2026年乙苯分离(试题)附答案

2026年乙苯分离(试题)附答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.乙苯（C₈H₁₀）与对二甲苯（C₈H₁₀）的分子结构差异导致其物理性质不同，二者分离的关键参数是（）。A.密度差B.沸点差C.溶解度差D.折射率差2.工业乙苯分离中，若原料中乙苯含量为35%（质量分数），其余为二甲苯异构体，采用普通精馏时，理论上需较高塔板数的主要原因是（）。A.乙苯与二甲苯的相对挥发度接近1B.乙苯热稳定性差C.二甲苯易聚合D.原料中重组分含量高3.萃取精馏分离乙苯时，萃取剂的选择性应满足（）。A.对乙苯的溶解度大于对二甲苯B.对二甲苯的溶解度大于对乙苯C.对两者溶解度相同D.对轻组分溶解度更低4.吸附分离乙苯时，常用的分子筛吸附剂类型为（）。A.3A分子筛B.5A分子筛C.X型或Y型分子筛D.ZSM-5分子筛5.精馏塔操作中，若进料热状态由泡点进料改为冷液进料（q>1），其他条件不变，塔顶乙苯纯度将（）。A.升高B.降低C.不变D.先降后升6.萃取精馏中，溶剂比（萃取剂与原料液质量比）过大会导致（）。A.塔底热量消耗增加B.塔顶产品纯度下降C.萃取剂再生难度降低D.理论板数减少7.乙苯分离过程中，若采用变压吸附（PSA）技术，吸附阶段的操作压力通常（）解吸阶段。A.高于B.低于C.等于D.无固定关系8.某乙苯精馏塔进料组成中乙苯摩尔分数为0.4，塔顶产品乙苯摩尔分数要求0.99，塔底产品乙苯摩尔分数0.01，按全塔物料衡算，塔顶采出率（D/F）约为（）。A.0.39B.0.41C.0.45D.0.509.吸附分离中，吸附剂的再生方法不包括（）。A.升温脱附B.降压脱附C.溶剂置换D.加压吸附10.乙苯分离装置节能改造中，采用热耦合精馏技术的核心目的是（）。A.减少塔顶冷凝器负荷B.降低塔底再沸器能耗C.提高塔板效率D.简化流程结构二、填空题（每空1分，共20分）1.乙苯的沸点为______℃（精确到0.1），对二甲苯的沸点为______℃，二者沸点差约为______℃，属于______（易分离/难分离）物系。2.萃取精馏中，萃取剂需具备的关键性质包括______、______、______（至少3项）。3.吸附分离乙苯时，吸附等温线通常符合______模型（如Langmuir或Freundlich），吸附容量随温度升高而______（增大/减小），随压力升高而______（增大/减小）。4.精馏塔理论板数计算中，芬斯克方程用于计算______，其表达式为______（写出公式），其中α为______。5.乙苯分离过程中，若采用吸附工艺，吸附剂的主要失效原因包括______、______、______（至少3项）。6.工业乙苯精馏塔的操作回流比通常为最小回流比的______倍（范围），选择该范围的主要原因是______。三、简答题（每题8分，共40分）1.简述普通精馏与萃取精馏在乙苯分离中的适用性差异。2.分析吸附分离乙苯时，温度和压力对吸附-脱附过程的影响机理。3.精馏塔进料位置偏离最佳位置时，对分离效果的影响及调整依据是什么？4.萃取精馏中，萃取剂再生的常用方法有哪些？选择再生方法时需考虑哪些因素？5.乙苯分离装置中，如何通过优化操作参数实现节能？举例说明（至少3项）。四、计算题（共30分）1.（10分）某乙苯精馏塔处理量为100kmol/h，原料中乙苯摩尔分数为0.45，其余为二甲苯（视为纯组分）。要求塔顶乙苯摩尔分数≥0.98，塔底乙苯摩尔分数≤0.02。假设为全凝器，塔顶液相回流，泡点进料（q=1），物系相对挥发度α=1.08（视为常数）。（1）计算塔顶和塔底产品流量（D、W，kmol/h）；（2）计算最小回流比Rmin（用恩德伍德公式，假设q=1时，θ=α₁x₁F+α₂x₂F/(x₁F+x₂F)，其中α₁=1.08，α₂=1）。2.（10分）采用萃取精馏分离乙苯（A）和对二甲苯（B），萃取剂（S）的选择性β=α_AB^S/α_AB^0=2.5（α_AB^0为无溶剂时的相对挥发度，α_AB^S为有溶剂时的相对挥发度）。原料中A的摩尔分数为0.35，S与原料液的质量比（溶剂比）为2:1，原料液平均摩尔质量为106g/mol，S的摩尔质量为120g/mol。假设溶剂不挥发，塔顶仅采出A，塔底为B和S的混合物。（1）计算溶剂与原料液的摩尔比（S/F，mol/mol）；（2）若有溶剂时α_AB^S=1.08×β，计算此时乙苯与二甲苯的相对挥发度；（3）说明溶剂比增大对分离的影响（定性分析）。3.（10分）某吸附分离装置处理乙苯-二甲苯混合液，进料流量为500kg/h，乙苯质量分数为0.4，要求吸附后尾气中乙苯质量分数≤0.05。吸附剂对乙苯的平衡吸附量为0.2kg乙苯/kg吸附剂（等温等压下），吸附周期为2h（吸附阶段时间）。假设吸附剂再生后吸附容量可完全恢复，计算每周期所需吸附剂用量（kg）。五、综合分析题（共40分）某石化企业乙苯分离装置采用萃取精馏工艺，近期出现塔顶乙苯纯度由99.2%降至98.5%的问题，同时塔底萃取剂中乙苯含量由0.1%升至0.3%。经检查，原料组成（乙苯38%、二甲苯62%）、进料量（20t/h）、萃取剂流量（40t/h）、塔底温度（150℃）均未发生明显变化。（1）分析可能导致塔顶纯度下降的原因（至少5项）；（2）针对每项原因提出对应的解决措施；（3）若最终确认问题源于萃取剂选择性下降，需补充分析选择性下降的可能原因及验证方法。答案一、单项选择题1.B2.A3.A4.C5.A6.A7.A8.B9.D10.B二、填空题1.136.2；138.4；2.2；难分离2.高选择性；适宜沸点（高于被分离组分）；热稳定性好；与组分互溶性适中（任选3项）3.Langmuir（或Freundlich）；减小；增大4.最少理论板数；Nmin=lg[(x_D/(1-x_D))((1-x_W)/x_W)]/lgα；平均相对挥发度5.结焦失活；杂质污染；晶体结构破坏（或水热失活）6.1.1~2.0；平衡设备投资与操作能耗三、简答题1.普通精馏适用于乙苯与二甲苯沸点差较大（α>1.2）的情况，但二者实际α≈1.08，普通精馏需极高理论板数（>100块），能耗和设备成本高；萃取精馏通过加入选择性萃取剂（如环丁砜），增大乙苯与二甲苯的相对挥发度（α可提升至1.5~2.0），显著降低理论板数和能耗，更适用于难分离物系。2.温度升高时，吸附过程为放热反应（物理吸附为主），温度升高使吸附平衡向脱附方向移动，吸附容量减小；压力升高时，气相中乙苯分压增大，吸附质分子与吸附剂表面碰撞概率增加，吸附容量增大。脱附阶段通常采用升温（降低吸附容量）或降压（降低分压）的方法，促进吸附质脱附。3.进料位置偏离最佳位置时，若进料过靠上（接近塔顶），则提馏段板数不足，重组分（二甲苯）易被带到塔顶，降低乙苯纯度；若进料过靠下（接近塔底），精馏段板数不足，轻组分（乙苯）未充分分离即进入提馏段，导致塔底乙苯含量升高。调整依据是使进料组成与进料板上的液相组成匹配（q线与操作线交点接近平衡线）。4.再生方法：①减压蒸馏（萃取剂沸点较高时，降低压力使沸点降低）；②水蒸气蒸馏（通入水蒸气降低萃取剂分压，间接加热）；③冷却结晶（若萃取剂与重组分溶解度随温度变化显著）。选择因素：萃取剂沸点、热稳定性（如高温易分解则避免减压蒸馏）、与重组分的分离难度（如沸点差小则选水蒸气蒸馏）。5.①优化回流比：在保证产品纯度的前提下，降低回流比至最小回流比的1.1~1.2倍，减少塔顶冷凝和塔底加热负荷；②热集成：将塔顶冷凝器的热量用于预热原料或其他低温位工艺物流，减少外部冷却/加热需求；③采用高效塔板（如导向浮阀塔板）或填料（如金属规整填料），提高塔板效率，降低理论板数，减少塔高和能耗；④变压精馏：利用不同压力下物系沸点差异，将高压塔塔顶蒸汽作为低压塔塔底再沸器的热源，实现热耦合。四、计算题1.（1）物料衡算：F=D+W；F×x_F=D×x_D+W×x_W代入数据：100=D+W；100×0.45=0.98D+0.02W解得：D≈43.88kmol/h，W≈56.12kmol/h（2）恩德伍德公式：∑(α_ix_iF)/(α_i-θ)=1-qq=1时，右边=0，故∑(α_ix_iF)/(α_i-θ)=0设α₁=1.08（乙苯），α₂=1（二甲苯），x₁F=0.45，x₂F=0.55则(1.08×0.45)/(1.08-θ)+(1×0.55)/(1-θ)=0解得θ≈1.03（试算过程略）最小回流比Rmin=∑[α_ix_iD/(α_i-θ)]-1x_iD中乙苯x₁D=0.98，二甲苯x₂D=0.02则Rmin=(1.08×0.98)/(1.08-1.03)+(1×0.02)/(1-1.03)-1≈(1.0584/0.05)+(0.02/-0.03)-1≈21.17-0.67-1=19.52.（1）原料液摩尔流量F=20000g/h/106g/mol≈188.68mol/h（假设原料液质量为10kg，则溶剂质量为20kg，此处以10kg原料液为基准）溶剂摩尔流量S=20000g/h/120g/mol≈166.67mol/h（每10kg原料液对应20kg溶剂）溶剂与原料液摩尔比S/F=166.67/188.68≈0.88（2）α_AB^S=α_AB^0×β=1.08×2.5=2.7（3）溶剂比增大时，萃取剂浓度增加，乙苯与二甲苯的相对挥发度进一步提高，分离所需理论板数减少；但溶剂比过大会导致塔内液相负荷增加，能耗（塔底再沸器加热溶剂）上升，同时溶剂再生设备（如再生塔）的处理量增大，操作成本增加。3.进料中乙苯质量流量=500kg/h×0.4=200kg/h尾气中乙苯质量流量≤500kg/h×0.05=25kg/h每小时被吸附的乙苯质量=200-25=175kg/h2小时吸附周期内总吸附量=175kg/h×2h=350kg吸附剂用量=总吸附量/平衡吸附量=350kg/0.2kg·kg⁻¹=1750kg五、综合分析题（1）可能原因：①萃取剂浓度下降（如再生塔操作异常，萃取剂中混入水分或轻组分，降低选择性）；②精馏塔进料预热温度异常（q值变化，进料位置实际偏离最佳点）；③塔板效率下降（塔板堵塞、液泛或雾沫夹带加剧，传质效率降低）；④塔顶回流比减小（回流泵故障或流量调节阀误操作，导致分离能力下降）；⑤萃取剂温度过高（温度升高降低萃取剂对乙苯的选择性）；⑥原料中杂质增加（如C9+重组分累积，占据塔板传质截面，影响分离）。（2）解决措施：①检测萃取剂纯度（如水分、降解产物含量），调整再生塔操作（提高塔底温度或回流比），必要时补充fresh萃取剂；②核对进料温度与设计值，若偏离则调整预热器蒸汽流量，使q值恢复设计值；③停工检查塔内件（如塔板堵塞情况），清理堵塞物或更换损坏塔板；④检查回流泵运行参数（如转速、出口压力），校准流量调节阀，恢复设计回流比；⑤降低萃取剂进塔温度（如增大萃取剂冷却器循环水量），维持最佳操作温度（通常60~80℃）；⑥分析原料组成，若C9+含量超标，增设预处理单元（如预