《精馏》课后选做题-配有答案.pdf 6页

'化工原理精馏复习题一、填空题1.在1个大气压.96℃时,苯的饱和蒸气压pA=160.5(kPa),甲苯的饱和蒸气压pB=65.66(kpA),苯--甲苯混合溶液达于平衡时,液相组成x______.气相组成y=______.相对挥发α=____.(***答案***0.3760.5962.44)2.在汽-液相平衡的t-x-y图中,沸点与液相组成的关系曲线,称为________,沸点与汽相组成的曲线,称为____________.(***答案***液相线(或泡点线)汽相线(或露点线))3.在汽-液相平衡的t-x-y图中,液相线与汽相线将图平面平分为三个区:汽相线以上的区域称为________,液相线以下的区域称为_________,汽.液相线之间的区域为___________.(***答案***汽相区液相区汽液共存区)4.在y-x图中,以A组份标绘的平衡曲线在对角线的左上方,则表示A组分比B组分的挥发度______.平衡曲线若在对角线的右下方,则表示A组分比B组分挥发度_____.(***答案***高低)5.精馏过程,就是利用混合液的各组分具有不同的__________,利用_____________、_____________的方法,将各组分得以分离的过程.（***答案***沸点(或挥发度)多次部分汽化多次部分冷凝)6.某泡点进料的连续精馏塔,已知其精馏段操作线方程为y=0.80x+0.172,提馏段操作线方程为y=1.3x-0.018,则回流比R=_______,馏出液组成x=_______,原料组成x=________.釜液组成x=_________.(***答案***40.860.380.06)7.某泡点进料的连续精馏塔中,进料组成x=0.35,系统的平均相对挥发度α=2.44,当x=0.93时,达到此分离要求的最小回流比R=____.(***答案***1.66)8.当塔板中＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿时，该塔板称理论塔板。***答案***(上升的汽相与下降液相之间达到相平衡时)9.某理想混合液,其中一组平衡数据为x=0.823,y=0.923,此时平均相对挥发度为α=____。(2.578)10.分离某些α接近1的物系时,可采用一些特殊的精馏方法,如_______，_________.(***答案***萃取精馏恒沸精馏)11.分离要求一定。当回流比为一定时，在五种进料状况中，＿＿＿＿进料的ｑ值最大，其温度＿＿＿＿＿＿，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离＿＿＿＿，分离所需的总理论板数＿＿＿＿＿＿＿＿。(***答案***冷液ｔF＜ｔ泡最远最少)12.精馏过程设计时，增大操作压强，则相对挥发度＿＿＿＿，塔顶温度＿＿＿＿，塔釜温度＿＿＿＿。（增大，减小，不变，不确定）(答案:减小，增加，增加)。13.对一定组成的二元体系，精馏压力越大，则相对挥发度＿＿＿＿＿＿，塔操作温度＿＿＿＿对分离＿＿_＿＿＿。(越小越高越不利)14.精馏操作的依据是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。实现精馏操作的必要条件包括＿＿＿＿＿＿＿＿_＿＿和＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。(混合液中各组分的挥发度差异。塔顶液相回流塔底上升气流)15.简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐＿＿＿，其沸点则逐渐＿＿＿。(*答案*减小升高)16..总压为101.3kPa，95℃温度下苯与甲苯的饱和蒸汽压分别为155.7kPa与63.3kPa，则平衡时苯的汽相组成＝＿＿＿，苯的液相组成=＿＿＿＿＿_。（均以摩尔分率表示）。苯与甲苯的相对挥发度＝＿＿＿。(***答案***xA＝（ｐ-ｐB°）/（ｐA°-ｐB°）＝(101.3-63.3)/(155.3-63.3)=0.411yA＝ｐA°×xA/ｐ＝155.7×0.411/101.3=0.632;α＝ｐA°/ｐB°＝155.7/63.3=2.46)17.试述五种不同进料状态下的q值：（1）冷液进料＿＿＿＿；（2）泡点液体进料＿＿＿＿＿；（3）汽液混合物进料＿＿＿；（4）饱和蒸汽进料＿＿＿＿；（5）过热蒸汽进料＿＿＿_____。(***答案***（1）ｑ＞1（2）ｑ＝1（3）0＜ｑ＜1（4）ｑ＝0（5）ｑ＜0）18.某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则：（1）回流比等于＿＿＿；（2）馏出液量等于＿＿＿；（3）操作线斜率等于＿＿＿。（以上均用数字表示）(∞；0；1)19.某精馏塔的设计任务为：原料为F，xF，要求塔顶为xD，塔底为xW。设计时若选定的回流比R 不变，加料热状态由原来的饱和蒸汽加料改为饱和液体加料，则所需理论板数N＿＿＿，提馏段上升蒸汽量V"＿＿＿＿，提馏段下降液体量L"＿＿，精馏段上升蒸汽量V＿＿＿＿，精馏段下降液体量L＿＿＿＿。（增加，不变，减少）(***答案***减少，增加，增加，不变，不变。)20.某二元物系的相对挥发度α＝3，在具有理论板的精馏塔内于全回流条件下作精馏塔操作，已知x4＝0.3，则y3＝＿＿＿（由塔顶往下数(***答案***y4＝αx/（1＋（α－1）x）＝3×0.3/(1+2×0.3)=0.563x3＝y4＝0.563y3＝3×0.563/（1＋2×0.563）＝0.794)21.某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持F，x，回流比R和提馏段上升蒸汽量V"不变，则此时D＿＿＿＿，x＿＿＿＿，W＿＿＿＿，x＿＿＿＿＿＿。（增加，不变，减少，无法确定）(***答案***减少，增加，增加，增加)22.精馏塔中的恒摩尔流假设，其主要依据是各组分的＿＿__＿＿＿＿＿＿，但精馏段与提馏段的摩尔流量由于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿影响而不一定相等。(***答案***摩尔潜热相等进料状态的不同)23.某精馏塔操作时，F，xF，q，V保持不变，增加回流比R，则此时xD＿＿＿，xW＿＿＿＿D＿＿＿＿，L/V＿＿＿＿。（增加，不变，减少）（***答案***增加，增加,减少,增加）24.某精馏塔操作时，F，xF，q，D保持不变，增加回流比R，则此时xD＿＿＿，xW＿＿＿＿V＿＿＿＿，L/V＿＿＿＿。(***答案***增加，减少，增加，增加。)25.精馏过程的回流比是指，最小回流比是指。(***答案***回流量与塔顶产品量之比；塔板数为无限多时的回流比的极限值)26.简单蒸馏的主要特点是(1)＿＿＿＿＿＿＿；(2)＿＿＿＿＿＿＿＿＿。简单蒸馏操作时易挥发组分的物料衡算式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。(***答案***①不稳定操作R②＝0,Wx＝（W－ｄW）（x－ｄx）＋yｄW)27.如图所示ａ点表示＿＿＿＿＿＿＿＿；ｂ点表示＿＿＿＿＿＿＿＿；ｃ点表示＿＿＿＿＿＿＿＿；ａｂ段表示＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；ｂｃ段表示＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。（填空题27题附图）（填空题33题附图）（选择题3题附图）(***答案***ａ）（xn-1，yn）;ｂ）（xn，yn）;ｃ）（xn，yn+1）;ｄ）xn-1-xn;ｅ）yn-yn+1)28.某连续精馏塔,进料状态q＝1，D/F＝0.5（摩尔比），xF＝0.4（摩尔分率），回流比R＝2，且知提馏段’’操作线方程的截距为零。则：提馏段操作线方程的斜率（L/V）＝＿＿＿，馏出液xD＝＿＿＿＿。’’’***答案***y＝（L/V）x－WxW/V，∵D/F＝0.5,xW＝0，又ｑ＝1’’∴L/V＝（R×（D/F）＋1）/（（R＋1）×D/F）＝（2×0.5＋1）/（3×0.5）＝4/3，xD＝xF/（D/F）＝0.4/0.5＝0.829.操作中精馏塔，保持F，q，xF，D不变。（1）若采用回流比R小于最小回流比Rmin，则xD＿＿＿＿，xW＿＿＿＿；（2）若R增大，则xD＿＿＿＿，xW＿＿＿＿，L/V＿＿＿＿。（增加，减小，不变，不确定）(***答案***（1）减少，增加。（2）增加，减少，增加。)30.精馏塔在操作过程中进料组成不变，进料量适当增加，则塔顶组成xD将＿＿＿＿，塔釜组成xW将＿＿＿＿＿（泡点液体进料）。(***答案***不变;不变)31.精馏塔操作时,保持F，xF，q，R不变，增加塔底排液量W，则：xD＿＿＿＿，L/V＿＿＿＿，xW＿＿＿＿。（增大，减少，不变，不确定）(***答案***增大，不变，增大。)32.恒沸精馏与萃取精馏主要针对____________和____________的物系，采用第三组分的办法改变原物系的____________。（恒沸物体系、沸点相差很小；相对挥发度） 33.已知图中的平衡曲线，且知泡点进料，回流比R＝4，原料液、塔顶产品、塔底液组成分别为0.30、0.90、0.10，此时所需理论板数为________。34.板式精馏塔中每层塔板的作用_________________________________________。(***答案***提供气、液两相接触场所，在塔板上及其板上方空间进行传热和传质作用。)35.常压下沸点为185℃与水不互溶的A组分，若采用水蒸汽蒸馏方法，在常压下，此不互溶的混合物的沸点会降至________℃以下。(***答案***100)36.对现有一个精馏塔，若将其回流比增大时，其需要的理论板数会_______，产品的浓度会_______。(***答案***减少；增加)37.某二元理想溶液的连续精馏塔,提馏段操作线方程为:y=1.3x-0.018,系统的平均相对挥发度α=2.5,当xW=0.06时(摩尔分率),此时从塔底数起的第二块理论板数(塔底可视为第一块理论板)下流液体的组成为___________.(***答案***0.120(摩尔分率))某二元理想溶液的连续精馏塔,馏出液组成为xD=0.96(摩尔分率).精馏段操作线方程为y=0.75x+0.24.该物系平均相对挥发度α=2.5,此时从塔顶数起的第二块理论板上升蒸气组成为y2=________.(***答案***0.919)二、选择题1.某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA＝0.6相应的泡点为ｔb，与之相平衡的汽相组成yA＝0.7，相应的露点为ｔd，则：（）。A.ｔb＝ｔd;B.ｔb＜ｔd;C.ｔb＞ｔd;D.不能判断(A.)2.精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是()。A.液相中易挥发组分进入汽相；B.汽相中难挥发组分进入液相；C.液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多；D.液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。(D.)3.某二元混合物，汽液相平衡关系如图。ｔ1和ｔ2分别表示图中相应点的温度。则：（）A.ｔ1＝ｔ2;B.ｔ1＜ｔ2;C.ｔ1＞ｔ2;D.不能判断.(D)4.（2分）精馏塔设计时，若F，xF，xD，xW，V均为定值，将进料热状态从q＝1变为q＞1，设计所需理论板数：（）A.多；B.少；C.不变；D.判断依据不足。(B.)5.某精馏塔精馏段理论板数为N层，提馏段理论板数为N层，现因设备改造，使提馏段的理论板数增加，精馏段的理论板数不变，且F、xF、q、R，V等均不变，则此时:（）A.xD减小，xW增加；B.xD减小，xW不变；C.xD,xW减小；D.xD减小,xW的变化视具体情况而定(A)7.操作中精馏塔，保持F，xF，q，V＇不变，减少D，则塔顶易挥发组分回收率η变化为（）A.变大B.变小C.不变D.不确定(B)8.具有正偏差的非理想溶液中，相异分子间的吸引力较相同分子间的吸引力（）。A.大；B.小；C.一样(B)9.非理想溶液不一定都有恒沸点，只有对拉乌尔定律有明显的（）的非理想溶液才具有恒沸点。A.偏差小；B.偏差大C.偏差中等(B)10.精馏操作进料的热状况不同，q值就不同，沸点进科时，q值为（）；冷液进料时，δ值（）。A.0；B.＜0；C.1；D.＞1(C；D)11.在指定条件下进行精馏操作，所需的实际板数较理论板数（）。A.为多；B.为少；C.相等；(A)12.精馏段操作线的斜率为R/（R+1），全回流时其斜率等于（）。A.0；B.1；C.∝；(B)13.从沸点一组成图中可以看出：只有将混合液加热到（）才能从混合液中分出易挥发组分增多的蒸汽。 A.液相区；B.气相区；C.气液共存区(C)14.常压下沸点为185℃与水不互溶的A组分，若采用水蒸汽蒸馏方法，在常压下，此混合液的沸点为（）。A.〈100℃；B.＞185℃；C.=100℃；D.=185℃(A)15.当回流从全回流逐渐减小时，精馏段操作线向平衡线靠近，为达到给定的分离要求，所需的理论板数（）。A.逐渐增多；B.逐渐减少；C.不变(A)16.精馏塔的进料状况为冷液进料时，则提馏段的液体下降量L"（）A.＞L+F;B.＜L+FC.=L+F（注：L一精馏段液体下降量；F一进料量）(A)17.用y一x图表示精馏塔在某一回流比操作时，其操作线的位置（）。A.在对角线之下；B.与对角线重合；C.在对角线与平衡线之间（C）三．问答题1.精馏塔在一定条件下操作，试问：回流液由饱和液体改为冷液时，塔顶产品组成有何变化？为什么？***答案***从泡点回流改为冷液回流时，xD↑。其原因是：冷液回流至塔顶时，冷凝一部分蒸气，放出的潜热把冷液加热至塔顶第一板的饱和温度。冷凝部分中含难挥发组分较大，使气相易挥发组分增浓。同时，在塔顶回流比保持不变的条件下，增加了塔内的内回流，这也有利于分离。2.精馏塔在一定条件下操作时，试问将加料口向上移动两层塔板，此时塔顶和塔底产品组成将有何变化？为什么？***答案***当加料板从适宜位置向上移两层板时，精馏段理论板层数减少，在其它条件不变时，分离能力下降，xD↓，易挥发组分收率降低，xW↑。3.精馏塔进料量对塔板层数有无影响？为什么？***答案***无影响。因从图解法求理论板数可知，影响塔板层数的主要参数是xF，xD，xW，R和q。而进量的改变对上述参数都无影响，所以对塔板数无影响。4.为什么说全回流时，所需的理论板数最少？***答案***全回流时，操作线与y-x图的对角线相重合，此时的操作线偏离平衡线最远，即传质推动力最大，故要达到一定的分离要求时，其所需的理板数为最少。四、计算题1.（10分）某连续精馏塔进料液中含易挥发组分55%(摩尔百分数，下同)（与此相平衡的汽相组成为75%），要求塔顶产品含易挥发组分95%，饱和液体进料。试求：(1)求最小回流比。(2)若加料板上液体组成与进料组成相同，回流比为最小回流比的1.5倍时，求进料板上一板流下的液体组成。***答案***Rmin=（xD－ye）/（ye－xe）＝(0.95-0.75)/(0.75-0.55)=1，xF＝xFyF=[R/(R+1)]xF-1＋xD/(R+1)，0.75=[1.5/(1.5+1)]xF-1＋0.95/(1.5+1)，xF-1＝0.622.（10分）用连续精馏塔每小时处理100kmol含苯40%和甲苯60%的混合物，要求馏出液中含苯90%，-1残液中含苯1%（组成均以kmol%计）。试求：(1)馏出液和残液各多少kmol.h。(2)饱和液体进料时，已估算出塔釜每小时汽化量为132kmol，问回流比为多少？-1-1***答案***F=D+WFx①F＝DxD＋WxWW=56.2kmol.hD=43.8kmol.h②∵q=1V"=VL=V∴-D=132-43.8=88.2R=L/D=88.2/43.6=2.023.（12分）在常压连续精馏塔中分离理想二元混合物，进料为饱和蒸汽,其中易挥发组分的含量为0.54（摩尔分率），回流比R=3.6，提馏段操作线的斜率为1.25，截距为-0.0187，求馏出液组成xD***答案***q线方程:y=xF=0.54(1)，精线方程:y=0.7826x+0.217xD(2)提段方程:y=1.25x-0.0187=0.54(3)。式(1)与(3)联立得两操作线交点坐标xd=x=0.447将y=0.54,xd=0.447代入(2)得xD=0.8764-14.（15分）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%,-1塔顶产品组成xD＝95％,产量D＝50kmol.h，回流比R=2Rmin，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。***答案***1.y=αx/[1+(α-1)x]=3x/(1+2x)，泡点进料q=1,xe=xF=0.5, ye=3×0.5/(1+2×0.5)=1.5/2=0.75，Rm/(Rm+1)=(0.95-0.75)/(0.95-0.5)=0.20/0.45=4/9，Rm=4/5=0.8-12.V=V′=(R+1)D=(2×0.8+1)×50=130kmol.h，3.yn+1=[R/(R+1)]xn+xD/(R+1)=0.615xn+0.3655.某二元系统精馏塔在泡点下进料，全塔共有三块理论板及一个再沸器，塔顶采用全凝器，进料位置在第二块理论板上，塔顶产品组成x=0.9（摩尔分率），二元系统相对挥发度α＝4，进料组成为x＝0.5（摩尔分率），回流比R＝1时，求：(1)离开第一块板的液相组成X1为多少？(2)进入第一块板的气相组成y2为多少？(3)两操作线交点d的气液组成？***答案***⑴y1=xd=0.9,x1=0.9/(4-3×0.9)=0.692,⑵y2=1×0.692/(1+1)+0.9/2=0.796,⑶xd=xf=0.5,yd=0.5/2+0.9/2=0.7(计算题5题附图)(计算题8题附图)6.（12分）已知某精馏塔进料组成xf＝0.5，塔顶馏出液组成xD＝0.95，平衡关系y＝0.8x＋0.2，试求下列二种情况下的最小回流比Rmin。(1)饱和蒸汽加料；(2)饱和溶液加料。***答案***Rmin=(xD-ye)/(ye-xe)---(1)；ye=0.8xe+0.2---(2)；ye=q×xe/(q-1)-xF/(q-1)---(3)⑴q=0,由(3)ye=xF=0.5;由(2)xe=(0.5-0.2)/0.8=0.375,Rmin=(0.95-0.5)/(0.5-0.375)=3.6⑵q=1,由(3)xe=xF=0.5,由(2)ye=0.8×0.5+0.2=0.6;Rmin=(0.95-0.6)/(0.6-0.5)=3.57.某厂用一连续精馏塔在常压下连续精馏浓度为50%（质量%）的稀酒液。要求获得浓度为0.82摩尔-1分率的酒精700kg.h,残液中含酒精不超过0.1%（质量%）。采用间接蒸汽加热，操作回流比为3.5。-1-1试求：(1)进料和残液各为多少kg.h？(2)塔顶进入冷凝器的酒精蒸汽量为多少kg.h？回流液量又为多少kg.h？(3)沸点进料时提馏段操作线方程。附：乙醇分子量46***答案***1）F，W；xD=（46×0.82)/(46×0.82+18×0.18)=0.92（质量分率）-1代入方程：F=700+W,F=1289kg.hF×0.5=700×0.92+W×0.001,W=589kg.h-12）V，L：V=（R+1）D=4.5×700=3150kg.hL=DR=700×3.5=2450kg.h-13）提馏段提作线方程：L′=L+qF而q=1∴L′=2450+1289=3739kg.h又：xW=（0.001/46)/(0.001/46+0.999/18)=0.0004;y∴m+1′=(L′/L′－w)xm′－w/(L′－w)xw=(3739/3739－589)x′-5-5－(589/3739－589)×0.00041.19x′－7.5×10或：y=1.19x′－7.5×10-18.常压下，某一连续操作的精馏塔每小时处理10t.h苯一甲苯二元溶液。进料液含苯40%，要求塔顶馏出液中含苯96%，塔底产品含苯5%（以上均为质量%）。如果进料为饱和液，试求：(1)塔顶，塔釜的-1产品量为多少kmol.h？(2)最小回流比；(3)若R=2Rmin，用图解法求理论板数，并指出加料板位置。附：苯的分子量78.1，甲苯分子量92.1***答案***1）D，W；单位换算：xD=（96/78.1）/(96/78.1+4/92.1)=0.966xF=(40/78.1)/(40/78.1+60/92.1)=0.44,xW=(5/78.1)/(5/78.1+95/92.1)=0.058原料液的平均分子量M=ΣMixi=78.1×0.44+92.1×0.56=85.94-1∴F=10000/85.94=116.4kmol.h∴116.4=D+W；116.4×0.44=D×0.966+W×0.058解出：D=49kmol.hW=67.4kmol.h2)Rmin：由公式：Rmin=(xD-ye)/(ye-xe)；∵饱和液进料∴xe=xF=0.44由xe=xF=0.44在y-x图上在平衡线上找到ye=0.65则：Rmin=(0.966-0.65)/(0.65-0.44)=1.53）N和进料板位置;由R=2R=2×1.5=3作图得N=10（块）注：作图方法略 从图中可知：加料板为第5块（从上向下数）理论板。9.在连续精馏塔中，精馏段操作线方程y=0.75x+0.2075，q线方程式为y=-0.5x+1.5xF,试求:(1)回流比R,(2)馏出液组成xD,(3)进料液的q值,(4)当进料组成xF=0.44时，加料板的液体浓度；(5)要求判断进料状态。***答案***yn+1=[R/(R+1)]xn+xD/(R+1)①R/(R+1)=0.75R=0.75R+0.75R=0.75/0.25=3②xD/(R+1)=0.2075xD/(3+1)=0.2075xD＝0.83③q/(q-1)=-0.5q=-0.5q+0.5q=0.5/1.5=0.333④0.75x+0.2075=-0.5x+1.5xF;0.75x+0.2075=-0.5x+1.5×0.441.25x=1.5×0.44-0.2075=0.4425;x=0.362⑤0