化工基础学习知识原理蒸馏试题.doc

.\ 蒸馏 一.填空题 1.蒸馏是分离____________的一种方法，蒸馏分离的依据是_______________________________。 2.气液两相呈平衡状态时，气液两相温度_______，但气相组成________液相组成。 3.气液两相组成相同时，则气相露点温度________液相泡点温度。 4.在精馏过程中，增大操作压强，则物系的相对挥发度________，塔顶温度_________，塔釜温度_______，对分离过程___________。 5.两组分溶液的相对挥发度是指溶液中_______的挥发度对________的挥发度的比值，a=1表示_______。 6.所谓理论板是指该板的气液两相____________，且塔板上_________________。 7.某两组分物系，其相对挥发度α=3，对第n，n-1两层理论板，在全回流条件下，已知xn=0.3，则yn-1=_________________。 8.某精馏塔的温度精馏段操作线方程为y=0.75+0.24，则该精馏塔的操作回流比是____________，馏出液组成为____________________。 9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是_____________和_________________。 10.在总压为103.3kPa温度为95℃下，苯与甲苯的饱和蒸汽分别为=155.7kPa=63.3 kPa，则平衡时苯的液相组成为=_________，气相组成为y=______________，相对挥发度为α=____________。 11.精馏塔有____________进料热状态，其中__________进料q值最大，进料温度____泡点。 12.在操作的精馏塔中，测得相邻两塔板的两相四个组成为0.62，0.70，0.75，0.82.则=_________，=________，=_________，=_______. 13.对于不同的进料热状态，，与的进料关系为 （1）冷液进料，_________，___________ （2）饱和液体进料，_________，__________ （3）气液混合物进料，_________，___________ （4）饱和蒸汽进料，_________，__________ （5）过热蒸汽进料,_________，___________ 14.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_________，馏出液量等于____________，操作线方程为_______________。 15.板塔式的流体力学性能包括________，_________，________，_________，________，_________。 16.塔板负荷性能图由________，________，________，_________，__________五条线组成，五条线围成的区域为_________，操作点应在_________。 17.加大板间距，则液泛线_________；减少塔板开孔率，则漏液线_________；增加降业管面积，则液相负荷上限线__________。 18.塔板的操作弹性是指___________________________________________________。 二选择题 1.精馏操作时，增大回流比，其他操作条件不改变，则精馏段液气比L/V（），馏出液组成（），釜残液组成（）。 A.增加B.不变C.不确定D.减少 2.精馏塔的设计中，若进料热状态由原来的饱和蒸汽进料改为液体进料，其他条件不变，则所需理论板数n(),L(),V(),L(),V() A.减少B.不变C.增加D.不确定 3.对于饱和蒸汽进料，则L() L, V()V. A.等于B.小于C.大于D.不确定 4.某减压操作的精馏塔，若真空度加大，其他条件不变，则塔釜残液组成(),馏出液组成()。 A.减小B.不变C.增加D.不确定 5.操作中的精馏塔，，,,，V不变，减小，则有（） A.D增大，R减小；B.D不变，R增加； C.D减小，R增加；D.D减小，R不变 6.操作中的精馏塔，保持，，,不变，增加，则（），V（）。 A.不确定B.增加C.不变D.减少 7.操作中的精馏塔，保持，，,不变，增加塔顶产品D，则（）， V（）。 A.增加B.不变C.减少D.不确定 8.用某精馏塔分离二元混合物，规定产品组成、。当进料为时，相应的回流比为；当进料为时，相应的回流比为。若＜，进料热状况不变，则（）。 A.＜B.＝C.＞D.无法判断 9.精馏塔设计中，增大操作压强，则相对挥发度（），塔顶温度（），塔釜温度（） A.增大B.不变C.减少D.不确定 10.精馏塔中由塔顶向下的第、、层塔板，其气体组成关系为（）。 A.；B.； C.；D.不确定 11.二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成为，相应的泡点温度为，气相组成为，相应的露点温度为，则（） A.B.C.D.不能确定 12.二元混合物，进料量为100kmol/h，，要求馏出液的组成不小于0.9，则塔顶最大产量为（） A.60B.66.7C.90D.不能确定 13.下列塔板属于错流塔板的有（）。 A.浮阀塔板B.穿流塔板C.刨罩塔板D.淋降筛板 14.精馏塔设计中，增加塔板开孔率，可使漏液线（）。 A.上移B.不动C.下移D.无法确定 15．完成某分离任务需理论板数为（包括再沸器），若，则塔内实际板数为（）。 A.14层B.10层C.12层D.无法确定 三、计算题 1.计算含苯0.4（摩尔分数）的苯——甲苯混合液在压强101.33下的泡点温度。 苯（A）和甲苯（B）的饱和蒸汽压数据如下： 温度t℃ 80.1 85 90 95 100 105 110.6 101.33 116.9 135.8 155.7 179.2 204.2 240.2 40.0 46.0 54.0 63.3 74.3 86.0 101.33 2.试根据题1中的饱和蒸汽压数据，计算苯——甲苯混合液在压强101.33、90℃时的气液平衡组成。 3.试根据题1中的饱和蒸汽压数据，计算苯——甲苯混合液在85～100℃下的平均相对挥发度。 4.在连续精馏塔中分离含苯0.4（摩尔分数，下同）的苯——甲苯混合液，要求馏出物组成为0.95，苯的回收率不低于90%，试求： （1）馏出液的采出率； （2）釜残液组成。 5.在连续精馏塔中分离二硫化碳（A）和四缕化碳（B）混合液，原料液流量为10000kg/h、组成为0.3（质量分数，下同）。若要求釜残液组成不大于0.05，二硫化碳回收率为88%，试求馏出液流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔分率表示。 6．在连续精馏塔中分离两组分混合液，已知进料液量为100kg/h、组成为0.45（摩尔分数，下同）。饱和液体进料；操作回流比为2.6，馏出液组成为0.96，釜残液组成为0.02，试求： ⑴易挥发组分的回收率； （2）精馏段操作线方程； （3）提馏段操作线方程； 7.在连续精馏塔中分离两组理想溶液，原料液流量为100kmol/h，泡点进料。精馏段操作线方程和提馏段操作方程分别为 和 试求精馏段和提馏段上升蒸汽量。 8.在常压连续蒸馏塔中，分离含甲醇0.4（摩尔分数）的甲醇——水混合液。试求进料温度为40℃时的热状况参数。已知进料泡点温度为75.3℃。操作条件下甲醇的气化热为1055kJ/kg、比热容为2.68kJ/(kg.℃)；水的气化热为2320kJ/kg、比热容为4.19 kJ/(kg.℃)。 9.在常压连续精馏塔中分离含苯0.4（摩尔分数，下同）的苯——甲苯混合液。饱和液体进料，馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.06。塔顶采用混凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.5倍。在操作条件下，物系的平均相对挥发度为2.47。试求理论板数和进料位置。 10.在连续的精馏塔中，分离两组理想溶液。已知原料组成为0.3（摩尔分数，下同），泡点进料，馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.05，操作回流比为2.5，试写出精馏段操作线方程和提馏段操作线方程。 11.在连续的精馏塔中分离理想溶液，原料液组成为0.35（摩尔分数，下同），馏出液组成为0.95，回流比取为最小回流比的1.3倍，物系的平均度为2.0，试求以下两种进料情况下的操作回流比。 （1）饱和蒸汽进料； （2）饱和液体进料； 12.在常压连续精馏塔中分离理想两组分溶液。馏出液组成为0.94（摩尔分数，下同），釜残液组成为0.04，操作回流比为最小回流比的1.2倍，物系的平均相对挥发度为2，进料方程为。试求： （1）进料组成和进料热状况参数； （2）精馏段操作方程； 13.在连续精馏塔中分离理想两组分溶液。塔顶采用全凝器，泡点回流。物系的平均相对挥发度为3.0。实验测得塔顶第一层塔板的单板率EML1=0.6，且已知精馏塔操作线方程为，试求离开塔顶第二层的上升蒸汽组成。 14.在常压连续精馏塔中分离理想两组分溶液。实验测得馏出液组成为0.95（摩尔分数，下同），回流比为3.5，精馏段内某相邻两板的上升蒸汽组成分别为，。已知物系的平均相对挥发度为3，试求以气相组成表示的第n层板的单板效率。 15.在常压连续板式精馏塔中，分离两组分溶液。原料液流量为50kmol/h，组成为0.3（摩尔分数，下同），泡点进料。馏出液组成为0.95，釜残液组成为0.05，操作回流比为2.5，图解所需理论板数为21（包括再沸器），全塔效率为50%。空塔气速为0.8m/s，板间距为0.4m。全塔平均温度为70℃，平均压强为103.3kpa.试求： （1）塔的有效高度； （2）塔径。 参考答案 一、填空题 1.均相混合物挥发度差异2.相同3.大于4.下降升到升高不利5.易挥发组分难挥发组分不能用蒸馏方法分离6.互呈平衡液相组成均匀一致7.0.7948.R=39.塔顶易挥发组分含量高塔低压力高于塔顶 10.α=2.4611.五种冷液体小于 12. 13.（1）＞＞（2）=＞（3）＜＞（4）＜=（5）＜＜ 14.∞015.塔板压降液泛雾沫夹带漏液液面落差 16．雾沫夹带线液泛线液相负荷上限适宜操作区适宜操作区内17.上移 下移右移18.操作线与负荷性能图上曲线的两个交点所对应的气体流量的上限与下限的比值。 二、选择题 1.AAA2.ABBCC3.AB4.AC5.C6. C 7.AA8. C9. CAA10. C11. A12. B13.A、C 14. A15.C 三、计算题 1.2.3.4.（1） （2）5.D=35.7kmol/h ,6.(1) (2)；(37.8.q=1.0739., 10.11.(1)R=5.65(2)R=3.29 12. (1)(2)13. 14.=50%15.(1)(2)D=0.77m 1．蒸馏操作的依据。 解：液体均具有挥发成蒸汽的能力，但液体不同挥发性不同。蒸馏操作是借混合液体 中各组分挥发性差异而达到分离目的的。 2．两组分物系的相对挥发度越大，则表示采用精馏方法分离该物系越（A）。 A．容易B．困难 C．完全D．无法判断 解：相对挥发度是溶液中两组分挥发度之比，相对挥发度越大越易采用精馏的方法分离。 3．某精馏塔的馏出液量是50kmol/h，回流比是3，则精馏段的回流量是。解：回流比R=L/D，带入数据得L=150kmol/h 4.某精馏塔的馏出液量是80kmol/h，进料量为120kmol/h，则釜残液的流量是。 解：由总物料衡算式：F=D+W，带入数据W=40kmol/h 5．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，则塔顶最 大产量为。 解：由易挥发组分物料衡算式：FXF=DXD+WXW，进塔易挥发组分为60kmol/h， DXD≦60，解得D=66.7kmol/h 6．精馏塔的主要部件有。 解：精馏塔应包括塔身，塔顶冷凝器，及塔釜再沸器。 7．精馏（多级蒸馏）的本质是。 解：精馏的核心是回流，是否具有回流也是精馏与蒸馏的本质区别。 8．精馏时若为全回流则回流比R为，理论板数为（最多，最少）。解：精馏操作中两个极限状态是全回流与最小回流，全回流时对应的L最大，D=0，因此，R=∞，所需理论板最多。因此操作时，增大回流量可以提高塔顶轻组分组成。 9．精馏操作中有几种进料热状况。 解：精馏操作中有5种进料热状况，分别为冷液进料理q>1，汽液混合进料0t2 D 不确定 4某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求得到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为___B___。 A 60kmol/h B 66.7kmol/h C 90kmol/h D 不能定 5精馏操作时，若F、D、xF、q、R、加料板位置都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成xD变化为__B____ A 变小 B 变大 C 不变 D 不确定 6在一二元连续精馏塔的操作中，进料量及组成不变，再沸器热负荷恒定，若回流比减少，则塔顶温度 A ，塔顶低沸点组分浓度 B ，塔底温度 C ，塔底低沸点组分浓度 A 。 A 升高 B 下降 C 不变 D 不确定 7某二元混合物，a=3，全回流条件下xn=0.3，则yn-1=___B___。 A 0.9 B 0.3 C 0.854 D 0.794 8 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA=0.4，相应的泡点为t1，气相组成为yA=0.4，相应的露点组成为t2，则 B 。 A t1=t2 B t1t2 D 不能判断 9某二元混合物，a=3，全回流条件下xn=0.3，则yn-1= D A 0.9 B 0.3 C 0.854 D 0.794 10精馏的操作线是直线，主要基于以下原因 D　 。 A 理论板假定 B 理想物系 C 塔顶泡点回流 D 恒摩尔流假设 11某筛板精馏塔在操作一段时间后，分离效率降低，且全塔压降增加，其原因及应采取的措施是 B 。 A 塔板受腐蚀，孔径增大，产生漏液，应增加塔釜热负荷 B 筛孔被堵塞，孔径减小，孔速增加，雾沫夹带严重，应降低负荷操作 C 塔板脱落，理论板数减少，应停工检修 D 降液管折断，气体短路，需更换降液管 12板式塔中操作弹性最大的是 B 　 。 A筛板塔 B 浮阀塔 C 泡罩塔 13下列命题中不正确的为 A 。 A上升气速过大会引起漏液 B 上升气速过大会引起液泛 C上升气速过大会使塔板效率下降 D 上升气速过大会造成过量的液沫夹带 14二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化 B 。 A平衡线 B 操作线与q线 C平衡线与操作线 D 平衡线与q线 15下列情况 D 不是诱发降液管液泛的原因。 A液、气负荷过大 B 过量雾沫夹带 C塔板间距过小 D 过量漏液 三、计算 1某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两相互成平衡。气相作产品，液相作回流，参见附图。塔顶产品组成为：全凝时为，分凝时为。设该系统符合恒摩尔流的假定，试推导此时的精馏段操作线方程。 解： 由精馏段一截面与塔顶（包括分凝器在内）作物料衡算。 分凝器 ， 若回流比为R 则 y1 对于全凝时 xD 精馏段操作线 可知：当选用的回流比一致，且时两种情况的操作线完全一致。在图上重合，分凝器相当于一块理论板。 2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, 3一精馏塔，原料液组成为0.5（摩尔分率），饱和蒸气进料，原料处理量为100kmol/h，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。已知精馏段操作线程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶全凝器，泡点回流。试求： （1） 塔顶、塔底产品组成； （2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量； （3） 蒸馏釜中每小时产生蒸气量 （4） 若全塔平均α=3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率Eml=0.6，求离开塔顶第二块塔板的气相组成。 解：（1）塔顶、塔底产品组成； 因 ， R=5 又 ， 由物料衡算 得 （2）全凝器中每小时冷凝蒸气量； V=（R+1）D=300kmol/h （3）蒸馏釜中每小时产生蒸气量； q=0，V=V - F=300 -100=200kmol/h （4）求离开塔顶第二块塔板的气相组成。 ， 故 4在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，饱和蒸汽进料。已知进料量为150kmol/h，进料组成为0.4（摩尔分率），回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。试求： （1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；（2）精馏段操作线方程；（3）提馏段操作线方程；（4）回流比与最小回流比的比值；（5）若全回流操作时，塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6，全凝器液相组成为0.98，求由塔顶第二块板上升的气相组成。 解：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成； 由 （a） （b） F=D+W+150 （c） （d） 联立（a）、（b）、（c）和（d）求解得： W=87.3kmol/h， D=62.7kmol/h xW=0.0206， xD=0.928 （2）精馏段操作线方程； （3）提馏段操作线方程； 饱和蒸气进料，故 q=0 ， 则 （4）回流比与最小回流比的比值； q=0， 由 得 ， （5）求由塔顶第二块板上升的气相组成。 ， 而 全回流时， ， 代入上式可得： 5在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。进料量为1000kmol/h，含苯0.4，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。已知a=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。试求：（1）塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程；（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少？（6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数为多少？ 解：（1）塔顶产品量D、塔底残液量W及组成xw； 由 ，得： W=F- D=1000-400=600kmol/h 又由物料衡算 得 （2）最小回流比； 泡点进料，q=1, (3) 精馏段操作线方程； (4) 提馏段操作线方程； 则 （5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成 由操作线方程 得 （6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数又为多少。 饱和蒸气进料， q=0， 由 得 因 ， 故 6 用一连续精馏塔分离苯-甲苯混合溶液，原料液中含苯0.40，塔顶馏出液中含苯0.95（以上均为摩尔分率）。原料液为气液混合进料，其中蒸汽占1/3（摩尔数比）。苯-甲苯的平均相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的2倍，试求： （1） 原料液中汽相及液相的组成； （2） 最小回流比； （3） 若塔顶采用全凝器，求从塔顶往下数第二快理论板下降的液体组成。 解：（1）设原料液液相组成为，汽相组成为（均为摩尔分率） 则 （1） （2） 联立（1）式和（2）式，可得： （2） 因 q=2/3， （3） （4） 联立（3）和（4） 可得： 所以 （3）精馏段操作线方程为 R=21.8=3.6 则 由 得 7有某平均相对挥发度为3的理想溶液，其中易挥发组分的组成为60%（摩尔百分率，以下同），于泡点下送入精馏塔中，要求馏出液中易挥发组分组成不小于90%，残液中易挥发组分组成不大于2%，试用计算方法求以下各项： （1） 每获得馏出液时原料液用量； （2） 若回流比为1.5，它相当于最小回流比的若干倍； （3） 回流比为1.5时，精馏段需若干层理论板； （4） 假设料液加到板上后，加料板上溶液的组成不变，仍为0.6，求上升到加料板上蒸汽相的组成。 解 （1） 原料液用量 依题意知馏出液量，在全塔范围内列总物料及易挥发组分的衡算，得： 或 由上二式解得，收集的馏出液需用原料液量为： （2） 回流比为最小回流比的倍数 以相对挥发度表示的相平衡关系为： 当时，与之平衡的气相组成为： 由于是泡点进料，在最小回流比下的操作线斜率为： 因此解得 故操作回流比为最小回流比的倍 （3） 精馏段理论板数 当回流比，相对挥发度为3时，精馏段的平衡关系为式所示，操作线为： 由于采用全凝器，故，将此值代入式解得。然后再利用式算出，又利用式算出，直至算出的等于或小于为止。兹将计算结果列于本例附表中。 板的序号 气相组成 液相组成 1 2 0.9 0.81 0.75 0.587<0.6 （4） 上升到加料板的蒸汽相组成 提馏段操作线方程为： 由于泡点进料，故。 又 及 将以上数据代入提馏段操作线方程： 由题意知，料液加到板上后，板上液相组成仍为0.6，故上升到加料板的蒸汽相组成为： 8用常压精馏塔分离某二元混合物，其平均相对挥发度为a=2，原料液量F=10kmol/h，饱和蒸气进料，进料浓度xF=0.5（摩尔分率，下同），馏出液浓度xD=0.9，易挥发组份的回收率为90%，回流比R=2Rmin，塔顶为全凝器，塔底为间接蒸气加热，求：（1）馏出液量及釜残液组成？（2）从第一块塔板下降的液体组成x1为多少？（3）最小回流比？（4）精馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h？（5）提馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h？ 解：（1）馏出液量及釜残液组成； F=D+W W=F-D=10-5=5kmol/h （2）从第一块塔板下降的液体组成x1； 塔顶为全凝器， 故 ， （3）最小回流比； 饱和蒸气进料 q=0， 由 得 ， （4）精馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h； V=（R+1）D=（22.35 + 1）5=28.5kmol/h （5）提馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h。 V=V-（q-1）F=28.5-10=18.5kmol/h