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第四部分 蒸馏概念题示例与分析填空题4-1 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4-2 最小回流比是指 。答案：塔板数为无穷时的回流比的极限值4-3 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、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：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，均可替代回流作用。4-8 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 ，若进料液气比为（摩尔）时，则进料热状况参数为 。答案：不利；0.2分析：若进料液汽比为1：4，则液相占总进量的比率为。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）、（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，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。 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。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；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：； ； ； ； ； 0x(y) 1t1t1t0tDy1y0x0xDP=定值图4-50 x(y) 1ty6y5y4x5x4x6图4-6 分析：由于分凝器相当于一块理论板，故各量之间的关系在相平衡图上一目了然，见图45。4-37已测得精馏塔自塔顶向下数第层和第层塔板的两相组成为、，试判断对应值：为_,为_,为_,为_。 答案：； ； ； 分析：各板间的组成的相互关系如图。4-38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_。答案：； ； 分析：由于可，所以, 故。由，得。当q=1时，4-39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_,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、严重雾沫夹带。4-42 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_。答案：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4-43 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_。答案：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。4-44 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。 答案：填料；液体；气体；液体分布装置；液体再分布装置445 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：液沫夹带（雾沫夹带），产生的原因为 ，气泡夹带，产生的原因为 。答案：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。446 板式塔中板上液面差过大导致 ，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 。答案：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。447 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 。 答案：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。448 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 。答案：整块式；分块式；分块式；通过入孔装拆塔板；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。溢流区，为降液管和受液盘所占的区域。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。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。二、判断题4-49 在精馏塔内任意1块理论板，其上气相露点温度大于液相的泡点温度。（ ）分析：理论板是为了便于研究塔板上的传质情况而理想化的塔板，其特点是无论进入该板前气、液相组成如何，离开该板时气、液两相在传质、传热两方面都达到平衡，即离开该板的气、液两相组成平衡，温度相同。4-50 组分A和B的相对挥发度的混合溶液不能用普通精馏的方法分离。（ ）4-51为节能降耗，对有恒沸现象的二元体系，应采用恒沸精馏而不是萃取精馏。（）分析：萃取剂在精馏过程中基本不气化，故萃取精馏的能耗量较恒沸精馏少。452 根据恒摩尔流假设，精馏塔内气、液两相的摩尔流量一定相等。（ ）分析：精馏段与提馏段的摩尔流量由于进料时不同的热状况的影响而不一定相等。对于有侧线抽出的复杂塔，依抽出物的热状况不同更加不同。4-53 蒸馏操作的依据是物系中组分间沸点的差异。（ ）分析：对于具有共沸组成的物系，虽然组分间存在沸点差异， 但在相对挥发度处不能分离。4-54 当分离要求和回流比一定时，进料的值越大， 所需总理论板数越多。（ ）4-55 精馏设计和操作时， 若回流比增加并不意味塔顶产品量减小。（ ）4-56 若以过热蒸气状态进料时，线方程的斜率。 （ ）分析：过热蒸气进料时，但线方程斜率是大于零的正数。4-57 精馏段操作线方程为y=0.65x+0.4，绝不可能。 （）分析：按此方程，将出现当时，的谬误。4-58 连续精馏塔的塔顶和塔底产品分别为和，则精馏段液气比总是小于，提馏段液气比总是大于。 （）分析：若，则为全回流，此时是液气比的极限值，即。4-59 用图解法求理论板数时，与下列参数有关：、。（）分析：图解法求时，须知塔底组成可通过全塔衡算依、确定。4-60 填料的等板高度以大为好，越大，分离越完善。（）答案： 分析：等板高度是与一层理论塔板的传质作用相当的填料层高度。越小，说明填料的传质效率越好。4-61 当增加塔板间距时，性能负荷图中雾沫夹带线向下移，当减少浮阀数时，漏液线向下移。（）分析：当增加板间距后，弹溅起的液滴重新落回液面的几率增大，不易发生雾沫夹带，故雾沫夹带线向上移。4-62 判断板式精馏塔的操作是否穩定，主要看塔内气液流动有无不正常的“返混”现象（如雾沫夹带）和“短路”现象（如严重漏液）。（）分析：塔的操作是否稳定，主要看塔顶温度是否稳定。463 在其他条件不变的情况下，降低连续精馏塔的操作压强，塔顶馏出物中易挥发组分的浓度变低。（ ）分析：同一物系，总压越低，混合物的泡点及各组分的饱和蒸气压越低，各组分间的相对挥发度越大，越利于精馏分离。464 与纯液体的沸点与总压有关相反，组成一定的液体混合物，其泡点与总压强无关。（ ）分析：纯组分的沸点随压强的增高而升高，混合后虽受各自组成的影响，但泡点仍随总压的升高而升高。465 对理想溶液的相对挥发度产生影响的因素是操作压强，当操作压强恒定后，溶液的相对挥发度就不再变化。（ ）分析：对理想溶液的相对挥发度产生影响的因素除操作压强外，液体组成的变化也起作用，因为组成的改变导致泡点改变。对理想溶液，液体组成的改变所引起的泡点温度变化范围不超过两组分间的沸点差，故相对挥发度在全塔范围内变化不大，计算时可将其平均值视为常数。466 在馏出率相同的条件下，简单蒸馏所得到的馏出物的浓度组成低于平衡蒸馏。（ ）分析：由于简单蒸馏所得的多数馏出物（开始阶段得到的）与组成较高的液体成平衡，而平衡蒸馏所得全部馏出物都与较低的残液浓度组成相平衡，所以连续操作的平衡蒸馏不如间歇操作的简单蒸馏的分离效果好。467 气化率相同时，平衡蒸馏的闪蒸罐内压强越低分离效果越好。（ ）分析：系统的相对挥发度随压强降低而有所提高，从而提高分离能力。468 当分离要求一定时，精馏塔内物料的循环量越大，所需的理论塔板数越多。（ ）分析：循环量越大，气液两相在塔内接触传质越充分，传质推动力越大，所需板数就越少。循环量大实质就是气、相两液的回流量大。469 回流比相同时，塔顶回流液体的温度越高，分离效果越好。（ ）分析：当回流比一定，塔板数一定，回流液的温度越低，在塔内产生的实际物料循环量越大，故分离能力越强，其代价是塔釜相应能耗的增加。470 对于普通物系，原料组成浓度越低塔顶产品达到同样浓度所需要的最小回流比越大。（）分析：此结论只适于普通物系即理想体系，对某些非理想体系，由于平衡线具有上凹部分，其最小回流比是由平衡线的内切线确定的，而与原料组成无关。4-71 精馏塔的全塔总效率不等于塔内各板的默弗里效率的平均值。 （）4-72 真空操作的精馏塔内，当其他条件不变，而真空度增加后，塔底残液组成增 大。 （ ）分析：当操作压力减小，物系中各组分间的相对挥发度增大，故分离能力亦应增强。三、选择题 (一) 单项选择题4-73 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 （ ）。答案：AA； B； C； D.的大小无法确定4-74 精馏的操作线为直线，主要是因为（ ）。 答案：DA.理论板假定； B.塔顶泡点回流； C. 理想物系； D. 恒摩尔流假定 分析：由于作了恒摩尔流假定后，通过塔顶或塔底的物料衡算关系，才推导出直线的操作线方程。4-75 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（ ）. 答案：B A； B； C； D无法判断4-76 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 （ ）。 答案： A ； B ； C ； D 不能判断4-77 操作中连续精馏塔，如采用的回流比小于原回流比，则（ ）。 答案： A、均增加； 减小， 增加； 、 均不变； 不能正常操作 分析：当回流比变小时，精馏段操作线斜率变小，同时提馏段操作线斜率变大，若保持塔板数不变，必然是结果B。4-78 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（ ）。 答案：AA.变小； B变大； C.不变； D不确定； 分析：当压力增大后，组分间相对挥发度变小，故分离能力变低。4-79 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（ ） 答案：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。4-80 精馏操作时，若其他操作条作件均不变，只将塔顶的过冷液体回流改为泡点回流,则塔顶产品组成变化为（ ）。 答案：AA. 变小； B. 变大 C不变； D. 不确切；分析：回流液热状况改变后，减少了塔内实际物料循环量，降低了分离推动力，故减小。4-81 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. 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；答案:A4-82 分别用平衡蒸馏和简单蒸馏分离原料数量和组成相同的物系，用平衡蒸馏所得馏出物气相总组成为，用简单蒸馏所得馏出物气总组成为，若两种方法所得的气相量相同，则（ ）。 答案：A A; B ; C ; D无法判断 分析：由于简单蒸馏的气相组成多是与开始阶段较高的液相组成相平衡的，而平衡蒸馏的气相组成只能与最终的较低的液相组成成平衡。4-83 流率为800 组成为0.4的二元理想溶液精馏分离，要求塔顶产品组成达到0.7，塔底残液组成不超过0.1，泡点进料，回流比为2.5。要使塔顶采出量达到500,应采取措施（ ）。 答案：EA. 增加塔板数； B.加大回流比； C改变进料热状况； D塔顶增加分凝器； E增加进料量 分析：由的物料衡算式知，。当、均确定后，只有改变才可改变。其他几种措