化工原理第五章精馏题.docx
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化工原理第五章精馏题
五蒸馏
汽液相平衡
1.1苯（A）与氯苯（B）的饱和蒸汽压[mmHg]和温度[℃]的关系如下:
t
p
7601008 13351740223028203020
p
144.8208.4 292.8402.6542.8719760
假设苯—氯苯溶液遵循Raoult定律,且在1atm下操作,试作：
（1）苯—氯苯溶液的t—x（y）图及y—x图；
（2）用相对挥发度的平均值另行计算苯—氯苯的x—y值。
1.2苯—甲苯混合液的组成x=0.4（摩尔分率）,求其在总压p=600[mmHg]下的泡点及平衡汽相组成。
又苯和甲苯的混合气含苯40％（体积％），求常压下的露点。
苯—甲苯混合液服从拉乌尔定律。
苯（A）和甲苯（B）的蒸汽压p
、p
[mmHg],按下述Antoine方程计算：
式中t为温度[℃]。
lgp
=6.89740-1206.350/（t+220.237）
lgp
=6.95334-1343.943/（t+219.237）
1.3某双组分理想物系当温度t=80℃时，p
=106.7kPa，p
=40kPa，液相摩尔组成为xA=0.4，试求:
（1）与此液相组成相平衡的汽相组成yA；
（2）相对挥发度α。
1.4一双组分精馏塔，塔顶设有分凝器，进入分凝器的汽相组成y1=0.96（摩尔分率,下同），冷凝液组成xD=0.95，两个组分的相对挥发度α=2，求:
（1）出分凝器的汽相组成yD=?
（2）出分凝器之液、汽的摩尔流率之比L/VD=?
习题4附图
1.6某二元混合物原料中易挥发组分xF=0.4（摩尔组成），用平衡蒸馏的方式使50%的物料汽化，试求气相中易挥发组分的回收率。
〔设相对挥发度为3〕
1.7将含有24%（摩尔,以下同）易挥发组分的某液体混合物送入连续操作的精馏塔，馏出液中含有95%的易挥发组分，残液中含有3%易挥发组分。
塔顶蒸汽量为850[kmol/h]，回流量为670[kmol/h]，塔顶采用全凝器，试求塔顶易挥发组分的回收率及残液量。
1.8现有一连续精馏塔只有精馏段，用于A、B两组分的别离。
A与B的分子量分别为78与92，进料量为100[kg/h]，含A组成为10%（质量%以下同），进料状态为饱和蒸汽自塔底送入，如图示。
如果要求馏出产品中A的组成为95%，残液中A的组成为1%,试求:
（1）塔顶馏出液的量、釜残液量及塔顶的蒸汽量各为多少[kg/h]?
（2）回流比R?
（3）写出该塔操作线的数值表达式。
1.9在连续精馏塔中,精馏段操作线方程
F,试求:
（1）回流比R
（2）馏出液组成xD
（3）进料液的q值
（4）当进料组成xF=0.44时,精馏段操作线与
提馏段操作线的交点处xq值为多少?
并要求判断进料状态。
习题8附图
1.10一常压精馏塔将含苯0.4（摩尔分率以下同）的苯
甲苯混合液1000[kg/h],别离为组成xDxw=0.02的底部产品。
回流比R=3.7,进料温度为20℃，料液平均比热为159.2[kJ/kmol·℃]，在常压下苯的汽化潜热为30807[kJ/kmol]，甲苯汽化潜热为33320[kJ/kmol]。
试求：
（1）精馏段上升蒸汽量V和下降的液体量L[kmol/h];提馏段上升蒸汽量V′和下降的液体量L′[kmol/h];
（2）求塔顶冷凝器的热负荷；如使用水为冷却剂，且水初温为20℃，出口温度为50℃，求每小时耗水量[kg/h]?
（3）求再沸器的热负荷；设加热所用水蒸汽压强为2.5[kgf/cm2]（绝压），求蒸汽消耗量[kg/h]？
（4）写出提馏段操作线方程数值表达式。
1.11在常压连续精馏塔中别离二元混合物，进料为饱和液体，其中易挥发组分含量为0.50（摩尔分率），回流比R=3，提馏段操作线斜率为1.25，截距为-0.0187，求xD。
1.12由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔，每小时向塔釜参加含甲醇40%（摩尔分率）的甲醇水溶液100kmol，要求塔顶馏出液组成xD=0.84，塔顶采用全凝器，回流比R=3,在操作条件下的平衡关系为y=0.45x+0.55，求:
（1）塔釜液组成xw；
（2）每小时能获得的馏出液量D。
1.13某连续精馏操作中，操作线方程如下：
精馏段y=0.723x+0.263习题12附图
试求馏出液和釜液的组成及回流比。
假设原料为饱和蒸汽进料，求其组成?
1.14某二元系统精馏塔在泡点下进料，全塔共有三块理论板及一个再沸器，塔顶采用全凝器，进料位置在第二块理论板上，塔顶产品组成xD=0.9（摩尔分率），二元系统相对挥发度α=4，进料组成为xF=0.5（摩尔分率），回流比R=1时，求:
（1）离开第一块板的液相组成x1为多少?
（2）进入第一块板的气相组成y2为多少?
（3）两操作线交点d的气液组成?
1.15组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中气液摩尔比为1:
2，塔顶xD=0.95（以上均为摩尔分率），易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，相对挥发度α=2.5,试求:
（1）原料中汽相和液相组成;
（2）列出提馏段操作线方程。
精馏设计型计算
1.16欲设计一连续精馏塔用以别离苯和甲苯各50%的料液,要求xD=96%，xw=5%（以下均为摩尔%）。
泡点进料，操作回流比R=3，系统相对挥发度为2.5，试用逐板计算法求所需的理论板数与加料板的位置。
1.17某二元混合液的精馏操作过程如下图。
原料以饱和液体状态直接参加塔釜，原料组成xF=0.52（摩尔分率,下同），要求塔顶产品组成xD=0.8，D/F=0.5的操作条件下，物系的α=3.0，塔顶设全凝器，泡点回流。
假设设计回流比R=3.0，求为完成上述别离任务所需的理论板板数。
（操作满足恒摩尔流假定）。
习题17附图习题19附图
1.18乙烯—乙烷混合液于饱和蒸汽状态参加精馏塔中，回流比R=5，且xD=0.9,xw=0.1，xF=0.5（均为乙烯的摩尔分率）。
试用图解法求取所需的理论板数。
1.19用一塔顶设全凝器的常压精馏塔别离含甲醇为0.3，流量为100kmol/h的甲醇—水溶液，泡点进料,并要求塔顶产品含甲醇为0.95，塔底产品含甲醇为0.015（以上均为摩尔分率）,精馏段操作线为:
y=0.6x+0.38;操作条件下的平衡关系如下图，试求：
（1）塔顶及塔底的产品流量（kmol/h）;
（2）塔的理论板数及进料位置:
（3）流入再沸器的液相流量及组成，离开再沸器的气相流量及组成。
1.20用一连续精馏塔别离苯与氯苯混合物，xF=0.45，xD=0.95（以上均为摩尔分率）。
进料状态为汽液混合物,其中汽液比为1:
2（摩尔比）。
苯与氯苯的平均相对挥发度α=4.6。
试求:
（1）原料中汽相和液相组成;
（2）最小回流比Rmin。
1.21试用捷算法计算环氧乙烷—环氧丙烷连续精馏塔的理论板数与加料板位置。
如全塔效率EO=70%，求实际板数（釜可视为一块理论塔板）和实际加料板位置。
xF=0.6,xD=0.98,xw=0.05（皆为环氧乙烷的摩尔分率），R=1.5Rmin，相对挥发度α=2.47，饱和液体进料。
1.22今用连续精馏塔同时取得两种产品xD1=0.9，xD2=0.7（如下图），xF=0.4（以上均为摩尔分率），泡点进料，R=2，相对挥发度α=2.4，D1/D2=2（摩尔比）。
求精馏段所需的理论论板数。
（逐板计算法与图解法均可）。
1.23现用连续精馏塔将含甲醇35%与水65%的混合液别离，以便得到含甲醇95%的馏出液与含甲醇4%的残液（均为%摩尔）。
操作回流比R=1.5，料液温度为20℃，釜中用直接蒸汽加热，试用图解法求理论板数。
35%的甲醇水溶液泡点为78℃，比热为0.88[kcal/kg·℃]；水的汽化潜热为552[kcal/kg]。
在1atm下,甲醇—水的平衡数据如下：
x
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.15
y
0
0.579
x
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
y
0.87
1.0
习题22附图习题24附图
1.24在常压连续精馏塔中别离A、B混合液（如下图）。
两股进料情况如下:
F1=100kmol/h，xF1=0.6（摩尔分率，下同）;F2=200kmol/h，xF2=0.2,均为饱和液体进料。
要求别离后馏出液中组分A含量不小于0.8，釜液中组分A浓度不于0.02，操作回流比为2。
试求两股进料间的操作线方程。
精馏操作型计算
1.25一精馏塔有24层塔板（实际板数），用于别离xF=0.5的苯—甲苯溶液。
全塔效率为50%，泡点进料，加料板位置为第14层板。
现要求xD=0.98，再沸器最大蒸发能力V′=2.5[kmol/h]，求馏出液的最大产量。
1.26为测定塔内塔板效率，在常压下对苯—甲烷物系进行全回流精馏。
待操作稳定后，测得相邻三层塔板的液相组成为：
xn-1=0.43，xn=0.285，xn+1=0.173。
相对挥发度α=2.46，求第n板和n+1板的板效率。
1.27如图示的精馏塔具有一块实际塔板及一只蒸馏釜，原料予热到泡点，由塔顶连续参加，xF=0.20（摩尔分率,以下同）。
今测得塔顶产品易挥发组分的回收率为80%，且xD=0.28，系统的相对挥发度α=2.5。
试求该块塔板的板效率。
设蒸馏釜可视为一块理论塔板。
1.28如下图的苯—甲苯常压连续精馏塔，塔顶设置全凝器，泡点回流。
塔内有三层理论板，而且塔釜可视
为一层理论板，每小时100kmol含苯50mol%的苯—甲苯
混合液，从第三层塔板以泡点状态参加。
塔顶产品含苯85kmol%，相平衡关系如图如示。
试求:
（1）回流比R，塔底排出液组成Xw，塔顶产品D及塔釜蒸发量V′；
（2）当回流中断，进料情况及塔釜供热状况仍保持不变时，精馏塔处于什么状态?
综合计算题
1.29拟设计一常压连续精馏塔以别离某易挥发组分含量为40%（mol%下同），流量为100kmol/h的料液，要求馏出液组成为92%，回收率为90%，料液为泡点进料。
回流比为最小回流比的1.5倍，全塔效率为0.7，操作条件下物系的平衡关系见附图。
试求:
（1）完成别离任务所需的实际塔板数及实际加料板的位置；
（2）假设F、xF、Np为不变，欲提高此系统易挥发组分的回收率，试定性说明可采用的措施有哪些?
1.30用一连续精馏塔别离苯、甲苯液体混合物，塔顶设全凝器，塔底设有再沸器，进料量为150kmol/h，其中含苯0.4（摩尔分率,下同），泡点进料，通过取样测得塔顶馏出液中苯回收率为92.20%，塔底产品中苯的组成为0.05，实际操作回流比R=2.43，操作条件下平衡关系如下图，假设设该塔在最适宜位置进料。
试求:
（1）塔顶、塔底产品流量及塔顶组成;
（2）该塔具有理论板数和进料位置;
（3）精馏段及提馏段液气比各为多少？
（4）因长期操作再沸器内结垢，试问对塔顶产质量有何影响?
如何才能维持
正常生产?
（设产品流量不变）。
1.31某两组分混合液用精馏别离，其易挥发组分在进料中浓度为50%（摩尔），泡点进料，系统的相对挥发度α=2，塔顶出料是进料量的60%（摩尔%），如现采有的理论板数为无穷多，试计算：
（1）R=0.8时釜底与塔顶产口的组成各为多少？
（2）R=1.5时，试绘出表示精馏段和提馏段操作线的示意图。
1.32某二元混合物以饱和蒸汽状态参加精馏塔的中部，xF=0.5（摩尔分率,下同），xD=0.9，xw=0.05，相对挥发度α=3，回流比R=2Rmin。
试求:
（1）提馏段操作线方程;
（2）进入第一块理论板（由顶往下数）的汽相浓度;
（3）假设因故塔釜停止加热，欲维持XD不变应如何操作？
此时塔釜排液xw=？
1.33用有两块理论板的精馏塔提取水溶液中易挥发组分，饱和水蒸汽S=50kmol/h由塔底进入，加料组成xF=0.2（摩尔分率,下同），温度为20℃，F=100kmol/h，料液由塔顶参加，无回流，试求塔顶产品浓度xD及易挥发组分的回收率η。
在此题范围内平衡关系可表示为y=3x，液相组成为x=0.2时，泡点为80℃，比热为100kJ/kmol·℃，汽化潜热40000kJ/kmol。
1.34精馏流程如下图。
原料组成xF=0.40（摩尔分率,下同），xw=0.1,y1=0.63,塔顶蒸汽全部冷凝为泡点液体，该液体在贮罐内静止分层，上层组成xD=0.9作为产品，下层x0=0.5于泡点下回流，试在y～x图上作图求理论塔板数。
1.35有一精馏塔，用以别离α=2的A、B二元混合物。
测得进入第n层理论板的蒸汽量为100Kmol/h，组成yA=0.3，进入液体量为100Kmol/h，组成xA=0.4。
设A、B的摩尔潜热近似相等，热损失为零，忽略显热变化。
该板的液相默弗里效率EmL=0.5，问离开该板的气液相组成各为多少？
1.36用图示的蒸馏釜对苯、甲苯二元混合物进行连续精馏（塔内没有塔板），原料直接参加塔釜，原料组成xF=0.7（摩尔分率,下同），要求塔顶产品组成xD
1.37欲用连续精馏塔别离二元混合液。
原料为饱和液体，原料组成xF=0.3（摩尔分率,下同），回流比R=4，塔顶采出率D/F=0.4〔摩尔比〕，物系的α=2.0。
试求：
（1）当塔顶产品组成xD=0.7时，精馏段及提馏段的操作线数值方程。
（2）板数不限时，馏出液最大浓度。
1.38某精馏塔别离A组分和水的二元混合液〔其中A为易挥发组分〕，xD=0.95，xw=0.1,xF=0.5，原料为饱和液体。
塔顶设全凝器，泡点回流。
回流比R=1.5，塔底用饱和水蒸气直接加热，每层塔板的气相默弗里效率EmV=0.5，在此题计算范围内，相平衡关系为y=0.5x+0.5。
试求：
（1）从塔顶的第一块实际板下降的液体组成；
（2）塔顶的采出率D/F。
1.39所示的回收塔。
饱和液体进料，F=100kmol/h，易挥发组分含量xF=0.4（摩尔分率，下同）;要求塔顶易挥发组分回收率为0.955，xw=0.05，系统的α=3.0。
试求：
（1）.馏出液组成xD,塔顶、塔底产物流率；
（2）.操作线方程
（3）.在加料流率及塔釜蒸发量不变时，可能获得的最高馏出液浓度。
1.40别离二元理想混合物采用如下图的精馏别离流程，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热，第一股加料，F1=1kmol/s，xF1=0.6（摩尔分率,下同）,q1=1,第二股加料，F2=0.5kmol/h，xF2=0.4，q2=0；要求：
xD=0.99,xW=0.02。
（1）.假设回流比R=1，求塔中段〔两个加料口之间〕的操作线方程；
（2）.假设相对挥发度α=3，求最小回流比Rmin。
习题39附图习题40附图
1.41某精馏塔塔顶有饱和液体进料，xf=0.5（摩尔分率，下同）;塔底出料xw=0.2，塔顶蒸汽冷凝到泡点，1/3作产品，2/3作回流，xD=0.8,系统的α=3.0。
试计算：
（1）.所需的理论板板数。
（2）.假设F、xF、q不变，塔釜加热量和回流量也不变，当塔的理论板数不限时，问塔顶可到达的最大浓度为多少？
1.42在连续操作的板式精馏塔中别离苯-甲苯混合液，在全回流条件下测得相邻板上液体组成分别为0.28，0.41和0.57，试求三层板中下面两层的单板效率。
在操作条件下苯-甲苯的平衡数据如下
1.43在常压连续精馏塔中别离两组分理想溶液。
该物系的平均相对挥发度
为2.5。
原料液组成为0.35〔易挥发组分摩尔分率，下同〕，饱和蒸气加料。
塔顶采出率
为40%，且精馏段操作线方程为yx+0.20，试求：
1．提馏段操作线方程：
2．假设塔顶第一板下降的液相组成为0.7，求该板的气相默夫里效率Emv1。
综合思考题
[1].已分析测得这四股物料的组成为0.62，0.70，0.75，0.82，试找出y6、x6、y7、x7的对应值，y6=、x6=、y7=、x7=。
[2].如下图
a点表示;b点表示;c点表示;
ab段表示;bc段表示。
习题1附图习题2附图
[3].在连续精馏塔中,进行全回流操作,已测得相邻两板上液相组成分别为
xn-1=0.7，xn=0.5（均为易挥发组份摩尔分率）。
操作条件下相对挥发度α=3，那么yn=，x
=,以液相组成表示的第n板的单板效率EmL=。
讨论:
在精馏塔任意一块理论板上，其液相的泡点温度小于气相的露点温度。
[4].别离要求一定。
当回流比一定时，在五种进料状况中，进料的q值最大，其温度，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离，别离所需的总理论板数.
对有恒沸现象的二元体系，用恒沸精馏比萃取精馏好，因为前者能耗小。
[5].
（1）"蒸馏操作依据是组分间沸点差异"此话错在何处?
（2）精馏塔塔顶某理论板上汽相露点温度为t1，液相泡点温度为t2。
塔底某理论板上汽相露点温度为t3，液相泡点温度为t4。
试按温度大小顺序用>、=、<符号排列如下:
t4t3t2t1
（3）恒沸精馏与萃取精馏都需参加添加剂（第三组分）,其目的是.
[6].某精馏塔在情况一下操作得到F1、xF1、q1、R1、D1、xD1、xw1。
今改变操作为情况二，且知F1=F2，xD1=xD2，xw1=xw2，q1=q2但xF1试比拟（>、=、<）
D1D2;W1W2;R1R2
[7].吉利兰（Gilliland）关联图如图示（纵轴上N及Nmin均包括塔釜）。
试说明:
（1）（R-Rm）/（R+1）=1.0时， R=,N;
（2）当（N-Nmin）/（N+1）=1.0时，R=,N=。
[8].某连续精馏塔中，假设精馏段操作线方程截距等于零，那么:
（1）回流比等于;
（2）馏出液量等于;
（3）操作线斜率等于。
（以上均用数字表示）
[9].某二元物系的相对挥发度α=3，在具有理论板的精馏塔内于全回流条件下作精馏操作，Xn=0.3，那么yn-1=（由塔顶往下数）。
[10].某精馏塔塔顶上升蒸汽组成y1，温度T，经全凝器恰好冷凝到泡点，局部回流入塔，组成x0，温度t，那么
y1x0，Tt。
（>,=,<）
习题10附图
[11].试比拟某精馏塔中第n-1，n，n+1层理论板上参数的大小，
即：
yn+1yn，tn-1Tn，ynXn-1，Tntn，Tn+1Tn。
（>,=,<）
[12].设计二元理想溶液精馏塔时，假设F,xF,xD,xW不变，那么随原料中液相分率增加其最小回流比;在相同回流比下，总理论板数；精馏段理论板数；塔顶冷凝器热负荷；塔釜热负荷。
[13].
（1）在设计连续操作的精馏塔时，如保持xF，D/F，xD，R一定，进料热状态及空塔气速也一定，那么增大进料量将使塔径，而所需的理论板数。
（2）全回流时，精馏段操作线的斜率为，提馏段操作线的斜率为_________对相同的xD和xW，局部回流比全回流所需的理论板数。
[14].
（1）理想溶液的特点是同分子之间的作用力异分子之间的作用力,形成的溶液容积效应和热效应。
（2）精馏塔设计时，当回流比加大时，所需要的理论板数，同时蒸馏釜中所需要的加热蒸汽消耗量，塔顶冷凝器中冷却剂消耗量，所需塔径。
[15].精馏操作时，增大回流比，假设F，xF，q不变，那么精馏段液汽比L/V，提馏段液汽比L/V，塔顶xD，塔底xW。
[16].试比拟连续精馏塔的塔釜用直接蒸汽加热〔D〕与间接蒸汽热〔I〕（<,>,=）。
〔1〕xF、xD,R,q,D/F相同，那么NTINTD,xWIxWD;
（2）xF,xD,R,q,xw相同，那么NTINTD;（D/F）I〔D/F〕D.
[17].操作中精馏塔，保持F,q,xF,D不变。
（1）假设采用回流比R小于最小回流比Rmin，那么xD，xW;
（2）假设R增大，那么xD，xW，L/V。
（增大,减小,不变,不确定）
[18].假设维持操作中精馏塔的F,xF,q,D不变，而减少塔釜蒸发量V。
那么:
xD,xW,L/V。
（变大,变小,不变,不确定）
[19].某精馏塔设计时操作线如图示。
现保持塔顶冷凝量不变，改为q=0加料时设计，试在同一图上画出改变后操作线并答复有关参数有何变化?
L/V,NT。
[20].连续精馏塔操作时，增大塔釜蒸汽用量，而回流量及进料状态（F,xF,q）不变，那么L/V,xD,xW。
（变大,变小,不变,不确定）
[21].精馏塔设计时采用的参数（F,xF,q,D,xD,R均为定值），假设降低塔顶回流液的温度，那么塔内实际下降液体量，塔内实际上升蒸汽量，精馏塔液汽比，所需理论板数。
（增大,减小,不变,不确定）
[22].某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持F，xF，回流比R和提馏段上升蒸汽量V′不变，那么此时D，xD，W,xW。
（增加,不变,减小,无法确定）
[23].某精馏塔操作时，F,xF,q,D保持不变，增加回流比R，那么此时xD，xW,L/V。
（增加,不变,减少）
[24].某精馏塔在操作时，加料状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持F、xF、、V、D不变，那么此时xD,xW,R,L/V。
（增加,不变,减少）
[25].精馏塔中第n-1，n，n+1块实际板效率小于1,与yn相平衡的液相浓度为x
那么x
xn；与xn+1相平衡的汽相浓度y*n+1，那么y*n+1yn+1，ynxn-1。
（>,<,=）
[26].某连续精馏塔，进料状态q=1,D/F=0.5（摩尔比）,xF=0.4（摩尔分率）,回流比R=2，且知提馏段操作线方程的截距为零。
那么:
提馏段操作线方程的斜率（L/V）=，馏出液xD=。
[27].操作中精馏塔，今保持F，xF，q，V不变，使残液量W增加。
那么:
xD______xW_____L/V。
（变大,变小,不变,不确定）
[28].精馏塔操作时，保持V′，q，F，xF不变，而增加D/F，那么:
xDL/V，xW。
（变大,变小,不变,不确定）
[29].某精馏塔的操作线及平衡线如下图，现假设在操作时增大回流比R（保持F,Xf,q,D不变），试定性画出新情况下的操作线。
[30].某精馏任务原设计的操作线如图，假设设计时改用较大的塔釜蒸发量V′，而维持其它参数不变，试定性画出变化后的操作线。
[31].某精馏塔原操作情况的平衡线和操作线如图
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