化工原理習題第三部分蒸餾答案修改

1.精餾的原理是什么？答：精餾是指液體混合物經同時屢次地局部氣化和局部冷凝，最后別離成近乎純態(tài)的液體的別離過程。2.壓強對相平衡關系有何影響？精餾塔的操作壓強增大，其他條件不變，塔頂、塔底的溫度和組成如何變化？答：一定溫度下，總壓增大，物系中各組分的飽和蒸氣壓隨之升高，各組分揮發(fā)度差異變小。精餾塔的操作壓強增大，其他條件不變，塔頂、塔底的溫度將增大，塔頂組成將減小，塔底組成將增大。3.精餾塔中氣相組成、液相組成以及溫度沿塔高如何變化？答：精餾塔氣相中輕組分濃度沿塔高逐漸增濃，液相中輕組分濃度沿塔高逐漸增濃，溫度沿塔高逐漸降低。恒摩爾流假定的主要內容是什么？簡要說明其成立的條件。4.恒摩爾流假定的主要內容是什么？簡要說明其成立的條件。4、答：恒摩爾流假定的主要內容是：精餾段每塊塔板上升的蒸氣摩爾流量彼此相等，下降的液體流量也各自相等；同理，提餾段亦然。即：精餾段：L1＝L2＝L3＝…＝Ln＝L；V1＝V2＝V3＝…＝Vn＝V提餾段：L’1＝L’2＝L’3＝…＝L’n＝L’；V’1＝V’2＝V’3＝…＝V’n＝V’且L≠L’，V≠V’。恒摩爾流假定成立的條件：⑴各組分的摩爾氣化焓相等；⑵氣液接觸時因溫度不同而交換的熱量可以忽略；⑶塔設備保溫良好，熱損失可以忽略不計。5、進料熱狀態(tài)有哪些？對應的q值分別是多少？答：進料的熱狀況有以下五種：①冷液進料②泡點進料③氣液混合進料④露點進料⑤過熱蒸氣進料。對應的q值范圍分別為：①冷液進料，q＞0；②泡點進料，q＝1；③氣液混合進料，0＜q＜1；④露點進料，q＝0；⑤過熱蒸氣進料，q＜0。6、q值的物理意義是什么？答：q值的物理意義：將1kmol原料變成飽和蒸汽所需的熱量與原料的摩爾汽化熱之間的比值關系，其在數值上等于進料中液相所占的分率。7、在進行精餾塔的設計時，假設將塔釜間接蒸氣加熱改為直接蒸氣加熱，而保持進料組成及熱狀況、塔頂采出率、回流比及塔頂餾出液組成不變，則塔釜產品量和組成，提餾段操作線的斜率及所需的理論板數如何變化？答：在上述條件下，塔釜產品量增加，組成減小，提餾段操作線斜率不變，所需的理論板數增加。分析：在χD、D/F、、已定時，兩種蒸氣加熱時的操作線位置相同，區(qū)別只是直接蒸氣加熱的提餾段操作線將原間接加熱的提餾段操作線延長至的軸上，其交點為直接蒸氣加熱時的塔底組成，故梯級線也應同時跨越新的而略有增加，這是因為直接蒸氣的稀釋作用，需稍增加塔板層數回收輕組分。由于恒定，故，當降低時，必然增加。8.什么叫理論板？說明理論板與實際塔板間的關系。答：理論板是指離開該板的蒸氣和液體組成到達平衡的塔板。理論板與實際塔板間存在如下關系：9.平衡蒸餾與簡單蒸餾有何不同？答：平衡蒸餾是定常態(tài)操作，閃蒸室里的溫度控制在原料混合物露點、泡點之間的某一溫度上。簡單蒸餾是非定常態(tài)操作，蒸餾釜的溫度為釜內液體的泡點溫度，隨著釜內液體組成的變化〔減小〕，其泡點溫度在相應變化〔升高〕，所產生蒸汽的組成相應也在變化〔減小〕。10、在精餾生產中，將靈敏板取在精餾段某層塔板處，發(fā)現(xiàn)靈敏板溫度升高，請說明此時會對塔頂產品什么影響？應采取什么手段進行調節(jié)？答：靈敏板溫度升高，則塔頂產品組成xD下降，應采取增大回流比的方法進行調節(jié)。11、精餾塔在一定條件下操作時，試問將加料口向上移動兩層塔板，此時塔頂和塔底產品組成將有何變化？為什么？答：當加料板從適宜位置向上移兩層板時，精餾段理論板層數減少，在其它條件不變時，別離能力下降，xD↓，易揮發(fā)組分收率降低，xW↑12、精餾塔在一定條件下操作，試問：回流液由飽和液體改為冷液時，塔頂產品組成有何變化？為什么？答：從泡點回流改為冷液回流時，xD↑。其原因是：冷液回流至塔頂時，冷凝一局部蒸氣，放出的潛熱把冷液加熱至塔頂第一板的飽和溫度。冷凝局部中含難揮發(fā)組分較大，使氣相易揮發(fā)組分增濃。同時，在塔頂回流比保持不變的條件下，增加了塔內的內回流，這也有利于別離。13、為什么精餾操作需要塔頂回流？答：主要是為了保持塔內下降的液流，使精餾塔保持穩(wěn)定操作。14、簡單蒸餾與精餾有什么相同和不同？答：它們同屬蒸餾操作。簡單蒸餾是不穩(wěn)定操作，只能得到一種產品，產品無需回流，產量小。精餾是復雜的蒸餾，可以是連續(xù)穩(wěn)定過程，也可以是間歇過程。精餾在塔頂、底可以獲得兩種產品。精餾必須有回流。15、一套完整的精餾裝置，由由哪幾個局部構成？答：主體是精餾塔，塔底有再沸器，塔頂有冷凝器，產品貯槽以及加料裝置。16、精餾塔進料的熱狀況對提餾段操作線有何影響？答：進料的熱狀況不同，q值及q線的斜率也不同，故q線與精餾段操作線的交點亦因進料熱狀不同而變動,從而提餾段操作線的位置也就隨之而變動。17、精餾塔進料量對塔板層數有無影響？為什么？答：無影響。因從圖解法求理論板數可知，影響塔板層數的主要參數是xD，xF，xW，R和q。而進料量的改變對上述參數都無影響，所以對塔板數無影響。18、精餾操作中，加大回流比時，對塔頂產品有何影響？為什么？答：當精餾塔的塔板數已固定，假設原料的組成及其受熱狀況也一定時，則加大回流比R可以提高產品的濃度〔因操作線改變〕，但由于再沸的負荷一定〔即上升蒸汽V一定〕，此時R加大會使塔頂產量下降[因V=〔R+1〕D，而R↑則D↓，即降低塔的生產能力。19、用一般的精餾方法，能否得到無水酒精？為什么？答：用一般的精餾方法，不能得到無水酒精，因為乙醇一水溶液是具有最大正偏差的溶液，這種溶液在t-x-y圖上溫度出現(xiàn)最低共沸點，而在y-x圖上出現(xiàn)拐點，在該點上，氣液相組成相同，即y=x=0.894，直到蒸干為止，濃度仍無改變。20、精餾塔中精餾段與提餾段的作用？答：精餾段是利用回流液把上升蒸汽中難揮發(fā)組分〔又叫重組分〕逐步冷凝下來，同時回流液中揮發(fā)組分〔又叫輕組分〕汽化出來，從而在塔頂得到較純的易揮發(fā)組分。提餾段是利用上升蒸汽把液相中易揮發(fā)的組分汽化出來，同時上升蒸汽中的難揮發(fā)組分逐板冷凝下來，從而在塔釜獲得較純的難揮發(fā)組分。四、計算題1、用連續(xù)精餾塔每小時處理100kmol含苯40%和甲苯60%的混合物，要求餾出液中含苯90%，殘液中含苯1%〔組成均以kmol%計〕。試求：(1)餾出液和殘液各多少kmol/h？(2)飽和液體進料時，已估算出塔釜每小時汽化量為132kmol，問回流比為多少？2、用常壓連續(xù)精餾塔別離某二元理想混合物，相對揮發(fā)度α=3，加料量F=10kmol/.h，飽和蒸汽進料，進料中易揮發(fā)組分濃度為0.5(摩爾分率，下同)，塔頂產品濃度為0.9,塔頂蒸汽全凝液于泡點下回流，回流比R=2Rmin，易揮發(fā)組分的回收率為90%，塔釜為間接蒸汽加熱，試計算提餾段上升蒸汽量。3、在常壓連續(xù)精餾塔中別離理想二元混合物，進料為飽和蒸汽,其中易揮發(fā)組分的含量為0.54〔摩爾分率〕，回流比R=3.6，提餾段操作線的斜率為1.25，截距為-0.0187，求餾出液組成xD4、用常壓精餾塔別離雙組分理想混合物，泡點進料，進料量100kmol./h，加料組成為50%,塔頂產品組成xD＝95％，產量D＝50kmol/h，回流比R=2Rmin，設全塔均為理論板，以上組成均為摩爾分率。相對揮發(fā)度α＝3。求：〔1〕.Rmin(最小回流比)〔2〕.精餾段和提餾段上升蒸汽量?！?〕.列出該情況下的精餾段操作線方程。5、某二元系統(tǒng)精餾塔在泡點下進料，全塔共有三塊理論板及一個再沸器，塔頂采用全凝器，進料位置在第二塊理論板上，塔頂產品組成xD=0.9〔摩爾分率〕，二元系統(tǒng)相對揮發(fā)度α＝4，進料組成為xF＝0.5〔摩爾分率〕，回流比R＝1時，求：(1)離開第一塊板的液相組成X1為多少？(2)進入第一塊板的氣相組成y2為多少？(3)兩操作線交點d的氣液組成？6、某精餾塔進料組成xf＝0.5，塔頂餾出液組成xd＝0.95，平衡關系y＝0.8x＋0.2，試求以下二種情況下的最小回流比Rmin。(1)飽和蒸汽加料；(2)飽和溶液加料。由一層理論板與塔釜組成的連續(xù)精餾塔，每小時向塔釜參加含甲醇40％(摩爾分率)的甲醇水溶液100kmol，要求塔頂餾出液組成xD=0.84，塔頂采用全凝器，回流比R＝3，在操作條件下的平衡關系為y＝0.45x＋0.55，求：(1)塔釜組成xW；(2)每小時能獲得的餾出液量D和塔釜液W。8、別離苯和甲苯混合液，進料組成為0.4，餾出液組成為0.95，殘液組成為0.05〔以上組成均為苯的摩爾分率〕。苯對甲苯的平均相對揮發(fā)度為2.44。泡點進料，塔頂冷凝器為全凝器，塔釜為間接蒸汽加熱。試求：(1)最小回流比；(2)假設回流比取最小回流比的1.2倍，列出精餾段操作線方程，(3)列出提餾段操作線方程。9、用常壓連續(xù)精餾塔別離苯－甲苯混合物，原料中含苯0.40，塔頂餾出液中含苯0.9〔以上為摩爾分率〕。進料為飽和蒸汽，苯對甲苯的相對揮發(fā)度α＝2.5，操作回流比為最小回流比的1.5倍，塔頂采用全凝器。試求離開塔頂第二層理論板的蒸汽組成。10、某廠用一連續(xù)精餾塔在常壓下連續(xù)精餾從粗餾塔來的濃度為0.282〔摩爾分率〕的乙醇飽和蒸汽。要求精餾后得濃度為92%〔質量%〕的酒精500kg.h,而廢液中含酒精不能超過0.004〔摩爾分率〕。采用間接蒸汽加熱，操作回流比選用3.5。試求：(1)進料量和殘液各為多少kmol/h?(2)塔頂進入冷凝器的酒精蒸汽量為多少kmol/h?(3)列出該塔提餾段操作線方程；(4)列出q線方程。附：乙醇分子量4611、某廠用一連續(xù)精餾塔在常壓下連續(xù)精餾濃度為50%〔質量%〕的稀酒液。要求獲得濃度為0.82摩爾分率的酒精700kg.h,殘液中含酒精不超過0.1%〔質量%〕。采用間接蒸汽加熱，操作回流比為3.5。試求：(1)進料和殘液各為多少kg.h？(2)塔頂進入冷凝器的酒精蒸汽量為多少kg.h？回流液量又為多少kg.h？(3)沸點進料時提餾段操作線方程。附：乙醇分子量4612、某精餾塔別離A.B混合液，以飽和蒸汽加料，加料中含A和B各為50%〔mol%〕，處理量每小時100kmol，塔頂，塔底產品量每小時各為50kmol。精餾段操作線方程為：y=0.8x+0.18.間接蒸汽加熱，塔頂采用全凝器，試求：(1)塔頂，塔底產品液相組成；(2)全凝器中每小時蒸汽冷凝量；(3)塔釜每小時產生的蒸汽量，(4)提餾段操作線方程13、某酒廠用一常壓精餾塔將每小時1000kg的含乙醇8%的乙醇水溶液進行別離。要求塔釜中乙醇的含量不得超過0.1%〔以上均為質量%〕，塔頂產品含乙醇為0.689〔摩爾分率〕。進料為飽和液，回流比為3。試求：(1)塔頂產品量為kg/h？(2)塔底回流至塔釜的回流液量為kmol/h？(3)進入塔頂全凝器的蒸汽量kg/h？〔塔釜采用間接蒸汽加熱；乙醇分子量為46〕14、在精餾塔中，精餾段操作線方程y=0.75x+0.2075，q線方程為y=-0.5x+1.5xF，試求：〔1〕回流比R〔2〕餾出液組成xD(3)進料液的q值〔4〕判斷進料狀態(tài)〔5〕當進料組成xF=0.44時，精餾段操作線與提餾段操作線交點處xq值多少？15、在常壓精餾塔內別離某理想二元混合物，進料量為100Kmol/h，其組成為0.55〔摩爾分率〕；釜殘液流量為45Kmol/h，其組成為0.05，進料為泡點進料；塔頂采用全凝器，泡點回流，操作回流比為最小回流比的1.6倍，物系的平均相對揮發(fā)度為2.0?！?〕計算塔頂輕組分的收率；〔2〕求出提餾段操作線方程；〔3〕假設從塔頂第一塊實際板下降的液相中重組分增濃了0.02〔摩爾分率〕，求該板的板效率Emv。16、在連續(xù)精餾塔內別離某二元理想溶液，進料組成為0.5〔易揮發(fā)組分摩爾分數〕泡點進料，進料量100kmol/h，塔頂采用分凝器和全凝器，塔頂上升蒸汽分凝器局部冷凝后，液相作為塔頂回流液，其組成為0.9，氣相再經全凝器冷凝，作為塔頂產品，其組成為0.95。易揮發(fā)組分在塔頂的回收率為96%，離開塔頂第一層理論塔板的液相組成為0.84.試求:(1)精餾段操作線方程;(2)操作回流比與最小回流比的比值R/Rmin(3)塔釜液相組成xw。17、常壓板式精餾塔連續(xù)別離苯一甲苯溶液，塔頂全凝器，泡點回流，塔釜間接蒸汽加熱，平均相對揮發(fā)度為2.47，進料量為150kmol/h，組成為0.4(摩爾分率)，飽和蒸汽進料q=0,操作回流比為4，塔頂苯的回收率為97%，塔底甲苯的回收率為95%。求:(1)塔頂、塔底產品的濃度;(2)精餾段和提餾段操作線方程;(3)操作回流比與最小回流比的比值。18、進料組成xF=0.2，以飽和蒸氣狀態(tài)自精餾塔底部進料，塔底不再設再沸器，xD=0.95，xW=0.11，平均相對揮發(fā)度為2.5。試求：〔1〕操作線方程；(2)假設離開第一塊板的實際液相組成為0.85，則塔頂第一塊板以氣相表示的單板效率為多少?19、在常壓連續(xù)精餾塔內別離某二元理想溶液，料液濃度xF=40%，進料為氣液混合物，其摩爾比為氣：液=2:3，要求塔頂產品中含輕組分xD=97%%，釜液濃度xW=2%，〔以上濃度均為摩爾分數〕，該系統(tǒng)的相對揮發(fā)度為a=2.0，回流比為R=1.8Rmin。試求：〔1〕塔頂輕組分的回收率；〔2〕最小回流比；〔3〕提餾段操作線方程。20、用一精餾塔別離二元液體混合物，進料量100kmol/h，易揮發(fā)組分xF=0.5，泡點進料，得塔頂產品xD=0.9，塔底釜液xW=0.05〔皆摩爾分率〕，操作回流比R=1.61，該物系平均相對揮發(fā)度α=2.25，塔頂為全凝器，求：塔頂和塔底的產品量〔kmol/h〕；第一塊塔板下降的液體組成x1為多少；寫出提餾段操作線數值方程；最小回流比。21、一精餾塔，原料液組成為0.5〔摩爾分率〕，飽和蒸氣進料，原料處理量為100kmol/h，塔頂、塔底產品量各為50kmol/h。精餾段操作線程為y=0.833x+0.15，塔釜用間接蒸氣加熱，塔頂全凝器，泡點回流。試求：塔頂、塔底產品組成；全凝器中每小時冷凝蒸氣量；蒸餾釜中每小時產生蒸氣量22、在一常壓精餾塔內別離苯和甲苯混合物，塔頂為全凝器，塔釜間接蒸汽加熱，平均相對揮發(fā)度為2.47，飽和蒸汽進料。進料量為150kmol/h，進料組成為0.4〔摩爾分率〕，回流比為4，塔頂餾出液中苯的回收率為0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率為0.95。試求：〔1〕塔頂餾出液及塔釜采出液組成；〔2〕精餾段操作線方程；〔3〕提餾段操作線方程；〔4〕回流比與最小回流比的比值。23、在一常壓精餾塔內別離苯和甲苯混合物，塔頂為全凝器，塔釜間接蒸汽加熱。進料量為1000kmol/h，含苯0.4，要求塔頂餾出液中含苯0.9〔以上均為摩爾分率〕，苯的回收率不低于90%，泡點進料，泡點回流。=2.5，取回流比為最小回流比的1.5倍。試求：〔1〕塔頂產品量D、塔底殘液量W及組成xw；〔2〕最小回流比；〔3〕精餾段操作線方程；〔4〕提餾段操作線方程24、用常壓精餾塔別離某二元混合物，其平均相對揮發(fā)度為=2，原料液量F=10kmol/h，飽和蒸氣進料，進料濃度xF=0.5〔摩爾分率，下同〕，餾出液濃度xD=0.9，易揮發(fā)組份的回收率為90%，回流比R=2Rmin，塔頂為全凝器，塔底為間接蒸氣加熱，求：〔1〕餾出液量及釜殘液組成？〔2〕從第一塊塔板下降的液體組成x1為多少？〔3〕最小回流比？〔4〕精餾段各板上升的蒸氣量為多少kmol/h？〔5〕提餾段各板上升的蒸氣量為多少kmol/h？25、在一常壓精餾塔中別離某二元混合物，相對揮發(fā)度α=3，進料量F=1000kmol/h，飽和蒸氣進料，進料濃度為50%，塔頂產品濃度為90%〔以上濃度均為易揮發(fā)組分的摩爾分率〕。塔頂餾出液中能