化工原理第五章習題及答案

第五章蒸餾一、名詞解釋:1、蒸餾:利用混合物中各組分間揮發(fā)性不同得性質,人為得制造氣液兩相,并使兩相接觸進行質量傳遞,實現(xiàn)混合物得分離。2、拉烏爾定律:當氣液平衡時溶液上方組分得蒸汽壓與溶液中該組分摩爾分數(shù)成正比。3、揮發(fā)度:組分得分壓與平衡得液相組成(摩爾分數(shù))之比。4、相對揮發(fā)度:混合液中兩組分揮發(fā)度之比。5、精餾:就是利用組分揮發(fā)度得差異,同時進行多次部分汽化與部分冷凝得過程。6、理論板:氣液兩相在該板上進行接觸得結果,將使離開該板得兩相溫度相等,組成互成平衡。7、采出率:產(chǎn)品流量與原料液流量之比。8、操作關系:在一定得操作條件下,第n層板下降液相得組成與相鄰得下一層(n+1)板上升蒸汽得組成之間得函數(shù)關系。9、回流比:精流段下降液體摩爾流量與餾出液摩爾流量之比。10、最小回流比:兩條操作線交點落在平衡曲線上,此時需要無限多理論板數(shù)得回流比。11、全塔效率:在一定分離程度下,所需得理論板數(shù)與實際板數(shù)之比。12、單板效率:就是氣相或液相通過一層實際板后組成變化與其通過一層理論板后組成變化之比值。二、填空題:1、在精餾塔得任意一塊理論板上,其離開塔板得液相泡點溫度與離開塔板得氣相露點溫度得大小相比就是_________。相等2、當塔板上____________________________________________________時,稱該塔板為理論塔板。離開得汽相與液相之間達到平衡時3、直接水蒸汽加熱得精餾塔適用于__________________________________________________得場合。難揮發(fā)組分為水,且要求釜液中易揮發(fā)組分濃度很低4、簡單蒸餾過程中,釜內易揮發(fā)組分濃度逐漸________,其沸點則逐漸_________。降低,升高5、間歇精餾操作中,若欲保持餾出液組成不變,必須不斷______________,若保持回流比不變,則餾出液組成________________。增加回流比,不斷下降6、在精餾塔設計中,若,D/F相同時,直接蒸汽加熱與間接蒸汽加熱相比,,。<,>7、總壓101、3kPa、95℃溫度下苯與甲苯得飽與蒸汽壓分別為155、7kPa與63、3kPa,則平衡時汽相中苯得摩爾分率為_______,液相中苯得摩爾分率為_________,苯與甲苯得相對揮發(fā)度=_______。0、632、0、411、8、精餾操作得依據(jù)就是__________________________________________________。實現(xiàn)精餾操作得必要條件包括____________________________________________與___________________________________________。混合液中各組分揮發(fā)度得差異由塔板或填料層所構成得若干個接觸級、塔頂有液相回流、塔底有上升氣流。9、精餾塔操作時,保持F、xF、q、R不變,增加塔底排液量W,試定性畫出變化前、后塔得操作線。10、精餾塔塔頂某理論板上汽相得露點溫度為、液相得泡點溫度為,塔底某理論板上汽相得露點溫度為、液相得泡點溫度為,試按從大到小順序將以上4個溫度排列如下:。＞11、簡單蒸餾得主要特點就是__________________________________________。間歇、不穩(wěn)定、分離程度不高12、測得在精餾塔操作中,離開某塊理論板得兩股物流得組成分別為0、82與0、70,則其中________就是汽相組成。0、8213、已知在塔頂為全凝器得連續(xù)精餾塔中,完成一定分離任務需N塊理論板。現(xiàn)若按下圖流程設計,則在相同回流比條件下,完成相同得分離任務,所需理論板數(shù)將為_______塊。N-114、間歇精餾與連續(xù)精餾不同點在于:_________________________________________與____________________________________________。前者為非穩(wěn)態(tài),而后為穩(wěn)態(tài)前者只有精餾段,沒有提餾段。15、某二元理想混合物(相對揮發(fā)度為3)中易揮發(fā)組分(摩爾分率),用平衡蒸餾方法使50%得物料汽化,則汽相中易揮發(fā)組分得回收率為。66%16、精餾塔中第三塊實際塔板得板效率小于1,與汽相組成yn相平衡得液相組成為,則____,與液相組成相平衡得汽相組成為,則___?與___。＜,＞,＞17、試比較某精餾塔中(從塔頂往下)第層理論板上參數(shù)得大小,即:___,___,___,___,___?(T—氣相溫度;t—液相溫度)＞,＜,＞,＝,＜18、對于二元理想溶液,x-y圖上得平衡曲線離對角線越近,說明該物系。不容易分離19、在精餾塔設計中,若相同,則直接蒸汽加熱與間接蒸汽加熱相比,;。>,>20、某二元物系得相對揮發(fā)度α=3,在具有理論板得精餾塔內作全回流精餾操作,已知,則y1=____(由塔頂往下數(shù))。0、79421、平衡蒸餾與簡單蒸餾得主要區(qū)別__________________________________________________。前者為穩(wěn)態(tài)過程,后者為非穩(wěn)態(tài)過程22、精餾塔設計中,回流比并不總就是越大越好,原因就是__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________?；亓鞅仍龃?所需理論板數(shù)減少,塔設備所引起得設備費降低;但冷凝器、再沸器熱負荷增大,換熱器設備費及加熱蒸汽、冷卻水所消耗得動力費增大。當R大到一定值后,總費用(設備費與動力費之與)呈現(xiàn)上升趨勢。23、有三個精餾塔分離相同得理想混合液,塔頂冷凝部份如圖,塔頂?shù)谝话迳仙龤庀嗔髀示鶠閂kmol/s,其摩爾組成均為,相對揮發(fā)度相同且均為常數(shù)。請對圖示得三種冷凝器情況,按從大到小得順序排列回流液濃度,以及產(chǎn)品濃度得相對大小:________________________________________________________________。24、在分離要求一定得條件下,當回流比一定時,________狀況進料所需得總理論板數(shù)最少。冷液25、用連續(xù)精餾方法分離雙組分理想混合液,原料中含易揮發(fā)組分0、40,餾出液中含易揮發(fā)組分0、90(以上均為摩爾分率),溶液得平均相對揮發(fā)度為2、5,最小回流比為2,則料液得熱狀況參數(shù)q=________。q=0、3826、溶液被加熱到鼓起第一個氣泡時得溫度稱為溫度。泡點27、氣相混合物被冷卻到有第一滴液滴析出時得溫度稱為溫度。露點28、對于二元理想溶液,若輕組分含量越高,則泡點溫度。越低29、對于二元理想溶液,若重組分含量越高,則泡點溫度。越高30、對于二元理想溶液,相對揮發(fā)度大,說明該物系。容易分離31、在相同得外壓及溫度下,沸點越低得物質其飽與蒸氣壓。越高32、完成一個精餾操作得兩個必要條件就是與塔底上升蒸氣。塔頂液相回流33、為完成精餾操作,需要在設置冷凝器。塔頂34、為完成精餾操作,需要在設置再沸器。塔底35、設計一精餾塔時,回流比選得大,則塔板數(shù)。少36、精餾操作中,回流比得上限稱為。全回流37、精餾操作中,回流比得下限稱為。最小回流比38、精餾操作中,全回流時塔頂?shù)卯a(chǎn)品量。為零39、精餾操作中,再沸器相當于一塊板。理論板40、用逐板計算法求理論板層數(shù)時,用一次方程就計算出一層理論板。相平衡41、用圖解法求理論板層數(shù)時,代表一層理論板。一個梯級42、精餾操作中,當q=0、6時,表示進料中得含量為60%。液相43、對于正在操作中得精餾塔,若加大操作回流比,則塔頂產(chǎn)品濃度會。提高三、單選擇題1、連續(xù)精餾塔設計時,當采用塔頂全凝器、泡點回流方案時,為完成分離任務所需理論板數(shù)為Ｎ。若采用塔頂分凝器,而回流比與前方案相同時,則完成同樣分離任務所需理論板數(shù)為Ｎˊ,其相對大小就是______。CＡ、Ｎˊ＞Ｎ;Ｂ、Ｎˊ＝Ｎ;Ｃ、Ｎˊ＜Ｎ;Ｄ、判斷依據(jù)不足。2、對某雙組分理想物系,當溫度t=80℃時,,,液相摩爾組成,則與此液相組成相平衡得汽相組成為。A、0、5;B、0、64;C、0、72;D、0、63、恒摩爾流假定主要前提就是兩組分得分子汽化潛熱相近,它只適用于理想物系。此話________。BA、對;B、錯;C、無法判斷4、精餾段操作線方程為:y=0、75x+0、3,這絕不可能。此話______________。AA、對;B、錯;C、無法判斷5、某二元混合物,其中Ａ為易揮發(fā)組分,液相組成ｘ＝0、6相應得泡點為ｔ,與之相平衡得汽相組成ｙ＝0、7,相應得露點為T,則:()。AA、ｔ＝TB、ｔ＜TC、ｔ＞TD、不能判斷6、對有恒沸現(xiàn)象得二元體系,用恒沸精餾比萃取精餾好,因為前者能耗小。BA、對B、錯C、無法判斷7、在常壓下苯得沸點為80、1℃,環(huán)己烷得沸點為80、73℃Ａ、恒沸精餾Ｂ、普通精餾Ｃ、萃取精餾Ｄ、水蒸汽直接加熱精餾8、某二元混合物,汽液相平衡關系如圖。與分別表示圖中1,2點對應得溫度。則。DA、B、C、D、與大小關系不能判斷、9、精餾塔引入回流,使下降得液流與上升得汽流發(fā)生傳質,并使上升汽相中得易揮發(fā)組分濃度提高,最恰當?shù)谜f法就是由于________。DA、液相中易揮發(fā)組分進入汽相;B、汽相中難揮發(fā)組分進入液相;C、液相中易揮發(fā)組分與難揮發(fā)組分同時進入汽相,但其中易揮發(fā)組分較多;D、液相中易揮發(fā)組分進入汽相與汽相中難揮發(fā)組分進入液相得現(xiàn)象同時發(fā)生。10、對于某理想溶液得平衡蒸餾,若維持進料量F、物料溫度、蒸發(fā)室壓強P不變,而將物料濃度增加,則氣相餾出物組成,氣相餾出物量D。C、AA、變大B、變小C、不變D不確定11、精餾塔設計時,若F、、、、V均為定值,將進料熱狀態(tài)從q=1變?yōu)閝>1,則設計所需理論板數(shù)。BA、多B、少C、不變D、判斷依據(jù)不足12、以下說法中不正確得就是________。C精餾段操作線方程式就是描述精餾段中A、某板下降得液體濃度與下一板上升得蒸汽濃度間得關系式;B、某板上升得蒸汽濃度與上一板下降得液體濃度之間得關系式;C、進入某板得氣體與液體得濃度之間得關系式;D、在相鄰兩板間相遇得汽相與液相濃度之間得關系式。13、精餾設計時,若回流比R增加并不意味產(chǎn)品D減小,精餾操作時也可能有類似情況。此話___________。AA、對;B、錯;C、無法判斷14、操作中得精餾塔,若保持F、q、、不變,而增大,則R、D。B、AA、變大B、變小C、不變D、不確定15、二元溶液連續(xù)精餾計算中,進料熱狀態(tài)得變化將引起以下線得變化______________。BＡ、平衡線;Ｂ、操作線與ｑ線;Ｃ、平衡線與操作線;Ｄ、平衡線與ｑ線。16、某精餾塔得設計任務為:原料為F、,塔頂為,塔底為,若塔釜上升蒸汽量不變,加料熱狀態(tài)由原來得飽與蒸汽改為飽與液體,則所需理論板。AA、增加B、減少C、不變D、不確定17、精餾分離得二元理想混合液,已知回流比R=3,塔頂=0、96,測得第三層塔板(精餾段)得下降液體濃度為0、4,第二層板下降液體濃度為0、45,則第三層塔板得汽相單板效率為。CA、22、2%B、32、68%C、44、1%D、107、5%18、被分離物系最小回流比得數(shù)值與___________無關。DA、被分離物系得汽液平衡關系;B、塔頂產(chǎn)品組成;C、進料組成與進料狀態(tài);D、塔底產(chǎn)品組成。19、蒸餾就是分離()混合物得單元操作。BA、氣體;B、液體;C、固體;D、剛體。20、蒸餾就是利用各組分得()不同得特性實現(xiàn)分離得目得。CA、溶解度;B、等規(guī)度;C、揮發(fā)度;D、調與度。21、在二元混合液中,()得組分稱為易揮發(fā)組分。AA、沸點低;B、沸點高;C、沸點恒定;D、沸點變化。22、在二元混合液中,()得組分稱為難揮發(fā)組分。BA、沸點低;B、沸點高;C、沸點恒定;D、沸點變化。23、()就是保證精餾過程連續(xù)穩(wěn)定操作得必不可少得條件之一。AA、液相回流;B、進料;C、側線抽出;D、產(chǎn)品提純。24、在()中溶液部分氣化而產(chǎn)生上升蒸氣,就是精餾得以連續(xù)穩(wěn)定操作得一個必不可少條件。CA、冷凝器;B、蒸發(fā)器;C、再沸器;D、換熱器。25、再沸器得作用就是提供一定量得()流。DA、上升物料;B、上升組分;C、上升產(chǎn)品;D、上升蒸氣。26、()得作用就是提供塔頂液相產(chǎn)品及保證有適宜得液相回流。AA、冷凝器;B、蒸發(fā)器;C、再沸器;D、換熱器。27、在精餾塔中,原料液進入得那層板稱為()。CA、浮閥板;B、噴射板;C、加料板;D、分離板。28、在精餾塔中,加料板以上得塔段稱為()。AA、精餾段;B、提餾段;C、進料段;D、混合段。29、在精餾塔中,加料板以下得塔段(包括加料板)稱為()。BA、精餾段;B、提餾段;C、進料段;D、混合段。30、()就是指離開這種板得氣液兩相相互成平衡,而且塔板上得液相組成也可視為均勻得。CA、浮閥板;B、噴射板C、理論板;D、分離板。四、判斷題:1、若過熱蒸汽狀態(tài)進料,q線方程得斜率>0;()對2、理論板圖解時與下列參數(shù):F,,q,R,α,,無關;()錯3、連續(xù)精餾塔,塔頂及塔底產(chǎn)品分別為D及W,則提餾段液汽比總就是大于1,精餾段液汽比總就是小于1。()對4、精餾設計時,采用相同得塔釜蒸發(fā)量,則冷加料比熱加料需要較少理論板數(shù)。()錯五、問答題:1、試分析精餾過程中回流比大小對操作費與設備費得影響并說明適宜回流比如何確定。取較小回流比時,為達到一定得分離程度需要得理論板層數(shù)要多,使設備費高,隨回流比加大,所需理論板數(shù)減少,使設備費降低,同時操作費增加;但若繼續(xù)加大回流比,則會因塔徑,換熱器得加大,而使設備費又將上升。操作回流比Ｒ應盡可能使設備費與操作費總與為最小,通常取R＝(1、1～2)Rmin。2、在設計連續(xù)精餾塔時,欲保持餾出液組成xD與易揮發(fā)組分得收率η不變,試定性判斷分別改變如下操作參數(shù)(其它參數(shù)不變)時所需理論板層數(shù)將如何變化:(１)加大回流比R,＿＿＿＿;(２)提高操作壓強P,＿＿＿＿;(３)提高加料溫度t,回流比R保持不變＿＿＿＿＿;(４)增加生產(chǎn)能力30％(仍能正常操作)。＿＿＿＿(1)ＮT↓;(2)α↓,ＮT↑;(3)ｑ↓,ＮT↑;(4)不變3、精餾操作時,若F、、q、R均不變,而將塔頂產(chǎn)品量D增加,其結果將導致塔頂組成、塔底殘液如何變化？試定性分析。、均下降。理由:由F不變、D增加可知W變小;由F、q、R不變,可知隨D增大而增大,因而,提餾段操作線斜率將變小,提餾段理論板分離能力提高,。至于得變化情況需用排除法確定,過程如下:R不變,則精餾段操作線斜率不變。假設不變或變大,作圖可知,理論板數(shù)均比原工況時得多(見附圖1、2),這與理論板數(shù)固定相矛盾。所以,只能變小。4、某板式精餾塔,提餾段ｎ'板上液相濃度為,試在下面圖中表示該板下一層板上升得汽相組成。如ｎ'板為理論板,標示出ｎ'板上升蒸汽得組成。如n'板為實際板,定性標示出n'板上升蒸汽組成。5、簡述簡單蒸餾與精餾得區(qū)別。簡單蒸餾就是一次部分氣化與部分冷凝,而精餾則就是多次部分氣化與部分冷凝。6、精餾塔得塔頂與塔底為什么要分別設置冷凝器與再沸器?冷凝器提供液相產(chǎn)品與液相回流,再沸器提供塔內上升得蒸氣。7、設計一精餾塔時,回流比選取得大小對塔板數(shù)有何影響?回流比越大,達到要求得分離精度所需要得塔板數(shù)越少。8、精餾操作中,在下限操作時,能否達到所要求得分離精度？為什么?不能,若要達到所要求得分離精度需要有無窮多塊理論板,實際上就是不可能得。9、精餾操作中,在上限操作時對實際生產(chǎn)有無意義？一般在什么情況下采用?在上限操作時,產(chǎn)品量為零,對實際生產(chǎn)無意義,一般在科研、裝置開工期間或緊急停工時采用。10、為什么再沸器相當于一塊理論板?在再沸器中,物料又一次部分氣化,氣液兩相達到平衡,與理論板得效果相同。11、用逐板計算法求理論板層數(shù)時,為什么用一次相平衡方程就計算出一層理論板?使用一次相平衡方程,就意味著物料達到一次氣液平衡,就相當于越過一塊理論板。12、用圖解法求理論板層數(shù)時,為什么一個梯級代表一層理論板?每一個梯級與平衡線相交一次,表示汽、液兩相達到一次平衡,因此代表一層理論板。13、對于正在操作中得精餾塔,若改變其操作回流比,對塔頂產(chǎn)品濃度會有何影響?回流比越大,塔頂產(chǎn)品濃度越高。14、設計一精餾塔時,進料量對塔板層數(shù)有無影響？為什么?進料量對塔板層數(shù)無影響,影響塔板層數(shù)得因素主要有進料與產(chǎn)品得濃度、進料熱狀況以及回流比。15、用q代表進料熱狀況,說明q=0,q=1,0＜q＜1時得意義。q=0表示飽與氣相進料,q=1表示飽與液相進料,0＜q＜1表示氣液混合進料。16、塔板得作用就是什么?塔板得作用就是提供氣液接觸得場所。六、計算題:1、(15分)分離苯一甲苯混合液,原料液中含苯0、5(摩爾分率,下同),泡點進料,餾出液中要求含苯0、95,塔頂用分凝器一全凝器流程(如圖),測得塔頂回流液中含苯0、88,離開塔頂?shù)谝粚永碚摪宓靡后w含苯0、79,求:(1)操作條件下平均相對揮發(fā)度;(2)操作回流比R;(3)最小回流比Rmin。解:(1)將,代入得:解之得:(5分)(2)設離開第一塊理論板得汽相組成為,又即解之得:(5分)(3),(5分)2、(15分)由一層理論板及塔釜組成得常壓連續(xù)回收塔,每小時加入甲醇水溶液100kmol,其中甲醇含量為0、3(摩爾分率,下同),要求塔頂?shù)玫郊状己繛?、6得餾出液。塔頂采用全凝器,泡點進料,塔內只有一層理論板,料液就在這一板上加入,且不用回流。在操作范圍內,相對揮發(fā)度。試求:(1)釜液組成;(2)餾出液量(kmol/h)。解:(1)如圖所示。(5分)(1)(5分)又(2)且(3)將式2、3代入式1得:解之得:(舍去)(2)將代入式3得:(5分)3、(15分)在常壓連續(xù)精餾塔內分離苯與甲苯混合液,混合液得流量為1000kmol/h,其中含苯40%,要求塔頂餾出液中含苯90%,塔釜殘液中含苯2%(均為摩爾分率)。泡點進料,塔頂冷凝器為全凝器,塔釜間接蒸汽加熱,取回流比為最小回流比得1、5倍。全塔平均相對揮發(fā)度為2、5。試求:(1)塔頂與塔底產(chǎn)品量D、W;(2)回流比R;(3)從上往下數(shù)得塔內第二塊理論板上升氣體組成;(4)若在塔操作中,將進料狀態(tài)改為飽與蒸汽進料,而保持F、R、D、xF不變,此時能否完成分離任務？為什么？解:(1)即解之得:(3分)｛2｝泡點進料,(3分)(3)精餾段操作線方程:(4分)(4)F、R、D不變,而進料狀態(tài)由飽與液體改為飽與蒸汽時,q,故隨q而,,提餾段塔板分離能力,必,又由全塔物料衡算可知,?？梢姴荒芡瓿煞蛛x任務。(5分)4、(15分)由一層理論板與塔釜組成得連續(xù)精餾塔,每小時向塔釜加入含甲醇40%(摩爾分率)得甲醇水溶液100kmol,塔頂采用全凝器,塔釜間接蒸汽加熱,回流比R=3,要求塔頂餾出液組成=0、84,在操作條件下得平衡關系為,求:(1)塔釜組成;(2)每小時能獲得得餾出液量。解:(1)(4分)(4分)(3分)(2)(4分)5、(15分)組成為得原料以汽液混合狀態(tài)進入精餾塔,其中氣液摩爾比為12,塔頂(以上均為摩爾分率),塔頂易揮發(fā)組分回收率為95%,回流比,塔釜間接蒸汽加熱,相對揮發(fā)度,試求:(1)原料中汽相與液相組成;(2)列出提餾段操作線方程;解:(1)設原料中汽相組成為,液相組成為,則將,代入得:解之得:(5分)(2)(5分)提餾段操作線方程為:(5分)6、(15分)在一連續(xù)常壓精餾塔中分離某理想混合液,,XW=0、04。已知此塔進料q線方程為y,采用回流比為最小回流比得1、2倍,混合液在本題條件下得相對揮發(fā)度為2,求:(1)精餾段操作線方程。(2)若塔底產(chǎn)品W＝150kmol/h,求進料量F與塔頂產(chǎn)品量D。(3)提餾段操作線方程。解:(1)由q線方程(5分)(2)D=60、94kmol/hF=210、94kmol/h(5分)(3)