化工原理第五章-精馏-题

PAGEPAGE103五蒸馏汽液相平衡1.1苯(A)与氯苯(B)的饱和蒸汽压[mmHg]和温度[℃]的关系如下:t80.9290100110120130131.8peq\o(\s\up5(0),\s\do2(A))760100813351740223028203020peq\o(\s\up5(0),\s\do2(B))144.8208.4292.8402.6542.8719760若苯—氯苯溶液遵循Raoult定律,且在1atm下操作,试作：(1)苯—氯苯溶液的t—x(y)图及y—x图；(2)用相对挥发度的平均值另行计算苯—氯苯的x—y值。1.2苯—甲苯混合液的组成x=0.4(摩尔分率),求其在总压p=600[mmHg]下的泡点及平衡汽相组成。又苯和甲苯的混合气含苯40％(体积％)，求常压下的露点。已知苯—甲苯混合液服从拉乌尔定律。苯(A)和甲苯(B)的蒸汽压peq\o(\s\up5(0),\s\do2(A))、peq\o(\s\up5(0),\s\do2(B))[mmHg],按下述Antoine方程计算：式中t为温度[℃]。lgpeq\o(\s\up5(0),\s\do2(A))=6.89740-1206.350/(t+220.237)lgpeq\o(\s\up5(0),\s\do2(B))=6.95334-1343.943/(t+219.237)1.3某双组分理想物系当温度t=80℃时，peq\o(\s\up5(0),\s\do2(A))=106.7kPa，peq\o(\s\up5(0),\s\do2(B))=40kPa，液相摩尔组成为xA=0.4，试求:(1)与此液相组成相平衡的汽相组成yA；(2)相对挥发度α。1.4一双组分精馏塔，塔顶设有分凝器，已知进入分凝器的汽相组成y1=0.96(摩尔分率,下同)，冷凝液组成xD=0.95，两个组分的相对挥发度α=2，求:(1)出分凝器的汽相组成yD=?(2)出分凝器之液、汽的摩尔流率之比L/VD=?习题4附图1.5在1atm下对x=0.6(摩尔分率)的甲醇—水溶液进行简单蒸馏，当馏出量为原料的1/3时，求此时刻的釜液及馏出物的组成。设x=0.6附近平衡线可近视为直线，其方程为y=0.46x+0.5491.6某二元混合物原料中易挥发组分xF=0.4(摩尔组成)，用平衡蒸馏的方式使50%的物料汽化，试求气相中易挥发组分的回收率。（设相对挥发度为3）1.7将含有24%(摩尔,以下同)易挥发组分的某液体混合物送入连续操作的精馏塔，馏出液中含有95%的易挥发组分，残液中含有3%易挥发组分。塔顶蒸汽量为850[kmol/h]，回流量为670[kmol/h]，塔顶采用全凝器，试求塔顶易挥发组分的回收率及残液量。1.8现有一连续精馏塔只有精馏段，用于A、B两组分的分离。已知A与B的分子量分别为78与92，进料量为100[kg/h]，含A组成为10%(质量%以下同)，进料状态为饱和蒸汽自塔底送入，如图示。如果要求馏出产品中A的组成为95%，残液中A的组成为1%,试求:(1)塔顶馏出液的量、釜残液量及塔顶的蒸汽量各为多少[kg/h]?(2)回流比R?(3)写出该塔操作线的数值表达式。1.9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,精馏段操作线与提馏段操作线的交点处xq值为多少?并要求判断进料状态。习题8附图1.10一常压精馏塔将含苯0.4(摩尔分率以下同)的苯甲苯混合液1000[kg/h],分离为组成xD=0.97塔顶产品和xw=0.02的底部产品。已知回流比R=3.7,进料温度为20℃，料液平均比热为159.2[kJ/kmol·℃]，在常压下苯的汽化潜热为30807[kJ/kmol]，甲苯汽化潜热为33320[kJ/kmol]。试求：(1)精馏段上升蒸汽量V和下降的液体量L[kmol/h];提馏段上升蒸汽量V′和下降的液体量L′[kmol/h];(2)求塔顶冷凝器的热负荷；如使用水为冷却剂，且水初温为20℃，出口温度为50℃，求每小时耗水量[kg/h]?(3)求再沸器的热负荷；设加热所用水蒸汽压强为2.5[kgf/cm2](绝压)，求蒸汽消耗量[kg/h]？(4)写出提馏段操作线方程数值表达式。1.11在常压连续精馏塔中分离二元混合物，进料为饱和液体，其中易挥发组分含量为0.50(摩尔分率)，回流比R=3，提馏段操作线斜率为1.25，截距为-0.0187，求xD。1.12由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔，每小时向塔釜加入含甲醇40%(摩尔分率)的甲醇水溶液100kmol，要求塔顶馏出液组成xD=0.84，塔顶采用全凝器，回流比R=3,在操作条件下的平衡关系为y=0.45x+0.55，求:塔釜液组成xw；每小时能获得的馏出液量D。1.13某连续精馏操作中，已知操作线方程如下：精馏段y=0.723x+0.263习题12附图提馏段y=1.25x-0.01871.24在常压连续精馏塔中分离A、B混合液(如图所示)。两股进料情况如下:F1=100kmol/h，xF1=0.6(摩尔分率，下同);F2=200kmol/h，xF2=0.2,均为饱和液体进料。要求分离后馏出液中组分A含量不小于0.8，釜液中组分A浓度不于0.02，操作回流比为2。试求两股进料间的操作线方程。精馏操作型计算1.25一精馏塔有24层塔板(实际板数)，用于分离xF=0.5的苯—甲苯溶液。全塔效率为50%，泡点进料，加料板位置为第14层板。现要求xD=0.98，再沸器最大蒸发能力V′=2.5[kmol/h]，求馏出液的最大产量。1.26为测定塔内塔板效率，在常压下对苯—甲烷物系进行全回流精馏。待操作稳定后，测得相邻三层塔板的液相组成为：xn-1=0.43，xn=0.285，xn+1=0.173。相对挥发度α=2.46，求第n板和n+1板的板效率。1.27如图示的精馏塔具有一块实际塔板及一只蒸馏釜，原料予热到泡点，由塔顶连续加入，xF=0.20(摩尔分率,以下同)。今测得塔顶产品易挥发组分的回收率为80%，且xD=0.28，系统的相对挥发度α=2.5。试求该块塔板的板效率。设蒸馏釜可视为一块理论塔板。1.28如图所示的苯—甲苯常压连续精馏塔，塔顶设置全凝器，泡点回流。塔内有三层理论板，而且塔釜可视为一层理论板，每小时100kmol含苯50mol%的苯—甲苯混合液，从第三层塔板以泡点状态加入。塔顶产品含苯85kmol%，相平衡关系如图如示。试求:回流比R，塔底排出液组成Xw，塔顶产品D及塔釜蒸发量V′；当回流中断，进料情况及塔釜供热状况仍保持不变时，精馏塔处于什么状态?综合计算题1.29拟设计一常压连续精馏塔以分离某易挥发组分含量为40%(mol%下同)，流量为100kmol/h的料液，要求馏出液组成为92%，回收率为90%，料液为泡点进料。回流比为最小回流比的1.5倍，全塔效率为0.7，操作条件下物系的平衡关系见附图。试求:(1)完成分离任务所需的实际塔板数及实际加料板的位置；(2)若F、xF、Np为不变，欲提高此系统易挥发组分的回收率，试定性说明可采用的措施有哪些?1.30用一连续精馏塔分离苯、甲苯液体混合物，塔顶设全凝器，塔底设有再沸器，进料量为150kmol/h，其中含苯0.4(摩尔分率,下同)，泡点进料，通过取样测得塔顶馏出液中苯回收率为92.20%，塔底产品中苯的组成为0.05，实际操作回流比R=2.43，已知操作条件下平衡关系如图所示，若设该塔在最适宜位置进料。试求:塔顶、塔底产品流量及塔顶组成;该塔具有理论板数和进料位置;精馏段及提馏段液气比各为多少？(4)因长期操作再沸器内结垢，试问对塔顶产质量有何影响?如何才能维持正常生产?(设产品流量不变)。1.31某两组分混合液用精馏分离，其易挥发组分在进料中浓度为50%(摩尔)，泡点进料，系统的相对挥发度α=2，塔顶出料是进料量的60%(摩尔%)，如现采有的理论板数为无穷多，试计算：(1)R=0.8时釜底与塔顶产口的组成各为多少？(2)R=1.5时，试绘出表示精馏段和提馏段操作线的示意图。1.32某二元混合物以饱和蒸汽状态加入精馏塔的中部，已知xF=0.5(摩尔分率,下同)，xD=0.9，xw=0.05，相对挥发度α=3，回流比R=2Rmin。试求:(1)提馏段操作线方程;(2)进入第一块理论板(由顶往下数)的汽相浓度;(3)若因故塔釜停止加热，欲维持XD不变应如何操作？此时塔釜排液xw=？1.33用有两块理论板的精馏塔提取水溶液中易挥发组分，饱和水蒸汽S=50kmol/h由塔底进入，加料组成xF=0.2(摩尔分率,下同)，温度为20℃，F=100kmol/h，料液由塔顶加入，无回流，试求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率η。在本题范围内平衡关系可表示为y=3x，液相组成为x=0.2时，泡点为80℃，比热为100kJ/kmol·℃，汽化潜热40000kJ/kmol。1.34精馏流程如图所示。已知原料组成xF=0.40(摩尔分率,下同)，xw=0.1,y1=0.63,塔顶蒸汽全部冷凝为泡点液体，该液体在贮罐内静止分层，上层组成xD=0.9作为产品，下层x0=0.5于泡点下回流，试在y～x图上作图求理论塔板数。1.35有一精馏塔，用以分离α=2的A、B二元混合物。测得进入第n层理论板的蒸汽量为100Kmol/h，组成yA=0.3，进入液体量为100Kmol/h，组成xA=0.4。设A、B的摩尔潜热近似相等，热损失为零，忽略显热变化。该板的液相默弗里效率EmL=0.5，问离开该板的气液相组成各为多少？1.36用图示的蒸馏釜对苯、甲苯二元混合物进行连续精馏(塔内没有塔板)，原料直接加入塔釜，原料组成xF=0.7(摩尔分率,下同)，要求塔顶产品组成xD=0.8。塔顶设分凝器，其中50%的蒸汽冷凝并返回塔顶做回流。出分凝器的蒸汽与冷凝液保持平衡。进料量为100Kmol/h。问塔顶、塔釜产量为多少？气化量为多少？已知α=2.461.37欲用连续精馏塔分离二元混合液。已知原料为饱和液体，原料组成xF=0.3(摩尔分率,下同)，回流比R=4，塔顶采出率D/F=0.4（摩尔比），物系的α=2.0。试求：当塔顶产品组成xD=0.7时，精馏段及提馏段的操作线数值方程。板数不限时，馏出液最大浓度。1.38某精馏塔分离A组分和水的二元混合液（其中A为易挥发组分），xD=0.95，xw=0.1,xF=0.5，原料为饱和液体。塔顶设全凝器，泡点回流。回流比R=1.5，塔底用饱和水蒸气直接加热，每层塔板的气相默弗里效率EmV=0.5，在本题计算范围内，相平衡关系为y=0.5x+0.5。试求：从塔顶的第一块实际板下降的液体组成；塔顶的采出率D/F。1.39所示的回收塔。饱和液体进料，F=100kmol/h，易挥发组分含量xF=0.4(摩尔分率，下同);要求塔顶易挥发组分回收率为0.955，xw=0.05，系统的α=3.0。试求：(1).馏出液组成xD,塔顶、塔底产物流率；(2).操作线方程(3).在加料流率及塔釜蒸发量不变时，可能获得的最高馏出液浓度。1.40分离二元理想混合物采用如图所示的精馏分离流程，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热，第一股加料，F1=1kmol/s，xF1=0.6(摩尔分率,下同),q1=1,第二股加料，F2=0.5kmol/h，xF2=0.4，q2=0；要求：xD=0.99,xW=0.02。(1).若回流比R=1，求塔中段（两个加料口之间）的操作线方程；(2).若相对挥发度α=3，求最小回流比Rmin。习题39附图习题40附图1.41某精馏塔塔顶有饱和液体进料，xf=0.5(摩尔分率，下同);塔底出料xw=0.2，塔顶蒸汽冷凝到泡点，1/3作产品，2/3作回流，xD=0.8,系统的α=3.0。试计算：(1).所需的理论板板数。(2).若F、xF、q不变，塔釜加热量和回流量也不变，当塔的理论板数不限时，问塔顶可达到的最大浓度为多少？1.42在连续操作的板式精馏塔中分离苯-甲苯混合液，在全回流条件下测得相邻板上液体组成分别为0.28，0.41和0.57，试求三层板中下面两层的单板效率。在操作条件下苯-甲苯的平衡数据如下x0.260.380.51y0.450.600.721.43在常压连续精馏塔中分离两组分理想溶液。该物系的平均相对挥发度为2.5。原料液组成为0.35（易挥发组分摩尔分率，下同），饱和蒸气加料。塔顶采出率为40%，且已知精馏段操作线方程为y=0.75x+0.20，试求：1．提馏段操作线方程：2．若塔顶第一板下降的液相组成为0.7，求该板的气相默夫里效率Emv1。综合思考题1.42选择与填空[1].已分析测得这四股物料的组成为0.62，0.70，0.75，0.82，试找出y6、x6、y7、x7的对应值，y6=、x6=、y7=、x7=。[2].如图所示a点表示;b点表示;c点表示;ab段表示;bc段表示。习题1附图习题2附图[3].在连续精馏塔中,进行全回流操作,已测得相邻两板上液相组成分别为xn-1=0.7，xn=0.5(均为易挥发组份摩尔分率)。已知操作条件下相对挥发度α=3，则yn=，xeq\o(\s\up5(*),\s\do2(n))=,以液相组成表示的第n板的单板效率EmL=。讨论:在精馏塔任意一块理论板上，其液相的泡点温度小于气相的露点温度。[4].分离要求一定。当回流比一定时，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.对有恒沸现象的二元体系，用恒沸精馏比萃取精馏好，因为前者能耗小。[5].(1)"蒸馏操作依据是组分间沸点差异"此话错在何处?(2)精馏塔塔顶某理论板上汽相露点温度为t1，液相泡点温度为t2。塔底某理论板上汽相露点温度为t3，液相泡点温度为t4。试按温度大小顺序用>、=、<符号排列如下:t4t3t2t1(3)恒沸精馏与萃取精馏都需加入添加剂(第三组分),其目的是.[6].已知某精馏塔在情况一下操作得到F1、xF1、q1、R1、D1、xD1、xw1。今改变操作为情况二，且知F1=F2，xD1=xD2，xw1=xw2，q1=q2但xF1<xF2。试比较(>、=、<)D1D2;W1W2;R1R2[7].吉利兰(Gilliland)关联图如图示(纵轴上N及Nmin均包括塔釜)。试说明:(1)(R-Rm)/(R+1)=1.0时，R=,N;(2)当(N-Nmin)/(N+1)=1.0时，R=,N=。[8].某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程截距等于零，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)[9].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操作，已知Xn=0.3，则yn-1=(由塔顶往下数)。[10].某精馏塔塔顶上升蒸汽组成y1，温度T，经全凝器恰好冷凝到泡点，部分回流入塔，组成x0，温度t，则y1x0，Tt。(>,=,<)习题10附图[11].试比较某精馏塔中第n-1，n，n+1层理论板上参数的大小，即：yn+1yn，tn-1Tn，ynXn-1，Tntn，Tn+1Tn。(>,=,<)[12].设计二元理想溶液精馏塔时，若F,xF,xD,xW不变，则随原料中液相分率增加其最小回流比;在相同回流比下，总理论板数；精馏段理论板数；塔顶冷凝器热负荷；塔釜热负荷。[13].(1)在设计连续操作的精馏塔时，如保持xF，D/F，xD，R一定，进料热状态及空塔气速也一定，则增大进料量将使塔径，而所需的理论板数。(2)全回流时，精馏段操作线的斜率为，提馏段操作线的斜率为_________对相同的xD和xW，部分回流比全回流所需的理论板数。[14].(1)理想溶液的特点是同分子之间的作用力异分子之间的作用力,形成的溶液容积效应和热效应。(2)精馏塔设计时，当回流比加大时，所需要的理论板数，同时蒸馏釜中所需要的加热蒸汽消耗量，塔顶冷凝器中冷却剂消耗量，所需塔径。[15].精馏操作时，增大回流比，若F，xF，q不变，则精馏段液汽比L/V，提馏段液汽比L/V，塔顶xD，塔底xW。[16].试比较连续精馏塔的塔釜用直接蒸汽加热（D）与间接蒸汽热（I）(<,>,=)。（1）xF、xD,R,q,D/F相同，则NTINTD,xWIxWD;(2)xF,xD,R,q,xw相同，则NTINTD;(D/F)I（D/F）D.[17].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。(增大,减小,不变,不确定)[18].若维持操作中精馏塔的F,xF,q,D不变，而减少塔釜蒸发量V。则:xD,xW,L/V。(变大,变小,不变,不确定)[19].某精馏塔设计时操作线如图示。现保持塔顶冷凝量不变，改为q=0加料时设计，试在同一图上画出改变后操作线并回答有关参数有何变化?L/V,NT。[20].连续精馏塔操作时，增大塔釜蒸汽用量，而回流量及进料状态(F,xF,q)不变，则L/V,xD,xW。(变大,变小,不变,不确定)[21].精馏塔设计时采用的参数(F,xF,q,D,xD,R均为定值)，若降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量，塔内实际上升蒸汽量，精馏塔液汽比，所需理论板数。(增大,减小,不变,不确定)[22].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，xF，回流比R和提馏段上升蒸汽量V′不变，则此时D，xD，W,xW。(增加,不变,减小,无法确定)[23].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,L/V。(增加,不变,减少)[24].某精馏塔在操作时，加料状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持F、xF、、V、D不变，则此时xD,xW,R,L/V。(增加,不变,减少)[25].精馏塔中第n-1，n，n+1块实际板效率小于1,与yn相平衡的液相浓度为xeq\o(\s\up5(*),\s\do2(n)),则xeq\o(\s\up5(*),\s\do2(n))xn；与xn+1相平衡的汽相浓度y*n+1，则y*n+1yn+1，ynxn-1。(>,<,=)[26].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=。[27].操作中精馏塔，今保持F，xF，q，V不变，使残液量W增加。则:xD______xW_____L/V。(变大,变小,不变,不确定)[28].精馏塔操作时，保持V′，q，F，xF不变，而增加D/F，则:xDL/V，xW。(变大,变小,不变,不确定)[29].某精馏塔的操作线及平衡线如图所示，现若在操作时增大回流比R(保持F,Xf,q,D不变)，试定性画出新情况下的操作线。[30].某精馏任务原设计的操作线如图，若设计时改用较大的塔釜蒸发量V′，而维持其它参数不变，试定性画出变化后的操作线。[31].某精馏塔原操作情况的平衡线和操作线如图，现若在操作时增大塔釜蒸发量V′,但仍保持F,xF,q,D不变，试定性画出变化后的操作线。习题30附图习题31附图习题32附图[32].图示为塔板数N=∞时精馏塔的操作线，若在设计时保持V′，F,xF,q不变，减少D/F，试在原图上定性绘出新工况下的操作线。[33].请将你认为最确切答案填在()内。连续精馏塔设计时，当采用塔顶全凝器，泡点回流方案时，为完成分离任务所需理论板数为NT1。若采用塔顶分凝器，而回流比和前方案相同时，则完成同样分离任务所需理论板数为NT2。比较:()(A)NT2>NT1;(B)NT2=NT1;(c)NT2<NT1;(D)判断依倨不足。[34].请将你认为最确切答案填在()内。(1)某二元混合物要求用精馏方法分离，规定产品浓度为xD，xW。如进料为xF1时,则相应的最小回流比为Rml，若进料为xF2相应为Rm2，现xF1<xF2，则:(A)Rm1<Rm2;(B)Rm1=Rm2;(c)Rm1>Rm2;(D)无法确定Rm大小.(2)精馏操作时，若F,xF,q,R均不变，而将塔顶产品量D增加，其结果是:(A)xD下降，xW下降；(B)xD下降,xW上升；(C)xD下降，xW