论板上气相露点温度为,液相泡点温度为;塔底某理论板上气相露点温度为,液相露点温度为。请将4个温度间关系用、=、=、;= 分析:物系经全凝器从气态冷凝至液态,组成不会改变,但温度却从原来露点以上的温度降至泡点。415 某二元理想物系的相对挥发度为2.5,全回流操作时,已知塔内某块理论板的气相组成为0.625,则下层塔板的气相组成为 。答案:0.4分析:由相平衡关系知,而全回流时操作线斜率为1 ,即,故416 连续精馏操作时,操作压力越大,对分离越 ,若进料气液比为(摩尔)时,则进料热状况参数为 。答案:不利;0.2分析:若进料汽液比为1:4,则液相占总进量的比率为
5、。值既是进料的液相分率,又是热状况参数。417 当二元理想溶液精馏时,在、不变的条件下,最小回流比随原料中液相分率的减小 ,塔釜热负荷随原料中液相分率的减小 。答案:而增加;而降低418 理想溶液的特点是同分子间作用力 异分子间作用力,形成的混合溶液中没有 。答案:等于;容积效应和热效应419 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。答案:增大;增大;增大;急速下降至一最低后又上升420 精馏操作时,若进料的组成、流量和气化率不变,增大回流比,则精馏段操作线方程的斜率 ,提馏段操作线方
6、程的斜率_,塔顶组成 _,塔底组成_. 答案:增加;减小;增加;降低 分析:当、和一定时,操作线斜率为,增加即增加,同时降低,故其斜率增大。 4-21总压为,100时苯与甲苯的饱和蒸气压分别是和,平衡时苯的气相组成为_,甲苯的液相组成为_,(以摩尔分数表示)。苯与甲苯的相对挥发度为_ 。答案:0.241;0.567;2.40;分析 ;由得 4-22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_。 答案: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
7、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。 4-23精馏塔设计时,若将塔釜由原来的间接蒸气热改为直接蒸气加热,同时保持、及不变,则_,提馏段操作线斜率_,理论板数_。 答案:增加;减小;不变;增加 分析:在、已定时,两种蒸气加热时的操作线位置相同,区别只是直接蒸气加热的提馏段操作线将原间接加热的提馏段操作线延长至的轴上,其交点为直接蒸气加热时的塔底组成,故梯级线也应同时跨越新的而略有增加,这是因为直接蒸气的稀释作用,需稍增加塔板层数回收轻组分。由于恒定,故,当降低时, 必然增加。 4-24全回流时,塔顶产品量为_,塔底产品量为_,进料量为 _,回流比_,理
8、论板数为_,全回流适用的场合通常是_。答案:精馏生产开工或实验研究 4-25精馏塔的塔底温度总是_塔顶温度,其原因一是_,二是_。答案: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 4-26某二元理想溶液中轻组分组成为0.4(摩尔分数),经平衡蒸馏后,闪蒸罐顶的气体量与罐底的液体量的比率为(摩尔),相对挥发度为2.5,闪蒸后气相中易挥发组成为 _, 液相中易挥发组成为 _.答案:0 .688;0.312 分析:平衡蒸馏又称闪蒸,相当于精馏塔中一块理论板的作用,罐顶的气相与罐底的液相组成为平衡。由相平衡方程 及(b)式中的 联立(a)、(
9、b)二式即可得解。4-27 精馏塔设计时将参数、确定后,将塔顶内原来的泡点回流改为过冷液体回流,若塔釜加热量做相应改变,则此时塔内实际下降液体量_,塔内实际上升蒸气量_,精馏塔内液气比_,所需理论板数_. 答案:增大;增大;增大;减少分析:由全塔物料衡算知,当、不变时,和为定值。回流液温度降低后入塔,将部分上升蒸气冷凝至泡点一同回流,即产生内回流,使实际下降的液体量增加。而塔釜处的关系,不变,则随的增大而增大。当然,此时塔釜的耗能量也必然增加。回流比则随L的增大而增大。故精馏段液气比也增加,此意味操作线远离平衡线,故所需理论板数减少。4-28 间歇精馏和平衡蒸馏的主要区别在于_;间歇精馏操作中
10、,若保持回流比不变,则馏出液组成_ ;若保持馏出液组成不变,回流比需不断_ 。答案:前者是不稳态过程,后者为稳态过程;不断下降;增大4-29 平衡常数的溶液能否用普通精馏的方法分离 _,的定义式为_。答案:能;分析:由可知,时,轻组分的挥发性优于重组分,故可分离。4-30 某精馏塔操作时,加料热状态由原来的饱和液体改为过冷液体,且保持进料流率及组成、回流比和提馏段上升蒸气量不变,此时塔顶流率_,塔顶组成_ ,塔底流率_ ,塔底组成_。 答案:减少;增加;增加;不能确定 分析:当饱和液体进料时:当过冷液进料时:图41 430附图由于不变,q1有,又知R不变,故,结论即是D减少。由,当减少时,当然
11、增加。 回流比不变,使精馏段操作线斜率不变,当进料热状况的改变使线与精馏段操作线的交点发生变化后,若仍保持精馏段理论板数不变,必增大,参见图41。 的位置由于提馏段操作线斜率和塔板数均有改变,故无法确定。若由物料衡算式解,也因变量数多于方程数而无法确定。 4-31 某精馏操作时,加料由饱和液体改为过冷液体,且保持进料流率及组成、塔顶蒸气量和塔顶产品量不变,则此时塔顶组成 ,塔底组成 ,回流比 ,精馏段操作线斜率L/V 。 答案:增加;减少;不变;不变 分析:由于,当、不变时,也不变,故液气比也不变。上题已分析,斜率不变时,若保持塔板数不因线数变化而变化,必然增加。又由常数,的增加只能导致的减少
12、。 432 某精馏塔操作时,在进料流量及组成、进料热状况和塔顶流率不变的条件下,增加回流比,则此时塔顶产品组成 ,塔底产品组成 ,精馏段蒸气量 ,精馏段液气比 。 答案:增加;减少;增加;增加 分析:前已分析,在进料组成、进料状态和分离要求一定的条件下,增大回流比,所需要的理论板数减少;若理论板数一定则可提高产品的分离程度,即增加,减少。应注意的是,增大回流比时,须相应增大再沸器热负荷,即增大,才能使塔底产品组成符合要求。433 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 。答案:增加;减少;
13、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,回流比的增加必会使产品分离程度提高。当增加时,液气比必然也增大。434 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。上述5个量的变化趋势: , , , , 。答案:减少;不变;不变;增加;增加;减少;增大;增大;增大;增大分析: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
14、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。 当进料组成、流率、产品分离要求和进料状况一定时,增大回流比的影响在4-32中已分析。4-35 某平衡蒸馏的流程以及原操作条件如图4-2所示,按下述两种情况判断4个操作参数的变化趋势。()维持、 和闪蒸塔的压强不变,使物料加热温度上升时,_,_,_,_。 ( 2 ) 维持、物料加热温度、闪蒸塔操作压强不变,使物料组成增加时,_, _, _, _。 答案: 1 下降;上升;下降;上升; 2 上升;下降;上升;上升;pF,xFTW,xwD,xDt0图 4-2 分析:如图4-3,当、不变时,的增加
15、使,同时。xy101xF xD xD图4-3 如图,当、不变时,的增加使,同时。图中外文符号上的()表示改变条件后的状况。平衡蒸馏时的气液平衡关系与精馏塔内1块理论板上气液平衡完全一样。0xw xF xw xF xD xD 1tt0t0x图4-4 某精馏塔塔顶蒸气组成为,温度为,经分凝器部分冷凝到泡点后回流入塔,组成为。未冷凝的蒸气组成为,经全凝器后成为组成为的产品。试用、判断下列各量的相互关系:_,_,_,_,_,_。 答案:; ; ; ; ; 分析:由于分凝器相当于块理论板,故各量之间的关系在相平衡图上一目了然,见图4。 已测得精馏塔自塔顶下数第层和第层塔板的两相组成为、,试判断对应值:为
16、_,为_,为_,为_。 答案:; ; ; 分析:各板间的组成的相互关系如图。 -38 已知某精馏塔的进料组成为(摩尔分数),回流比为,进料为饱和液体,且知(摩尔分数)为,提馏段操作线方程截距为零。则馏出液为_,釜液为_, 精馏段操作线方程截距为 ,提馏段操作线方程的斜率为_。0x(y) 1t1t1t0tDy1y0x0xDP=定值图4-50 x(y) 1ty6y5y4x5x4x6图4-6 答案:; ; 分析:由于可,所以, 故。由,得。当q=1时,439 某精馏塔的设计任务,原料为、, 分离要求为和,设计时若确定塔釜产生的蒸气量恒定,当加料由原来的过热蒸气加料改为过冷液体加料,则所需的理论板_,
17、精馏段上升蒸气量_,精馏段下降液体量_,提馏段下降液体量_,精馏段液气比_。答案:增加;减少;减少;不变;降低分析:由物料衡算关系知,当、一定时,和也一定.则不变。而,当增大时,减小.由知,当不变时,随的减小而减少。由精馏段操作线截距知,当减少时,斜率减小,即减小。 440 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_.。答案: 浮阀塔; 泡罩塔;筛板塔。441 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_。答案: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、溢流液泛、严重雾沫夹
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