化工原理课后作业蒸馏.docx
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化工原理课后作业蒸馏
5．蒸馏
一、单选题
1．蒸馏是分离（）混合物的单元操作。
B
A气体；B液体；C固体；D刚体。
2．蒸馏是利用各组分的（）不同的特性实现分离的目的。
C
A溶解度；B等规度；C挥发度；D调和度。
3．在二元混合液中，（）的组分称为易挥发组分。
A
A沸点低；B沸点高；C沸点恒定；D沸点变化。
4．在二元混合液中，沸点低的组分称为（）组分。
C
A可挥发；B不挥发；C易挥发；D难挥发。
5．在二元混合液中，（）的组分称为难挥发组分。
B
A沸点低；B沸点高；C沸点恒定；D沸点变化。
6．在二元混合液中，沸点高的组分称为（）组分。
D
A可挥发；B不挥发；C易挥发；D难挥发。
7．（）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。
A
A液相回流；B进料；C侧线抽出；D产品提纯。
8．液相回流是保证（）过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。
B
A吸收；B精馏；C传热；D过滤。
9．在（）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。
C
A冷凝器；B蒸发器；C再沸器；D换热器。
10．在再沸器中溶液（）而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。
C
A部分冷凝；B全部冷凝；C部分气化；D全部气化。
11．在再沸器中溶液部分气化而产生（），是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。
D
A上升物料；B上升组分；C上升产品；D上升蒸气。
12．再沸器的作用是提供一定量的（）流。
D
A上升物料；B上升组分；C上升产品；D上升蒸气。
13．（）的作用是提供一定量的上升蒸气流。
C
A冷凝器；B蒸发器；C再沸器；D换热器。
14．（）的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流。
A
A冷凝器；B蒸发器；C再沸器；D换热器。
15．冷凝器的作用是提供（）产品及保证有适宜的液相回流。
B
A塔顶气相；B塔顶液相；C塔底气相；D塔底液相。
16．冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（）回流。
B
A气相；B液相；C固相；D混合相。
17．在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（）。
C
A浮阀板；B喷射板；C加料板；D分离板。
18．在精馏塔中，加料板以上的塔段称为（）。
A
A精馏段；B提馏段；C进料段；D混合段。
19．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（）。
B
A精馏段；B提馏段；C进料段；D混合段。
20．在精馏塔中，加料板（）的塔段称为精馏段。
A
A以上；B以下；C以外；D以内。
21．在精馏塔中，加料板（）的塔段（包括加料板）称为提馏段。
B
A以上；B以下；C以外；D以内。
22．（）是指离开这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。
C
A浮阀板；B喷射板；C理论板；D分离板。
23．理论板是指离开这种板的（）相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。
D
A气固两相；B液固两相；C气液固三相；D气液两相。
24．理论板是指（）这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。
A离开；B进入；C混合；D接触。
A
25．理论板是指离开这种板的气液两相相互（），而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。
B
A混合；B成平衡；C接触；D分离。
26．回流比的（）值为全回流。
A
A上限；B下限；C平均；D混合。
27．回流比的上限值为（）。
C
A内回流；B外回流；C全回流；D最小回流比。
28．回流比的（）值为最小回流比。
B
A上限；B下限；C平均；D混合。
29．回流比的下限值为（）。
D
A内回流；B外回流；C全回流；D最小回流比。
30．某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为（）。
B
A60kmol/h；B66.7kmol/h；C90kmol/h；D100kmol/h。
二、填空题
1．蒸馏是分离（）最常用的方法。
液相混合物
2．蒸馏是利用溶液中各组分（）的差异,使各组分得到分离。
沸点
3．利用溶液中各组分沸点的差异而将其分离的操作称为（）。
蒸馏
4．溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为（）温度。
泡点
5．气相混合物被冷却到有第一滴液滴析出时的温度称为（）温度。
露点
6．对于二元理想溶液,若轻组分含量越高,则泡点温度（）。
越低
7．对于二元理想溶液,若轻组分含量（）,则泡点温度越低。
越高
8．对于二元理想溶液,若重组分含量越高,则泡点温度（）。
越高
9．对于二元理想溶液,若重组分含量（）,则泡点温度越低。
越低
10．对于二元理想溶液,α大,说明该物系（）。
容易分离
11．对于二元理想溶液,相对挥发度大,说明该物系（）。
容易分离
12．对于二元理想溶液,x-y图上的平衡曲线离对角线越近,说明该物系（）。
不容易分离
13．在相同的外压及温度下,沸点越低的物质其饱和蒸气压（）。
越高
14．在相同的外压及温度下,沸点越低的物质（）挥发。
容易
15．完成一个精馏操作的两个必要条件是（）和塔底上升蒸气。
塔顶液相回流
16．完成一个精馏操作的两个必要条件是（）液相回流和塔底上升蒸气。
塔顶
17．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶（）回流和塔底上升蒸气。
液相
18．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相（）和塔底上升蒸气。
回流
19．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和（）。
塔底上升蒸气
20．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和（）上升蒸气。
塔底
21．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和塔底（）蒸气。
上升
22．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和塔底上升（）。
蒸气
23．为完成精馏操作，需要在（）设置冷凝器。
塔顶
24．为完成精馏操作，需要在塔顶设置（）。
冷凝器
25．为完成精馏操作，需要在（）设置再沸器。
塔底
26．为完成精馏操作，需要在塔底设置（）。
再沸器
27．设计一精馏塔时,回流比选的大，则塔板数（）。
少
28．精馏操作中,回流比的上限称为（）。
全回流
29．精馏操作中,回流比的下限称为（）。
最小回流比
30．精馏操作中，全回流时塔顶的产品量（）。
为零
31．精馏操作中，再沸器相当于一块（）板。
理论板
32．用逐板计算法求理论板层数时，用一次（）方程就计算出一层理论板。
相平衡
33．用图解法求理论板层数时，（）代表一层理论板。
一个梯级
34．精馏操作中，当q=0.6时,表示进料中的（）含量为60%。
液相
35．对于正在操作中的精馏塔，若加大操作回流比，则塔顶产品浓度会（）。
提高
三、简答
1．简述简单蒸馏与精馏的区别。
简单蒸馏是一次部分气化与部分冷凝，而精馏则是多次部分气化与部分冷凝。
2．完成一个精馏操作需要哪两个必要条件?
需要塔顶液相回流与塔底上升的蒸气。
3．精馏塔的塔顶和塔底为什么要分别设置冷凝器和再沸器?
冷凝器提供液相产品与液相回流，再沸器提供塔内上升的蒸气。
4．设计一精馏塔时,回流比选取的大小对塔板数有何影响?
回流比越大，达到要求的分离精度所需要的塔板数越少。
5．精馏操作中,回流比的上、下限各是什么情况?
上限是全回流，下限是最小回流比。
6．精馏操作中，在下限操作时，能否达到所要求的分离精度?
为什么?
不能，若要达到所要求的分离精度需要有无穷多块理论板，实际上是不可能的。
7．精馏操作中，在上限操作时对实际生产有无意义?
一般在什么情况下采用?
在上限操作时，产品量为零，对实际生产无意义，一般在科研、装置开工期间或紧急停工时采用。
8．什么是理论板?
理论板是指离开这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。
9．为什么再沸器相当于一块理论板?
在再沸器中，物料又一次部分气化，气液两相达到平衡，与理论板的效果相同。
10．用逐板计算法求理论板层数时,为什么用一次相平衡方程就计算出一层理论板?
使用一次相平衡方程，就意味着物料达到一次气液平衡，就相当于越过一块理论板。
11．用图解法求理论板层数时,为什么一个梯级代表一层理论板?
每一个梯级与平衡线相交一次，表示汽、液两相达到一次平衡,因此代表一层理论板。
12．对于正在操作中的精馏塔,若改变其操作回流比,对塔顶产品浓度会有何影响?
回流比越大，塔顶产品浓度越高。
13．设计一精馏塔时,进料量对塔板层数有无影响?
为什么?
进料量对塔板层数无影响，影响塔板层数的因素主要有进料和产品的浓度、进料热状况以及回流比。
14．用q代表进料热状况,说明q=0，q=1，0＜q＜1时的意义。
q=0表示饱和气相进料，q=1表示饱和液相进料，0＜q＜1表示气液混合进料。
15．塔板的作用是什么?
塔板的作用是提供气液接触的场所。
四、计算
1．苯和甲苯在92℃时的饱和蒸气压分别为143.73kN/m2和57.6kN/m2。
求：
苯的摩尔分率为0.4,甲苯的摩尔分率为0.6的混合液在92℃时各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸气组成。
此溶液可视为理想溶液。
解：
由拉乌尔定律PA=143.73×0.4=57.492kN/m2，PB=57.6×0.6=34.56kN/m2
系统压力P=PA+PB=57.492+34.56=92.052kN/m2
平衡蒸气组成YA=PA/P=57.492/92.052=0.625，YB=PB/P=34.56/92.052=0.375
2．将含24%（摩尔百分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。
要求馏出液含95%易挥发组分,釜液含3%易挥发组分。
送至冷凝器的蒸气量为850kmol/h，流入精馏塔的回流液为670kmol/h。
求：
（1）每小时能获得多少kmol的馏出液?
（2）回流比为多少?
（3）塔底产品量?
解：
（1）V=L+D，D=V-L=850-670=180kmol/h
（2）R=L/D=670/180=3.72
（3）F=D+W，FXF=DXD+WXW
即F=180+W，0.24F=0.95×180+（F-180）×0.03
解得F=788.6kmol/h，W=788.6-180=608.6kmol/h
3．每小时将15000kg含苯40%（质量%，下同）和甲苯60%的溶液在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。
求馏出液和釜残液的流量和组成，以摩尔流量和摩尔流率表示。
（苯的分子量为78，甲苯的分子量为92）
解：
进料组成
釜残液组成
原料液的平均分子量MF=0.44×78+0.56×92=85.8kg/kmol
进料量F=15000/85.8=175kmol/h
由题意DxD/FxF=0.971
所以DxD=0.971×175×0.44（a）
全塔总物料衡算为D+W=175（b）
全塔苯的衡算为DxD+0.0235W=175×0.44（c）
联立式a、b、c，解得W=95kmol/h
D=80kmol/h
xD=0.935
4．在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。
已知原料液流量F为4000kg/h，组成xF为0.3（二硫化碳的质量分率，下同）。
若要求釜液组成xw不大于0.05，馏出液中二硫化碳的回收率为88%，求馏出液的流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔流率表示。
（二硫化碳的分子量为76，四氯化碳的分子量为154）
解：
进料组成
釜残液组成
原料液的平均分子量MF=0.4648×76+0.5352×154=117.75kg/kmol
进料量F=4000/117.75=33.97kmol/h
由题意DxD/FxF=0.88
所以DxD=0.88×33.97×0.4648（a）
全塔总物料衡算为D+W=33.97（b）
全塔苯的衡算为DxD+0.0964W=33.97×0.4648（c）
联立式a、b、c，解得W=19.65kmol/h
D=14.32kmol/h
xD=0.97（摩尔分率）
5．氯仿（CHCl3）和四氯化碳（CCl4）的混合物在一连续精馏塔中分离。
馏出液中氯仿的浓度为0.95（摩尔分率），馏出液流量为50kmol/h，平均相对挥发度
=1.6，回流比R=2。
求：
（1）塔顶第二块塔板上升的气相组成；
（2）精馏段各板上升蒸气量V及下降液体量L（以kmol/h表示）。
氯仿与四氯化碳混合液可认为是理想溶液。
解：
（1）由题知，y1=xD=0.95，R=2
由相平衡方程
，得
即
由精馏段操作线方程
则
（2）V=L+D，L/D=R，V=（R+1）D
∴V=3×50=150kmol/h，L=2×50=100kmol/h
6．一连续精馏塔，泡点进料。
已知操作线方程如下：
精馏段y=0.8x+0.172
提馏段y=1.3x–0.018
求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。
解：
由精馏段操作线方程
，得R=4；
，得xD=0.86
将提馏段操作线方程与对角线方程y=x联立
解得x=0.06，即xw=0.06
将两操作线方程联立
解得x=0.38
因是泡点进料，q=1，q线垂直，两操作线交点的横坐标即是进料浓度，
∴xF=0.38
7．某连续精馏操作中，已知操作线方程为：
精馏段：
y=0.723x+0.263
提馏段：
y=1.25x–0.0187
若原料液于露点温度下进入精馏塔中，求原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。
解：
由精馏段操作线方程
，得R=2.61；
，得xD=0.95
将提馏段操作线方程与对角线方程y=x联立
解得x=0.07，即xw=0.07
将两操作线方程联立
解得x=0.535，y=0.65
因是露点进料，q=0，q线水平，两操作线交点的纵坐标即是进料浓度，
∴xF=0.65
8．用一连续精馏塔分离由组分A、B所组成的理想混合液。
原料液中含A0.44，馏出液中含A0.957（以上均为摩尔分率）。
已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为1.63，说明原料液的热状况，并求出q值。
解：
采用最小回流比时，精馏段操作线方程为
即
由相平衡方程
，得
联立两方程
，解得x=0.367，y=0.592
此点坐标（0.367，0.592）即为（xq，yq）。
因xF=0.44，即xq＜xF＜yq，说明进料的热状况为气液混合进料。
由q线方程
，
此线与平衡线的交点即是操作线与平衡线的交点
有
解出q=0.676
9．今有含苯40%和甲苯60%（摩尔百分数，下同）的混合液,欲用精馏塔分离出含苯95%的塔顶产品。
进料为饱和液体,塔内平均相对挥发度为2.5。
若操作回流比取为最小回流比的1.5倍,写出精馏段操作线方程。
此溶液可视为理想溶液。
解：
因是泡点进料，xq=xF
由相平衡方程
最小回流比
回流比R=1.5Rmin=1.5×1.44=2.16
精馏段操作线方程
10．用连续精馏塔每小时处理100kmol含苯40%和甲苯60%的混合物，要求馏出液中含苯90%，残液中含苯1%（组成均以mol%计），求：
（1）馏出液和残液的流率（以kmol/h计）；
（2）饱和液体进料时，若塔釜的气化量为132kmol/h，写出精馏段操作线方程。
解：
（1）
代入数据
解此方程组，得D=43.8kmol/h，W=56.2kmol/h
（2）饱和液体进料时，V=V’，即V=132kmol/h，则
L=V–D=132–43.8=88.2kmol/h
R=L/D=88.2/43.8=2
精馏段操作线方程
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