化工原理习题第三部分蒸馏答案修改

1.精馏的原理是什么？答：精馏是指液体混合物经同时屡次地局部气化和局部冷凝，最后别离成近乎纯态的液体的别离过程。2.压强对相平衡关系有何影响？精馏塔的操作压强增大，其他条件不变，塔顶、塔底的温度和组成如何变化？答：一定温度下，总压增大，物系中各组分的饱和蒸气压随之升高，各组分挥发度差异变小。精馏塔的操作压强增大，其他条件不变，塔顶、塔底的温度将增大，塔顶组成将减小，塔底组成将增大。3.精馏塔中气相组成、液相组成以及温度沿塔高如何变化？答：精馏塔气相中轻组分浓度沿塔高逐渐增浓，液相中轻组分浓度沿塔高逐渐增浓，温度沿塔高逐渐降低。恒摩尔流假定的主要内容是什么？简要说明其成立的条件。4.恒摩尔流假定的主要内容是什么？简要说明其成立的条件。4、答：恒摩尔流假定的主要内容是：精馏段每块塔板上升的蒸气摩尔流量彼此相等，下降的液体流量也各自相等；同理，提馏段亦然。即：精馏段：L1＝L2＝L3＝…＝Ln＝L；V1＝V2＝V3＝…＝Vn＝V提馏段：L’1＝L’2＝L’3＝…＝L’n＝L’；V’1＝V’2＝V’3＝…＝V’n＝V’且L≠L’，V≠V’。恒摩尔流假定成立的条件：⑴各组分的摩尔气化焓相等；⑵气液接触时因温度不同而交换的热量可以忽略；⑶塔设备保温良好，热损失可以忽略不计。5、进料热状态有哪些？对应的q值分别是多少？答：进料的热状况有以下五种：①冷液进料②泡点进料③气液混合进料④露点进料⑤过热蒸气进料。对应的q值范围分别为：①冷液进料，q＞0；②泡点进料，q＝1；③气液混合进料，0＜q＜1；④露点进料，q＝0；⑤过热蒸气进料，q＜0。6、q值的物理意义是什么？答：q值的物理意义：将1kmol原料变成饱和蒸汽所需的热量与原料的摩尔汽化热之间的比值关系，其在数值上等于进料中液相所占的分率。7、在进行精馏塔的设计时，假设将塔釜间接蒸气加热改为直接蒸气加热，而保持进料组成及热状况、塔顶采出率、回流比及塔顶馏出液组成不变，则塔釜产品量和组成，提馏段操作线的斜率及所需的理论板数如何变化？答：在上述条件下，塔釜产品量增加，组成减小，提馏段操作线斜率不变，所需的理论板数增加。分析：在χD、D/F、、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。8.什么叫理论板？说明理论板与实际塔板间的关系。答：理论板是指离开该板的蒸气和液体组成到达平衡的塔板。理论板与实际塔板间存在如下关系：9.平衡蒸馏与简单蒸馏有何不同？答：平衡蒸馏是定常态操作，闪蒸室里的温度控制在原料混合物露点、泡点之间的某一温度上。简单蒸馏是非定常态操作，蒸馏釜的温度为釜内液体的泡点温度，随着釜内液体组成的变化〔减小〕，其泡点温度在相应变化〔升高〕，所产生蒸汽的组成相应也在变化〔减小〕。10、在精馏生产中，将灵敏板取在精馏段某层塔板处，发现灵敏板温度升高，请说明此时会对塔顶产品什么影响？应采取什么手段进行调节？答：灵敏板温度升高，则塔顶产品组成xD下降，应采取增大回流比的方法进行调节。11、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：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，别离能力下降，xD↓，易挥发组分收率降低，xW↑12、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：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，冷凝一局部蒸气，放出的潜热把冷液加热至塔顶第一板的饱和温度。冷凝局部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，这也有利于别离。13、为什么精馏操作需要塔顶回流？答：主要是为了保持塔内下降的液流，使精馏塔保持稳定操作。14、简单蒸馏与精馏有什么相同和不同？答：它们同属蒸馏操作。简单蒸馏是不稳定操作，只能得到一种产品，产品无需回流，产量小。精馏是复杂的蒸馏，可以是连续稳定过程，也可以是间歇过程。精馏在塔顶、底可以获得两种产品。精馏必须有回流。15、一套完整的精馏装置，由由哪几个局部构成？答：主体是精馏塔，塔底有再沸器，塔顶有冷凝器，产品贮槽以及加料装置。16、精馏塔进料的热状况对提馏段操作线有何影响？答：进料的热状况不同，q值及q线的斜率也不同，故q线与精馏段操作线的交点亦因进料热状不同而变动,从而提馏段操作线的位置也就随之而变动。17、精馏塔进料量对塔板层数有无影响？为什么？答：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xD，xF，xW，R和q。而进料量的改变对上述参数都无影响，所以对塔板数无影响。18、精馏操作中，加大回流比时，对塔顶产品有何影响？为什么？答：当精馏塔的塔板数已固定，假设原料的组成及其受热状况也一定时，则加大回流比R可以提高产品的浓度〔因操作线改变〕，但由于再沸的负荷一定〔即上升蒸汽V一定〕，此时R加大会使塔顶产量下降[因V=〔R+1〕D，而R↑则D↓，即降低塔的生产能力。19、用一般的精馏方法，能否得到无水酒精？为什么？答：用一般的精馏方法，不能得到无水酒精，因为乙醇一水溶液是具有最大正偏差的溶液，这种溶液在t-x-y图上温度出现最低共沸点，而在y-x图上出现拐点，在该点上，气液相组成相同，即y=x=0.894，直到蒸干为止，浓度仍无改变。20、精馏塔中精馏段与提馏段的作用？答：精馏段是利用回流液把上升蒸汽中难挥发组分〔又叫重组分〕逐步冷凝下来，同时回流液中挥发组分〔又叫轻组分〕汽化出来，从而在塔顶得到较纯的易挥发组分。提馏段是利用上升蒸汽把液相中易挥发的组分汽化出来，同时上升蒸汽中的难挥发组分逐板冷凝下来，从而在塔釜获得较纯的难挥发组分。四、计算题1、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%，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？2、用常压连续精馏塔别离某二元理想混合物，相对挥发度α=3，加料量F=10kmol/.h，饱和蒸汽进料，进料中易挥发组分浓度为0.5(摩尔分率，下同)，塔顶产品浓度为0.9,塔顶蒸汽全凝液于泡点下回流，回流比R=2Rmin，易挥发组分的回收率为90%，塔釜为间接蒸汽加热，试计算提馏段上升蒸汽量。3、在常压连续精馏塔中别离理想二元混合物，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xD4、用常压精馏塔别离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol./h，加料组成为50%,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。5、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xD=0.9〔摩尔分率〕，二元系统相对挥发度α＝4，进料组成为xF＝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？6、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，试求以下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。由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔，每小时向塔釜参加含甲醇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：(1)塔釜组成xW；(2)每小时能获得的馏出液量D和塔釜液W。8、别离苯和甲苯混合液，进料组成为0.4，馏出液组成为0.95，残液组成为0.05〔以上组成均为苯的摩尔分率〕。苯对甲苯的平均相对挥发度为2.44。泡点进料，塔顶冷凝器为全凝器，塔釜为间接蒸汽加热。试求：(1)最小回流比；(2)假设回流比取最小回流比的1.2倍，列出精馏段操作线方程，(3)列出提馏段操作线方程。9、用常压连续精馏塔别离苯－甲苯混合物，原料中含苯0.40，塔顶馏出液中含苯0.9〔以上为摩尔分率〕。进料为饱和蒸汽，苯对甲苯的相对挥发度α＝2.5，操作回流比为最小回流比的1.5倍，塔顶采用全凝器。试求离开塔顶第二层理论板的蒸汽组成。10、某厂用一连续精馏塔在常压下连续精馏从粗馏塔来的浓度为0.282〔摩尔分率〕的乙醇饱和蒸汽。要求精馏后得浓度为92%〔质量%〕的酒精500kg.h,而废液中含酒精不能超过0.004〔摩尔分率〕。采用间接蒸汽加热，操作回流比选用3.5。试求：(1)进料量和残液各为多少kmol/h?(2)塔顶进入冷凝器的酒精蒸汽量为多少kmol/h?(3)列出该塔提馏段操作线方程；(4)列出q线方程。附：乙醇分子量4611、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。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4612、某精馏塔别离A.B混合液，以饱和蒸汽加料，加料中含A和B各为50%〔mol%〕，处理量每小时100kmol，塔顶，塔底产品量每小时各为50kmol。精馏段操作线方程为：y=0.8x+0.18.间接蒸汽加热，塔顶采用全凝器，试求：(1)塔顶，塔底产品液相组成；(2)全凝器中每小时蒸汽冷凝量；(3)塔釜每小时产生的蒸汽量，(4)提馏段操作线方程13、某酒厂用一常压精馏塔将每小时1000kg的含乙醇8%的乙醇水溶液进行别离。要求塔釜中乙醇的含量不得超过0.1%〔以上均为质量%〕，塔顶产品含乙醇为0.689〔摩尔分率〕。进料为饱和液，回流比为3。试求：(1)塔顶产品量为kg/h？(2)塔底回流至塔釜的回流液量为kmol/h？(3)进入塔顶全凝器的蒸汽量kg/h？〔塔釜采用间接蒸汽加热；乙醇分子量为46〕14、在精馏塔中，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〕判断进料状态〔5〕当进料组成xF=0.44时，精馏段操作线与提馏段操作线交点处xq值多少？15、在常压精馏塔内别离某理想二元混合物，进料量为100Kmol/h，其组成为0.55〔摩尔分率〕；釜残液流量为45Kmol/h，其组成为0.05，进料为泡点进料；塔顶采用全凝器，泡点回流，操作回流比为最小回流比的1.6倍，物系的平均相对挥发度为2.0。〔1〕计算塔顶轻组分的收率；〔2〕求出提馏段操作线方程；〔3〕假设从塔顶第一块实际板下降的液相中重组分增浓了0.02〔摩尔分率〕，求该板的板效率Emv。16、在连续精馏塔内别离某二元理想溶液，进料组成为0.5〔易挥发组分摩尔分数〕泡点进料，进料量100kmol/h，塔顶采用分凝器和全凝器，塔顶上升蒸汽分凝器局部冷凝后，液相作为塔顶回流液，其组成为0.9，气相再经全凝器冷凝，作为塔顶产品，其组成为0.95。易挥发组分在塔顶的回收率为96%，离开塔顶第一层理论塔板的液相组成为0.84.试求:(1)精馏段操作线方程;(2)操作回流比与最小回流比的比值R/Rmin(3)塔釜液相组成xw。17、常压板式精馏塔连续别离苯一甲苯溶液，塔顶全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，进料量为150kmol/h，组成为0.4(摩尔分率)，饱和蒸汽进料q=0,操作回流比为4，塔顶苯的回收率为97%，塔底甲苯的回收率为95%。求:(1)塔顶、塔底产品的浓度;(2)精馏段和提馏段操作线方程;(3)操作回流比与最小回流比的比值。18、进料组成xF=0.2，以饱和蒸气状态自精馏塔底部进料，塔底不再设再沸器，xD=0.95，xW=0.11，平均相对挥发度为2.5。试求：〔1〕操作线方程；(2)假设离开第一块板的实际液相组成为0.85，则塔顶第一块板以气相表示的单板效率为多少?19、在常压连续精馏塔内别离某二元理想溶液，料液浓度xF=40%，进料为气液混合物，其摩尔比为气：液=2:3，要求塔顶产品中含轻组分xD=97%%，釜液浓度xW=2%，〔以上浓度均为摩尔分数〕，该系统的相对挥发度为a=2.0，回流比为R=1.8Rmin。试求：〔1〕塔顶轻组分的回收率；〔2〕最小回流比；〔3〕提馏段操作线方程。20、用一精馏塔别离二元液体混合物，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：塔顶和塔底的产品量〔kmol/h〕；第一块塔板下降的液体组成x1为多少；写出提馏段操作线数值方程；最小回流比。21、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。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：塔顶、塔底产品组成；全凝器中每小时冷凝蒸气量；蒸馏釜中每小时产生蒸气量22、在一常压精馏塔内别离苯和甲苯混合物，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。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。23、在一常压精馏塔内别离苯和甲苯混合物，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。=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24、用常压精馏塔别离某二元混合物，其平均相对挥发度为=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？25、在一常压精馏塔中别离某二元混合物，相对挥发度α=3，进料量F=1000kmol/h，饱和蒸气进料，进料浓度为50%，塔顶产品浓度为90%〔以上浓度均为易挥发组分的摩尔分率〕。塔顶馏出液中能