化工原理第五章習題及答案

1、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)性不同的性質(zhì)，人為的制造氣液兩相，并使兩相接觸進行質(zhì)量傳遞，實現(xiàn)混合物的分離。2、拉烏爾定律：當氣液平衡時溶液上方組分的蒸汽壓與溶液中該組分摩爾分數(shù)成正比。3、揮發(fā)度：組分的分壓與平衡的液相組成（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：是利用組分揮發(fā)度的差異，同時進行多次部分汽化和部分冷凝的過程。6、理論板：氣液兩相在該板上進行接觸的結(jié)果，將使離開該板的兩相溫度相等，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(guān)系：在一定的操作條件下，第n層板下降液相的組成與相鄰的下一層（n+1）板上升蒸汽的

2、組成之間的函數(shù)關(guān)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)的回流比。11、全塔效率：在一定分離程度下，所需的理論板數(shù)和實際板數(shù)之比。12、單板效率：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、在精餾塔的任意一塊理論板上，其離開塔板的液相泡點溫度與離開塔板的氣相露點溫度的大小相比是。相等2、當塔板上時，稱該塔板為理論塔板。離開的汽相與液相之間達到平衡時3、直接水蒸汽加熱的精餾塔適用于的場合。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(nèi)易揮發(fā)

3、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(shè)計中，若XF、XD、Rq,D/F相同時，直接蒸汽加熱與間接蒸汽加熱相比,NNxxT,間T,直，W,間W，直。7、總壓、95C溫度下苯與甲苯的飽和蒸汽壓分別為與，則平衡時汽相中苯的摩爾分率為，液相中苯的摩爾分率為，苯與甲苯的相對揮發(fā)度8、精餾操作的依據(jù)是。實現(xiàn)精餾操作的必要條件包括和?；旌弦褐懈鹘M分揮發(fā)度的差異由塔板或填料層所構(gòu)成的若干個接觸級、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

4、定性畫出變化前、后塔的操作線。x附圖1x附圖2x附圖310、精餾塔塔頂某理論板上汽相的露點溫度為t、液相的泡點溫度為t，塔底某理論板上汽12相的露點溫度為13、液相的泡點溫度為t，試按從大到小順序?qū)⒁陨?個溫度排列如下:。34t=tt=t432111、簡單蒸餾的主要特點是。間歇、不穩(wěn)定、分離程度不高12、測得在精餾塔操作中，離開某塊理論板的兩股物流的組成分別為和，則其中是汽相組成。13、已知在塔頂為全凝器的連續(xù)精餾塔中，完成一定分離任務(wù)需N塊理論板?，F(xiàn)若按下圖流程設(shè)計，則在相同回流比條件下，完成相同的分離任務(wù)，所需理論板數(shù)將為塊。N-1D14、間歇精餾與連續(xù)精餾不同點在于：和。前者為非穩(wěn)態(tài)，而

5、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x二0.4（摩爾分率），用平衡蒸F餾方法使50%的物料汽化，則汽相中易揮發(fā)組分的回收率為。66%16、精餾塔中第n-1、n、n+1三塊實際塔板的板效率小于1,與汽相組成yn相平衡的液相組成為x*,則x*x，與液相組成x相平衡的汽相組成為y*,則y*_y和TOC o 1-5 h znnnn+1n+1n+1n+1y_x。v,nn-117、試比較某精餾塔中y_y,T_T,y_x,T_t,T_TTOC o 1-5 h zn-1nn-1nnnnnnn+1（T氣相溫度；t液相溫度）,=,N；B、N=N；C、NVN；D、

6、判斷依據(jù)不足。2、對某雙組分理想物系，當溫度t=80C時，P0二106.7kp，P0二40kp，液相摩爾組成AaBaX二0.4，則與此液相組成相平衡的汽相組成y為。BAAA、；B、；C、；D、3、恒摩爾流假定主要前提是兩組分的分子汽化潛熱相近，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=+，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，液相組成相應(yīng)的泡點為t,與之相平衡的汽相組成y=，相應(yīng)的露點為T,貝y:（）。AA、t=TB、tVTC、tTD、不能判斷6、對有恒沸現(xiàn)象的二元體系，用恒沸精餾比萃取精餾好，因為前者能

7、耗小。BA、對B、錯C、無法判斷7、在常壓下苯的沸點為80.1C，環(huán)己烷的沸點為80.73C，為使這兩組份的混合液能得到分離，可采用哪種分離方法CA、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(guān)系如圖。t和t分別表示圖中1,2點對應(yīng)的溫度。貝V。12DA、t=t12B、1,則FD設(shè)計所需理論板數(shù)。BA、多B、少C、不變D、判斷依據(jù)不足12、以下說法中不正確的是oC精餾段操作線方程式是描述精餾段中A、某板下降的液體濃度與下一板上升的蒸汽濃度間的關(guān)系式；B、某板上升的蒸汽濃度與上一板下降的液體濃度之間的關(guān)系式；C、進入某板的氣體與液體的濃度之間的關(guān)系式；D、

8、在相鄰兩板間相遇的汽相與液相濃度之間的關(guān)系式。13、精餾設(shè)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oAA、對；B、錯；C、無法判斷14、操作中的精餾塔，若保持F、q、x、V不變，而增大x，則R、DoDFB、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)的變化將引起以下線的變化oBA、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、某精餾塔的設(shè)計任務(wù)為：原料為F、x，塔頂為x，塔底為x，若塔釜上升蒸汽量VfDW不變，加料熱狀態(tài)由原來的飽和蒸汽改為飽和液體，則所需理論板NoATA、增加B、減少C、不變D、不確定17

9、、精餾分離a二2.5的二元理想混合液，已知回流比R=3，塔頂x=，測得第三層塔板（精D餾段）的下降液體濃度為，第二層板下降液體濃度為，則第三層塔板的汽相單板效率E為。mvCA、%B、%C、%D、%18、被分離物系最小回流比R的數(shù)值與無關(guān)。DminA、被分離物系的汽液平衡關(guān)系；B、塔頂產(chǎn)品組成；C、進料組成和進料狀態(tài)；D、塔底產(chǎn)品組成。19、蒸餾是分離（）混合物的單元操作。BA、氣體；B、液體；C、固體；D、剛體。20、蒸餾是利用各組分的（）不同的特性實現(xiàn)分離的目的。CA、溶解度；B、等規(guī)度；C、揮發(fā)度；D、調(diào)和度。21、在二元混合液中，（）的組分稱為易揮發(fā)組分。AA、沸點低；B、沸點咼；C、沸

10、點恒定；D、沸點變化。22、在二元混合液中，（）的組分稱為難揮發(fā)組分。BA、沸點低；B、沸點咼；C、沸點恒定；D、沸點變化。23、（）是保證精餾過程連續(xù)穩(wěn)定操作的必不可少的條件之一。AA、液相回流；B、進料；C、側(cè)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，是精餾得以連續(xù)穩(wěn)定操作的一個必不可少條件。CA、冷凝器；B、蒸發(fā)器；C、再沸器；D、換熱器。TOC o 1-5 h z25、再沸器的作用是提供一定量的（）流。DA、上升物料；B、上升組分；C、上升產(chǎn)品；D、上升蒸氣。26、（）的作用是提供塔頂液相產(chǎn)品及保證有適宜的液相回流。AA、冷凝器；B、蒸發(fā)器；C、再沸器；D、換熱器

11、。27、在精餾塔中，原料液進入的那層板稱為（）。CA、浮閥板；B、噴射板；C、加料板；D、分離板。28、在精餾塔中，加料板以上的塔段稱為（）。AA、精餾段；B、提餾段；C、進料段；D、混合段。29、在精餾塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）稱為（）。BA、精餾段；B、提餾段；C、進料段；D、混合段。30、（）是指離開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。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線方程的斜率0；（）對2、理論板圖解時與下列參數(shù):F,x,q，R，a，x，x無關(guān)；（）錯FDW3、連續(xù)精餾塔，塔頂及塔底產(chǎn)品分別為D

12、及W,則提餾段液汽比總是大于1,精餾段液汽比總是小于1。（）對附圖附圖24、精餾設(shè)計時,采用相同的塔釜蒸發(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(shè)備費的影響并說明適宜回流比如何確定。取較小回流比時，為達到一定的分離程度需要的理論板層數(shù)要多，使設(shè)備費高，隨回流比加大，所需理論板數(shù)減少，使設(shè)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，換熱器的加大，而使設(shè)備費又將上升。操作回流比R應(yīng)盡可能使設(shè)備費與操作費總和為最小，通常取R=(2)Rmin。2、在設(shè)計連續(xù)精餾塔時，欲保持餾出液組成xD和易揮發(fā)組分的收率n不變，試定性判斷分別改變

13、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：TOC o 1-5 h z加大回流比R，;提高操作壓強P，；提高加料溫度t,回流比R保持不變;增加生產(chǎn)能力30%(仍能正常操作)。(1)NT&；(2)ad，NT個；(3)q&,NT個；(4)不變3、精餾操作時，若F、x、q、R均不變，而將塔頂產(chǎn)品量D增加，其結(jié)果將導致塔頂組F成x、塔底殘液x如何變化試定性分析。DWx、x均下降。DW理由：由F不變、D增加可知W變?。挥蒄、q、R不變，可知V，=(R+1)D+(q1)F隨D增大而增大，因而，提餾段操作線斜率L=口比=1+W將變小，提餾段理論板分離能V，V，V，力提高，x。W至于x的變化情況需

14、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(shè)xDD不變或變大，作圖可知，理論板數(shù)均比原工況時的多(見附圖1、2)，這與理論板數(shù)固定相矛盾。所以，x只能變小。D4、某板式精餾塔，提餾段n板上液相濃度為X,試在下面y-x圖中表示該板下一層板上n升的汽相組成y，。如n板為理論板，標示出n板上升蒸汽的組成。如n板為實際板，定n+1性標示出n板上升蒸汽組成。5、簡述簡單蒸餾與精餾的區(qū)別。簡單蒸餾是一次部分氣化與部分冷凝，而精餾則是多次部分氣化與部分冷凝。6、精餾塔的塔頂和塔底為什么要分別設(shè)置冷凝器和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(nèi)上升的蒸氣。7、設(shè)計一精餾塔時，回流比選

15、取的大小對塔板數(shù)有何影響回流比越大，達到要求的分離精度所需要的塔板數(shù)越少。8、精餾操作中，在下限操作時，能否達到所要求的分離精度為什么不能，若要達到所要求的分離精度需要有無窮多塊理論板，實際上是不可能的。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米用。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，與理論板的效果相同。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

16、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、對于正在操作中的精餾塔，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(shè)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)的因素主要有進料和產(chǎn)品的濃度、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=1，0VqV1時的意義。q=0表示飽和氣相進料，q=1表示飽和液相進料，0Vq1表示氣液混合進料。16、塔板的作用是什么塔板的作用是提供氣液接觸的場所。六、計算題：1、（1

17、5分）分離苯一甲苯混合液，原料液中含苯（摩爾分率，下同），泡點進料，餾出液中要求含苯，塔頂用分凝器一全凝器流程（如圖），測得塔頂回流液中含苯，離開塔頂?shù)谝粚永碚摪宓囊后w含苯，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）L0.95=1+(:；：88將x=0.95,x=0.88代入得：DL解之得：2.59(5分)（2）設(shè)離開第一塊理論板的汽相組成為y1,axyLi1+(a-1)xL2.59x0.791+1.59x0.79二0.907Vy=Lx+Dx1LD又(V=L+D=(R+1)DVx0.907=Lx0.88+Dx0.95即v=(R+1)DL=RD5

18、分）3)q=1,y*Fax1+(a1)xF2.59x0.51+1.59x0.5=0.721Rminxy*DFy*xFFX=1.045分）L=RD解之得：R=1.592、（15分）由一層理論板及塔釜組成的常壓連續(xù)回收塔，每小時加入甲醇水溶液100kmoI,其中甲醇含量為（摩爾分率，下同），要求塔頂?shù)玫郊状己繛榈酿s出液。塔頂采用全凝器，泡點進料，塔內(nèi)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(nèi)，相對揮發(fā)度a=5.8。試求：1）釜液組成；（2）餾出液量（kmol/h）。解：（1）如圖所示。y=x=0.61Dya(a1)y10.65.84.8x0.6二0.2055分)LWxFFxD

19、xy=xw=xfDwViVDiD=100 x0.205100X3-DX%D=0.6-9D1)5分)將式2、解之得：axW5.8xWyw1+(a1)x1+4.8xWWF(xx)100 x(0.3x)30100 xD=FW=WxxDW3代入式1得：x二0.0914W2)0.6xW0.6xW3)5.8xW1+4.8xW9.5x(0.6x)=0.6一w-x=0.396(舍去)W（2）將x二0.0914代入式3得:W30100 xWD二41.01kmol/h(5分)3、（15分）在常壓連續(xù)精餾塔內(nèi)分離苯和甲苯混合液，混合液的流量為1000kmol/h,其中含苯40%,要求塔頂餾出液中含苯90%，塔釜殘液

20、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的倍。全塔平均相對揮發(fā)度為。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)的塔內(nèi)第二塊理論板上升氣體組成；解：（1）F=D+WFx=Dx+WxFDW（4）若在塔操作中，將進料狀態(tài)改為飽和蒸汽進料，而保持F、R、D、xF不變，此時能否完成分離任務(wù)為什么即F=D+W丨100 x0.4=Dx0.9+Wx0.02D=43.2kmol/hW=56.8kmol/h分）2泡點進料，x=x=0.4eFax2.5x0.40625ye1+（a-：1）x1+1.5x0.4ex-y=DeRminy-x

21、ee0.9-0.6250.625-0.4=1.22R=1.5xR=1.5x1.22=1.83min分）（3）精餾段操作線方程yn+1Rx1.830.9x+A=x+R+1nR+12.83n2.83=0.65x+0.318n0.92.51.5x0.9=0.783y=x=0.91Dya（a1）y1y=0.65x+0.318=0.65x0.783+0.318=0.827（4分）21（4）F、R、D不變，而進料狀態(tài)由飽和液體改為飽和蒸汽時，q,故V=（R+1）D+C-1）F隨q而，V=LVL=1+召T，提餾段塔板分離能力，xw必，又由全塔物料衡算可知，xD?？梢姴荒芡瓿煞蛛x任務(wù)。5分）4、（15分）由一

22、層理論板與塔釜組成的連續(xù)精餾塔，每小時向塔釜加入含甲醇40%（摩爾分率）的甲醇水溶液100kmoI,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xd=，在操作條件下的平衡關(guān)系為y=0.45x+0.55，求:1）2）解：（1）塔釜組成x；每小時能獲得的餾出液量D。y-0.550.84-0.55+=0.6440.450.45Rx30.84=x+=x0.644+=0.693（4分） HYPERLINK l bookmark84 o Current Document R+11R+144y=x=0.841Dx=14分）y23分）(2)x=2二693-o55二0.318W0.450.

23、45八F(x-x)100 x(0.4-0.318)xx0.840.318DW=15.7kmol/h4分）5、（15分）組成為xF=0.45的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x=0.95（以上均為摩爾分率），塔頂易揮發(fā)組分回收率為95%，回流比R=1.5R，塔Dmin釜間接蒸汽加熱，相對揮發(fā)度a=2.5，試求：（1）原料中汽相和液相組成；（2）列出提餾段操作線方程；解：設(shè)原料中汽相組成為y，液相組成為x,則ee12一y+x=x3e3eFa將x=0.45，a=2.5代入得：TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark10 o Current Docu

24、ment axFy=ee1+(a1)xe12門“一y+x=0.453e3e25解之得：x=0.375y=0.6(5分)2.5xeey=ee1+1.5xexy0.950.6(2)q=R=Dye=1.556R=1.5R=1.5x1.556=2.334minyx0.60.375mineeWx0.05FxW=FV(R+1)D+(q1)F0.05xF(R+1)D+(q1)F0.05x0.453.334x0.45+(21)=0.0193Dx=0.95Dx0.95x0.45=0.45=0.95xF-FxFx0.95FDDxWxWxDx-=0.05D+W=1W=1D（5分）FxFxFxFxFFFFL=RD+q

25、FRDF+q22.334x0.45+-3=1.47V_(R+1)D+(q1)F4x0.45+(21)F3LWx5分)提餾段操作線方程為：y=厲x-研=1.47x一0-01936、（15分）在一連續(xù)常壓精餾塔中分離某理想混合液，XD二0.94,。已知此塔進料q線方程為y=6X-1.5y，采用回流比為最小回流比的倍，混合液在本題條件下的相對揮發(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和塔頂產(chǎn)品量D。（3）提餾段操作線方程。解：（1）由q線方程xF-q-1=1.5/.q=1.2,x=0.3F2x聯(lián)立方程y=一與y=6x-1.51+x得x=0.333,y=

26、0.5qqRminx-y=_Dq_yxqq0.94-0.50.5-0.333=2.635R=1.2R=1.2x2.635=3.162min5分）耐x+話=0.76x+0.2262）F=D+WFx=Dx+WxFDWD=hF=h（5分）Vf=（R+1）D+（q-1）F=60.94x4.162+（1.2-1）x210.94=285.8kmol/h）L=L+qF=RD+qF=60.94x3.162+1.2x210.94=445.8kmol/hwxWV1.507x-0.02035分）7、（15分）一常壓連續(xù)操作的精餾塔，用來分離苯和甲苯混合物。混合物含苯摩爾分率，以100Kmol/h流量進入精餾塔，進料

27、狀態(tài)為氣液各占50%摩爾數(shù)，操作回流比為最小回流比的倍；要求塔頂餾出液組成為（苯的摩爾分率，下同），塔底釜液組成為。在操作條件下，苯和甲苯的相對揮發(fā)度為。試求：（1）塔頂和塔底產(chǎn)品量；（2）最小回流比；（3）精餾段操作線方程；（4）提餾段操作線方程。解：(1)由F=D+WFx=Dx+WxF(x-x)Fx-xDW100X(0.6-0.5)0.95-0.05=61.11kmol/hW二F-D=100-61.11二38.89kmol/h4分)(2)由題可知：q=0.5q線方程為：0.5xx0.50.51y=-x+1.2平衡線方程為：ax1+(a1)x2.5x1+1.5x令=并化簡得：1.5x2+1.

28、7x-1.2=0求得q線與平衡線交點：x=0.492,y=0.708qqRminxy=Dq-yxqq95一.708=1.120.708-0.4925分)(3)R-1.5Rmin二1.5x1.12二1.68Rxx1.68x0.95y=n+D=n+n+1(R+1)(R+1)1.68+11.68+1y=0.627x+0.354n+1n3分)4)L=L+qF=RD+0.5F=1.68x61.11+0.5x100=152.66V=V+(q-1)F=D(R+1)+(0.5-1)x100=113.77VLxWx152.66x0.05x38.89=mW=mVV113.77113.77=1.34x-0.017m8、(15分)一連續(xù)精餾塔，泡點進料。已知操作線方程如下：精餾段y=0.8x+0.172ym+1ym+13分)FDW提餾段y=1.3x-0.018求原料液、