化工原理-精餾習(xí)習(xí)題課

1、第一章 蒸餾1、 熟悉氣液平衡方程、精餾段操作線方程、提餾段操作線方程和q線方程的表達(dá)形式并能進(jìn)行計(jì)算；2、 能根據(jù)物料進(jìn)料狀況列出q線方程并用于計(jì)算，從而根據(jù)q線方程、進(jìn)料組成還有氣液平衡方程計(jì)算出點(diǎn)（xq，yq），再進(jìn)一步計(jì)算出最小回流比Rmin；例如飽和液相進(jìn)料（泡點(diǎn)進(jìn)料）時(shí)，q線方程式x=xF，即xq=xF；而飽和蒸汽進(jìn)料時(shí)，q線方程式y(tǒng)=xF，即yq=xF。3、 掌握通過(guò)質(zhì)量分?jǐn)?shù)換算成摩爾分?jǐn)?shù)以及摩爾流量的方法，要特別注意摩爾流量計(jì)算時(shí)應(yīng)該用每一個(gè)組分的流量乘以它們的摩爾分?jǐn)?shù)而不是質(zhì)量分?jǐn)?shù)。習(xí)題1：書(shū)上P71頁(yè)課后習(xí)題第5題；分析：本題的考察重點(diǎn)是質(zhì)量分?jǐn)?shù)與摩爾分?jǐn)?shù)之間的轉(zhuǎn)換，這個(gè)轉(zhuǎn)

2、換大家一定要注意，很多同學(xué)在此常會(huì)出錯(cuò)。在此我們采用直接將原料組成和原料流量都轉(zhuǎn)換成摩爾量來(lái)進(jìn)行計(jì)算，首先還是先列出所有題目給出的已知量，為了便于區(qū)分，建議大家以后再表示質(zhì)量分?jǐn)?shù)的時(shí)候可以使用w來(lái)表示，而表示摩爾分?jǐn)?shù)時(shí)使用x來(lái)表示： 根據(jù)題目已知：wF=，F(xiàn)=4000kg/h，ww=，另外還可以知道二硫化碳的分子量Mcs2=76，四氯化碳的分子量Mccl4=154根據(jù)這些條件可以先將進(jìn)料和塔底組成轉(zhuǎn)換成摩爾組成 同理可以求出塔底組成 對(duì)于原料液的質(zhì)量流量轉(zhuǎn)換為摩爾流量有兩種方法，第一種是分別用二硫化碳和四氯化碳各自的質(zhì)量流量除以各自的分子量然后求和，即第二種是用總質(zhì)量流量除以混合物平均分子量，

3、而這種方法也是同學(xué)們最容易出錯(cuò)的地方，因?yàn)檫@里平均分子量應(yīng)該是用二硫化碳和四氯化碳各自的摩爾分?jǐn)?shù)乘以各自的分子量后求和，而不是用質(zhì)量分?jǐn)?shù)乘以各自的分子量求和，這樣是很多同學(xué)計(jì)算有誤的原因，因此正確的求法是 上面弄正確后，下面的步驟就比較簡(jiǎn)單，利用物料衡算以及回收率就可以求出來(lái)，方程組如下：上述方程組里面所有的組成都已經(jīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟柦M成，所有的流量也都變?yōu)槟柫髁苛?，這樣計(jì)算就不會(huì)再有問(wèn)題了。習(xí)題2：書(shū)上P72頁(yè)課后習(xí)題第11題；分析：本題的重點(diǎn)實(shí)際是要大家掌握最小回流比Rmin以及（xq，yq）的求法，根據(jù)公式其中xq，yq之間符合氣液平衡方程式關(guān)系，所以只要知道這兩個(gè)其中一個(gè)就可以知道另一個(gè)，

4、而對(duì)于xq，yq可以根據(jù)進(jìn)料狀況來(lái)判定，如我們上面提到過(guò)，飽和液相進(jìn)料（泡點(diǎn)進(jìn)料）時(shí)，q=1，q線方程式x=xF，即xq=xF；而飽和蒸汽進(jìn)料時(shí)，q=0，q線方程式y(tǒng)=xF，即yq=xF。算出xq，yq后代入上面公式就可以求出最小回流比。如果進(jìn)料狀況不是上面說(shuō)的飽和液相進(jìn)料或是飽和蒸汽進(jìn)料的話，那么應(yīng)該先根據(jù)書(shū)上的公式求出q線方程，然后利用q線方程與精餾段或提餾段（或者不求q線方程而直接用精餾段和提餾段方程）求出二者間的交點(diǎn)坐標(biāo)，也就是（xq，yq）再求出最小回流比即可。習(xí)題3：書(shū)上P72頁(yè)課后習(xí)題第12題；分析：本題是精餾中相對(duì)復(fù)雜一些的綜合題，包含了分凝器與全凝器的區(qū)別、最小回流比的求解、

5、進(jìn)料熱狀況的判斷和相關(guān)參數(shù)的求解、氣液平衡方程的求解等等綜合運(yùn)用。首先要明確分凝器和全凝器之間的區(qū)別，其中分凝器相當(dāng)于一塊理論塔板，所以上面的氣液相組成仍舊符合氣液平衡方程，而全凝器沒(méi)有這個(gè)性質(zhì)。所以根據(jù)題目首先還是列出已知條件（提醒：大家在讀題的時(shí)候一定要注意題目給出的是質(zhì)量分?jǐn)?shù)還是摩爾分?jǐn)?shù)，本題是摩爾分?jǐn)?shù)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，如果是質(zhì)量分?jǐn)?shù)的話一定要先轉(zhuǎn)換成摩爾分?jǐn)?shù)）這里大家要注意，因?yàn)槲覀兎治鲋婪帜飨喈?dāng)于一塊塔板，但是題目中已經(jīng)告訴我們精餾塔塔頂?shù)谝粚影宓囊合嘟M成，所以分凝器的塔板編號(hào)就不能是第一塊，而一般我們對(duì)塔板編號(hào)是從塔頂往塔底編號(hào)，所以這里我們就假設(shè)分凝器是第零塊塔板，下標(biāo)用“0”代

6、替，所以根據(jù)題目來(lái)說(shuō)我們就知道分凝器向塔內(nèi)提供的回流液就是分凝器上的液相組成，而分凝器上的氣相則進(jìn)入了全凝器，也就是說(shuō)進(jìn)一步分析題目，已知是泡點(diǎn)進(jìn)料，根據(jù)上面幾題分析，可知q=1，q線方程式x=xF，所以由此我們還可以知道以上就是我們根據(jù)題目所知道的條件但是根據(jù)最小回流比的求算公式我們可以知道要求最小回流比還缺少yq，而要求它則必須知道氣液平衡方程，然后代入xq來(lái)求解，因此此處最重要的就是求出氣液平衡方程，即：這樣實(shí)際上就是要求相對(duì)揮發(fā)度，因此必須找到某一塊塔板上符合氣液平衡的氣液相組成數(shù)據(jù)代進(jìn)這個(gè)方程就可以，而從上面分析我們就知道，分凝器上的數(shù)據(jù)恰好符合這一要求，所以把分凝器的數(shù)據(jù)（x0，y

7、0）代入就可以求出，也就是然后把代入上面氣液平衡方程求出yq，再代入最小回流比方程就可以求出最小回流比了。而對(duì)于實(shí)際操作的回流比R，如果題目告訴了我們它是最小回流比的多少倍，那么根據(jù)倍數(shù)關(guān)系可以直接求出實(shí)際回流比，但是這道題目沒(méi)有告訴我們具體倍數(shù)，所以實(shí)際回流比必須根據(jù)精餾段操作線方程來(lái)求，精餾段操作線方程式是：而與氣液平衡方程不同的是，這里面組成坐標(biāo)（x，y）的不是同一層塔板的數(shù)據(jù)，而是本塊塔板的液相組成x與下一層塔板（從上往下數(shù)）的氣相組成y或者是上一層塔板的液相組成x與本層塔板的氣相組成y之間來(lái)組成，這一點(diǎn)區(qū)別大家要牢記，避免計(jì)算時(shí)出錯(cuò)。而從題目上我們可以分析指導(dǎo)，我們知道第0塊塔板的組

8、成（x0，y0），另外知道第一塊塔板的液相組成x1，而實(shí)際上要求精餾段操作線方程，必須代入的坐標(biāo)點(diǎn)應(yīng)該是（x0，y1），所以這里重點(diǎn)是要求y1，而我們知道x1，y1是符合氣液平衡關(guān)系的，所以把x1代入氣液平衡方程就可以求出y1，再把y1和x0代入精餾段操作線方程，就可以求出實(shí)際回流比R了。至于進(jìn)料流量F只要根據(jù)回收率代入相關(guān)公式就可以求得，不再贅述。這道題目相對(duì)來(lái)說(shuō)比較具有綜合性，當(dāng)然還沒(méi)有涉及到提餾段方程的求解，另外大家應(yīng)該熟悉塔內(nèi)精餾段和提餾段氣相和液相流量的關(guān)系，例如精餾段液相流量L=RD，氣相流量V=（R+1）D，而對(duì)于本題所涉及的泡點(diǎn)進(jìn)料我們可以知道，就是飽和液體進(jìn)料，所以進(jìn)料全部進(jìn)

9、入提餾段液相，因此提餾段液相組成L=L+F=RD+F，V=V=（R+1）D1、蒸餾是分離（ ）混合物的單元操作。 A 氣體 B 液體 C 固體 D 剛體。 2、蒸餾是利用各組分的（ ）不同的特性實(shí)現(xiàn)分離的目的。 A 溶解度B 等規(guī)度C 揮發(fā)度D 調(diào)和度 3、（ ）是保證精餾過(guò)程連續(xù)穩(wěn)定操作的必不可少的條件之一。 A 液相回流B 進(jìn)料C 側(cè)線抽出D 產(chǎn)品提純 4、在精餾塔中，加料板以上的塔段稱為（ ）。 A 精餾段B 提餾段C 進(jìn)料段D 混合段 5、某二元混合物，進(jìn)料量為100 kmol/h，xF = ，要求塔頂xD 不小于，則塔頂最大產(chǎn)量為（ ）。 A 60 kmol/hB kmol/hC 9

10、0 kmol/hD 100 kmol/h。   6、溶液被加熱到鼓起第一個(gè)氣泡時(shí)的溫度稱為（ ）溫度。 7、對(duì)于二元理想溶液, 若輕組分含量越高, 則泡點(diǎn)溫度（ ）。 8、對(duì)于二元理想溶液, x-y圖上的平衡曲線離對(duì)角線越近, 說(shuō)明該物系（ ）。 9、精餾操作中, 回流比的上限稱為（ ）；回流比的下限稱為（ ）。10、設(shè)計(jì)一精餾塔時(shí), 回流比選的大，則塔板數(shù)（ ）。 11、對(duì)于正在操作中的精餾塔，若加大操作回流比，則塔頂產(chǎn)品濃度會(huì)（ ）。 提高   12、完成精餾操作需要哪兩個(gè)必要條件 精餾塔的塔頂和塔底為什么要分別設(shè)置什么設(shè)備（1）需要塔頂液相回流與塔底上升的蒸氣。（2）

11、需要冷凝器和再沸器。13、精餾操作中，在上限操作時(shí)對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有無(wú)意義 一般在什么情況下采用 在上限操作時(shí)，產(chǎn)品量為零，對(duì)實(shí)際生產(chǎn)無(wú)意義，一般在科研、裝置開(kāi)工期間或緊急停工時(shí)采用。 14、什么是理論板 理論板是指離開(kāi)這種板的氣液兩相相互成平衡，而且塔板上的液相組成也可視為均勻的。 15、設(shè)計(jì)一精餾塔時(shí), 進(jìn)料量對(duì)塔板層數(shù)有無(wú)影響 為什么 進(jìn)料量對(duì)塔板層數(shù)無(wú)影響，影響塔板層數(shù)的因素主要有進(jìn)料和產(chǎn)品的濃度、進(jìn)料熱狀況以及回流比。   16、將含24%（摩爾百分?jǐn)?shù)，下同）易揮發(fā)組分的某液體混合物送入一連續(xù)精餾塔中。要求餾出液含95%易揮發(fā)組分，釜液含3%易揮發(fā)組分。送至冷凝器的蒸氣量為 85

12、0 kmol/h，流入精餾塔的回流液為670 kmol/h。求： （1）每小時(shí)能獲得多少kmol的餾出液 （2）回流比為多少 （3）塔底產(chǎn)品量 1）V = L+D，D = V-L = 850-670 = 180 kmol/h （2）R = L/D = 670/180 = （3）F = D+W，F(xiàn)XF = DXD+WXW 即 F = 180+W，0.24F = ×180 +（F-180）× 解得 F = kmol/h，W = = h 17、每小時(shí)將15000 kg含苯40%（質(zhì)量%，下同）和甲苯60%的溶液在連續(xù)精餾塔中進(jìn)行分離，要求釜?dú)堃褐泻讲桓哂?%，塔頂餾出液中苯的回

13、收率為%。求餾出液和釜?dú)堃旱牧髁亢徒M成，以摩爾流量和摩爾流率表示。（苯的分子量為78，甲苯的分子量為92） 解：進(jìn)料組成 釜?dú)堃航M成 原料液的平均分子量 MF = ×78 + ×92 = 85.8 kg/kmol 進(jìn)料量 F = 15000/ = 175 kmol/h 由題意 DxD/FxF = 所以 DxD = ×175× （a） 全塔總物料衡算為 D + W = 175 （b） 全塔苯的衡算為 DxD + = 175× （c） 聯(lián)立式a、b、c，解得 W = 95 kmol/h D = 80 kmol/h xD =   

14、 18、氯仿（CHCl3）和四氯化碳（CCl4）的混合物在一連續(xù)精餾塔中分離。餾出液中氯仿的濃度為（摩爾分率），餾出液流量為50 kmol/h，平均相對(duì)揮發(fā)度 = ，回流比R = 2。求：（1）塔頂?shù)诙K塔板上升的氣相組成；（2）精餾段各板上升蒸氣量V及下降液體量L（以kmol/h表示）。 氯仿與四氯化碳混合液可認(rèn)為是理想溶液。 解：（1）由題知，y1 = xD = ，R = 2 由相平衡方程 ， 得 即 由精餾段操作線方程 則 （2）V = L + D，L/D = R，V =（R + 1）D V = 3×50 = 150 kmol/h， L = 2×50 = 100 km

15、ol/h   19、一連續(xù)精餾塔，泡點(diǎn)進(jìn)料。已知操作線方程如下： 精餾段 y = x + 提餾段 y = x 求原料液、餾出液、釜液組成及回流比。 解：由精餾段操作線方程 ，得 R = 4； ，得 xD = 將提餾段操作線方程與對(duì)角線方程 y = x 聯(lián)立 解得 x = ，即 xw = 將兩操作線方程聯(lián)立 解得 x = 因是泡點(diǎn)進(jìn)料，q = 1，q線垂直，兩操作線交點(diǎn)的橫坐標(biāo)即是進(jìn)料濃度， xF =   20、用一連續(xù)精餾塔分離由組分A、B所組成的理想混合液。原料液中含A ，餾出液中含A （以上均為摩爾分率）。已知溶液的平均相對(duì)揮發(fā)度為，最小回流比為，說(shuō)明原料液的熱狀況，并求出q值。 解：采用最小回流比時(shí)，精餾段操作線方程為 即 由相平衡方程 ， 得 聯(lián)立兩方程 ， 解得 x = ，y = 此點(diǎn)坐標(biāo)（，）即為（xq，yq）。 因 xF = ，即xqxFyq，說(shuō)明進(jìn)料的熱狀況為氣液混合進(jìn)料。 由q線方程 ， 此線與平衡線的交點(diǎn)即是操作線與平衡線的交點(diǎn) 有 解出 q =  21、今有含苯40%和甲苯60%(摩爾百分?jǐn)?shù)，下同)的混合液, 欲用精餾塔分離出含苯95%的塔頂產(chǎn)品。進(jìn)料為飽和液體, 塔內(nèi)平均相對(duì)揮發(fā)度為。若操作回流比取為最小回流比的倍, 寫(xiě)出精餾段操作線方程。此溶液可視為理想溶液。 解：因是泡點(diǎn)進(jìn)