化工原理--精馏习题及答案

1、一选择题1. 蒸馅是利用各组分（）不同的特性实现分离的目的。CA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。CA可挥发；B不挥发；C易挥发；D难挥发。3.（）是保证精馆过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。AA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，是精馆得以连续稳定操 作 的一个 必 不 可 少 条 件。CA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。DA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。BA塔顶气相；B塔顶液相

2、；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。BA气相；B液相；C固相；D混合相。8 .在精馅塔中，原料液进入的那层板称为（）。CA浮阀板；B喷射板；C加料板；D分离板。9 .在精馅塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（）。BA精馅段；B提馅段；C进料段；D混合段。10 .某二元混合物，进料量为100 kmol/h, xF=,要求塔顶Xd不小于, 则塔顶最大产量为（）。（则 W=0）BA 60 kmoI/h； B kmol/h; C 90 kmoI/h; D 100 kmol/ho11 .精馈分离某二元混合物，规定分离要求为无、八。如进料分别为工向、

3、 XF2时，其相应的最小回流比分别为Rminl、 mm2。当5 >号2时,则 （ ）oAA. Rminl V 跖12 ；B, niinl = nun2 ；C. Kinl > Rmin2 ； D. 的大小无法确定12 . 精馆的操作线为直线，主要是因为（）。DA. 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。液相组成以二05时相应的 泡点为乙，气相组成必=。3时相应的露点为2 , 则（）DA. ri =t2 ；B. fl <f2；C. Z1 >f2 ；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4二

4、0.5时泡点为。， 与之相平衡的气相组成力=675时，相应的露点为，2,则（）。AA.。=，2；B. Z1<Z2 ；C. zi>r2 ； D.不能判断15 .操作中连续精馆塔，如采用的回流比小于原回流比，则（）o BA.工。、Xw 均增加； B. xo 减小，,增加；C.必、园均不变； D.不能正常操作16 .某真空操作精馅塔，在真空度降低后，若保持尸、D、打、q、R 及加料位置不变，则塔顶产品组成与变化为（）。AA.变小；B.变大；C.不变；D.不确定；17 .精馈操作时，若在尸、号、q、R不变的条件下，将塔顶产品量。 增 加，其 结 果 是 （）。CA.f下降，% 上升； B.

5、无下降，均 不变；C.下降，% 亦下降；D.无法判断；分析：当。增加时，立必然减小，但因回流比R不变，只有V和L同 时增加，即H和同时增加，以4 = 1为例，从提馆段操作线斜率看1、 R + 不r （L =2LV R + l ,当。增大后，V变小，而 不变，故有小减小。18 .二元溶液连续精馅计算中，进料热状况的变化将引起以下线的变化（）。AA.提馆段操作线与“线；平衡线；C.平衡线与精馆段操作线;D.平衡线与。线;19 .某精馆塔精馆段和提馆段的理论板数分别为必和若只增加提馅 段理论板数，而精馅段理论板数不变，当尸、q、R、丫等条件不 变时，则有（）oBA.0减小，A增加； B. %减小，小

6、不变；C. %减小，与减小； D. %减小，私无法判断20 .下列哪些判断正确 （）。B, C, DA.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, EA. 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.精储操作中适宜回流比应取最大回流比和最小回流比的平均值 通过经济衡算来决定 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（摩尔

7、分率，下同）， 第二块塔板下降液体浓度为，若相对挥发度为，全回流操作，则第三块 塔板的气相单板效率为 o AA. 22.5%;B. %；D. % ；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 .精储过程是利用 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 o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9值最小，此时分 离所需的理论板数 O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 o越低7 .对于二元理想溶液，相对挥发度Q大，说明

8、该物系 o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 O不容易分离9 .完成一个精馆操作的两个必要条件是塔顶 和塔14 O液相回流，上升蒸气10 .精馆操作中，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 .精馅操作中，当q二 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 的简单蒸馆和平衡蒸馅相比较的结果有：所得馆出物平均浓度；所得残液浓度；馅出物总量 O简单蒸馅的馅出物平均浓度大于平衡蒸馆的馆出物平均浓度；两种 情况的残液浓度相同；平衡蒸

9、馅的馅出物总量大于简单蒸馆的馆出物 总量。14 .某精储塔操作时，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勺,塔底产品组成 ,% ,塔顶产品流率,精储段液气比 O增加；减少；减少；增加分析：由1/ =(火+ 1)。，当丫不变时，R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 L _ R高。当R增加时，液气比万=工I必然也增大。15 .某精馆塔的设计任务是：原料为尸、"，分离要求为与、/。设 计时若选定回流比R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,精馆段和提馅段的气液相

10、流量的 变化趋势V, L, V, L O若加料热状况不变，将回流比增大，理论塔板数 o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9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，当尸、打、/、功一定时，塔顶产品流率。和塔底产品流率卬也一 定。则由V = (R + 1)。知V不变，同理L = 也不变。由=1/-(1-/尸知当 丫、尸不变时，4值越大，V越大。而由W可知，V越大，C也越 大。16 .用图解法求理论塔板时，在。、打、和、*、q、r、尸和操作压 力诸参数中，与解无关。进料流率产17 .当增大操作压强时，精馅过程中物系

11、的相对挥发度,塔 顶温度,塔釜温度 o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 .精馅塔结构不变，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，则塔顶与,塔底，提馅 段操作线斜率 O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，V的减少导 R致L减少，即回流比R减小，故精馅段操作线斜率联门减小，提馅段操 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与减小

12、和 %增大。19 .精馅塔的塔底温度总是 塔顶温度，其原因一是,二是 O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 o板式塔不正常操作现象常见的有，它们是 O3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 o塔板负荷性能图中有 条线，分别是 O5; （1）通过能力大，（2）塔

13、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 o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

14、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 O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 o为减小液面落差，设计时可采用的措施常见的有 O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

15、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 o溢流堰高度也应适当，过高会, 过低会 O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 o塔板面积可分为4个区域，它们分别是,各自的作用是 O整块式；分块式；分块式；通过人孔装拆塔板；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

16、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。29 .精馆塔设计时，若工艺要求一定，减少需要的理论板数，回流比 应,蒸储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 .恒沸精馆和萃取精储的主要区别是； o恒沸精馅添加剂应与被分离组分形成新的恒沸物；萃取精馆中的萃 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a二的理想混合物进行平衡蒸馅（闪蒸）时，已知Xf为， 气化率为60%。则得气相组成为，

17、液相组成为；若采用简单蒸 馆并蒸至凌温等于闪蒸时温度，则塔顶产品组成_闪蒸时气相组成， 汽化率为。；大于；一31、恒摩尔流结果基于的假设是：； ； o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 o增大；提高33、恒沸精馅与萃取精馆的共同点是,主要区别是 o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；恒沸精馆加入第三组分，该组分能与原料液中的一个或个组分形成 新的恒沸液；萃取精馅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

18、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 L漏夜量 O35、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馅分离，控制液化率50%,分离后馅出液轻 组分浓度是原料含轻组分浓度的 倍。36、蒸馅是利用各组分的 不同的特性实现分离的。精馅是通过多次的 和 的过程分离混合物。问答：在间接蒸汽加热的连续常压精馆过程中，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储段液相组成变化程度 要高于对应的气相组成（即AX > AY）,提储段则相反。试从物料恒算 角度对此加以分析并予以解释三、计算题1

19、.用连续精储塔每小时处理100 kmol含苯40%和甲苯60%的混合物, 要求储出液中含苯90%,残液中含苯1% （组成均以mol%计），求：（1）储出液和残液的流率（以kmol/h计）；（2）饱和液体进料时，若塔釜的气化量为132kmol/h,写出精馈段 操作线方程。'100 =D + W100x0.4 = 0.9D + 0.01WF = D + W解：（1）FXf = DXd+WXw 代入数据解此方程组，得 D=kmol/h, W=kmoI/h(2)饱和液体进料时，V=V',即V=132 kmol/h,则L = V - D = 132 - = kmo I /hR = L/D

20、 =二2精馆段操作线方程x +x0.9 = 0.667 x +0.32+12+12 .氯仿(CHCL)和四氯化碳(CCI4)的混合物在一连续精馈塔中分离。 馅出液中氯仿的浓度为(摩尔分率)，馆出液流量为50 kmol/h,平均相对挥发度二,回流比R = 2o求：(1)塔顶第二块塔板上升的气相组成；(2)精馆段各板上升蒸气量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，yi = xD= , R = 2=*二 y.由相平衡方程 "1+旧-17，得”“乜-即1反x -%-0'处 -口免即 11.6-(1.6-1)0.95R 1由精

21、馅段操作线方程 外“" nx n = x0.92 +- xO .95 = 0.93 2+1 D 33 V = L + D, L/D = R, V = (R + 1) D，V = 3X50 = 150 kmol/h, L = 2X50 = 100 kmoI/h3. 一连续精馆塔，泡点进料。已知操作线方程如下:精馅段 y=x +提馅段 y=x -求原料液、储出液、釜液组成及回流比。_ R 1解：由精馅段操作线方程 V"二,心十"腌R1=28 c axD = 0.172R+1 ，待 R = 4;R+1，待 Xd 二将提储段操作线方程与对角线方程y二x联立'y=1

22、.3x-0.018V=x 解得X =,即X,二将两操作线方程联立y = 0.8x +0.172<_y=1,3x-0.01g 解得 * =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 二4.用一精馆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(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0.9 5,釜液组成为005.料 液的处理量为1 0 0内"。力.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)提馅段上升蒸气量；(2)自塔顶第2层板上升的蒸气组成。分析：欲解提馅段的蒸气

23、量须先知与之有关的精馆段的蒸气量丫。而V又须通过V =(R + 1)。才可确定。可见，先确定最小回流比叫强，进而 确定R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。ax 3x y =解：（1 ）由相平衡方程 1 + （。-1口 l + 2xq xP 0.50.5.y =x- =x-= t + 1及进料方程 q-i q-i 。.5-10.5-1一2±J4+8 x =联立解得2/ + 21+1=04V = " =0.633取 X1 0.367 则 1 + 2xqR 广儿=。95

24、 ®3= 123m，n yq xq 0.63 - 0.37R= 1.4/?nnn = 1.722再由物料衡算方程 F = D + W及 Fxf=Dxw+Wxw解得 D = 50kmol/hW = F-D = 50k mol/hV = (/? + l)£)= (1.722 +1)50 = 136Akniol/hV = V - (1 - )F = V - 0.5F = 136.1 - 50 = 86. kmoUh(2)已知切=工。=095七=0.86由相平衡关系”（"Dy再由精馆段操作线方程解得R . xD 1.722 nQA 0.95 n OQy,Xt +x 0.8

25、6 +0.88“- R + l R + l 1.722+11.722+15.某二元混合液的精馆操作过程如附图。已知组成为052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，（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a为，回流比R为，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）。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，应将塔釜视作提馈段，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O/F = l/2,尸=2。，。

26、=卬代入物料平衡方程F = D+W及Fxf =Dxd +Wxw联立解得x卬二整理精储段操作线方程R xD 2.50.75y 1 =X” = - -V hR + l R + 13.5 "3.56 =0 174%+0.214axy =而相平衡方程i +一 v - A 整理成a-(a-)y 2.5-L5y(b)交替利用(a) (b)两式逐板计算由xd = >'i =0-75代入得 玉=0545代入（a）得 力=0网3代入（b）x2 =。378 < xF = 0.52整理提储段操作线方程由L =L + qF = RD + F = 2.5D + 2D = 4.5D= p则

27、y, '2 - L'-W m L,-W '4.5D,0.34Dr -= 4.5D-D m 4.5D-D即Hz = 1 286 x1-0.097将=。.378 代入 得 力=1.286 x0.378-0.097 = 0.389-代入（b）得七=°2。3 <% =故包括塔釜在内共需3块理论塔板。6.在一连续精馈塔中分离二元理想混合液。原料液为饱和液体，其组 成为，要求塔顶馆出液组成不小于，釜残液组成不大于(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

28、为，操作回流比R = L54w。当馅出液流量为100碗。力时，试求:(1) 塔顶第1块理论板上升的蒸汽组成；(2) 提馆段上升的气体量。分析：因为出分凝器的冷凝液L与未液化的蒸气匕成相平衡关系， 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4 与自全凝器出来的产品组成H不同。解：（1）由平衡方程及泡点进料时Xq= 0.52.5 x 0.51 + 1.5 x 0.5= 0.714p 厂儿 _ 0.95-0.7141i -1.1为一毛 0.714-0.5R = l,5Rmm = 165R xDy =x H精馅段操作线方程 R + 1 R + 1=x + = 0.623x + 0.3

29、58 2.652.65再由平衡方程及)'。=乙=0.95= 0.884为 _°95a -(a - 1)凡2.5 -1.5x 0.95代入精馆段操作线方程弘=。.623 %+0.358 = 0.909(2)由 V =V-(-q)F当泡点进料时，q = i则 V*=V = (/? +1)0 = 2.65 X1OO = 265k mol/h7 .用一连续精馆塔分离由组分A、B所组成的理想混合液。原料液中含 A ,储出液中含A （以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度 为，最小回流比为，说明原料液的热状况，并求出q值。y = J 3XD解：采用最小回流比时，精馆段操作线方程为R

30、皿+1y= 163 x + !xO.957 = 0.62 x+0.364即 1.63 +11.63 +1由相平衡方程=二1+。一以公，2.5x2.5x得 7=l+(2,5-l)x = l+1,5xy= 0.62 x+0.3642.5x联立两方程 ly=uB7 , 解得x = , y =此点坐标(,)即为(Xq, yq) o因XF二，即XqVXFVyq,说明进料的热状况为气液混合进料。由q线方程 M H ,此线与平衡线的交点即是操作线与平衡线的交点q10.592 =i-xO.367x0.44有I-1I-1解出q二8 . 一连续精馅塔分离二元理想混合溶液，已知某塔板的气、液相组成 分别为和，相邻上

31、层塔板的液相组成为，而相邻下层塔板的气相组成为 (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。若已知塔顶与塔底产量比为2/3,试求：(D精馆段操作线方程；(2)提馆段操作线方程。解：精储段操作线方程R 依精馅段操作线方程 4” =工+将该板和上层板的气液相组成代人有(a)0.83 =x 0.77 + -/? + 1 R + 1再将该板和下层板的气液相组成代入有(b)R.0.78 =X0.70+R + l R + 1联立(a)、(b)解得 R = 2.0,无=0950.95V =X d则精馅段操作线方程为.2 + 1, 2 + 1即3y = 2x + 095（2

32、）提值段操作线方程提馆段操作线方程的通式为U =L + qF,F = D + W代入上式则有、, L + qF UWxv =X -"川匕w m l!-W"=1(泡点进料)I匕3/"田 L + qF-WL + qF W_ L + D + W股=L+DL+D_ R + + W/DWID转化上式为 “川石1 一芭"一天工!(C)根据2 _ 0.46 一 xw 即 3 -0.95-0.46xw = 0.13将有关数据代入（c）,则提馅段操作线方程为2 + 1 + 3/23/2 V =- X :-XO.13o 4 u c sn2 + 12 + 1即 3y = 4.

33、5x-0.1959、用一精馅塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h,易挥发组分 XF=,泡点进料，得塔顶产品Xd二,塔底釜液X尸（皆摩尔分率），操作回 流比R二，该物系平均相对挥发度a=，塔顶为全凝器，求：塔顶和塔底的产品量（kmol/h）;第一块塔板下降的液体组成I为多少;写出提馆段操作线数值方程;（4）最小回流比。解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h）;(1)F=D+W=100O x 0.9 + W x 0.05 = Fxf =100x0.5 = 50上述两式联立求解得W=hD=h第一块塔板下降的液体组成Xi为多少;因塔顶为全凝器,ax.0.9a (a 1)月2.25 -1.25 x 0.9= 0.80写出提馅段操作线数值方程；V' = V = (R +1)。= 2.61X 52.94 = 138.17r = L + F = /?D+F = 1.61x52.94+100= 185.23, U , Wxw 185