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
五蒸馅
汽液相平衡
1.1苯（A）与氯苯（B）的饱和蒸汽压［mmHg］和温度「C］的关系如下:
t
80.92
90
100
110
120
130
131.8
Pa
760
1008
1335
1740
2230
2820
3020
P：
144.8
208.4
292.8
402.6
542.8
719
760
若苯一氯苯溶液遵循Raoult立律，且在latm下操作，试作：
（1）苯一氯苯溶液的t—x（y）图及y—x图：
（2）用相对挥发度的平均值另行计算苯一氯苯的x-y值。
1.2苯一甲苯混合液的组成x=0.4（摩尔分率），求英在总压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。
已知苯一甲苯混合液服从拉乌尔左律。
苯（A）和甲苯（B）的蒸汽压p；、p；ImmHg］,按下述Antoine方程i|•算：
式中t为温度［°C］。
lgp>6.89740-l206・350/（t+220・237）
lgp；=6・95334-l343.943/（（+219.237）
13某双组分理想物系当温度t=80&C时，p：
；=106.7kPa,p>40kPa,液相摩尔组成为Xa=0.4,试求：
（1）
习题4附图
与此液相组成相平衡的汽相组成yA：
（2）相对挥发度a。
1.4一双组分精憾塔，塔顶设有分凝器，已知进入分凝器的汽相组成沪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a=2>求：
（1）出分凝器的汽相组成y°二？
⑵岀分凝器之液、汽的摩尔流率之比I7Vd=?
1.5在latm下对x=0.6（摩尔分率）的甲醇一水溶液进行简单蒸徳当餾岀疑为原料的1/3时，求此时刻的釜液及懾出物的组成。
设x=0.6附近平衡线可近视为直线，其方程为y=0.46x+0.549
1.6某二元混合物原料中易挥发组分Xi=0.4（摩尔组成），用平衡蒸餾的方式使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馅塔,镉出液中含有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现有一连续精係塔只有精係段，用于A、B两组分的分离。
已知A与B•的分子量分别为78
命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中。
与92,进料量为100[kg/h],含A组成为10%（质疑％以下同），进料状态为饱和蒸汽自塔底送入,如图示。
如果要求饰出产品中A的组成为95%,残液中A的组成为1%,试求：
（1）塔顶佛岀液的量、釜残液量及塔顶的蒸汽量各为多少[kg/h]?
（2）
回流比R?
（3）写岀该塔操作线的数值表达式。
1.9在连续精憾塔中，精憾段操作线方程
y=0.75x+0.2075,q线方程为y=-0.5x+1.5xi=,试求：
（1）回流比R
（2）懈出液组成XD
（3）进料液的q值
⑷当进料组成x尸0.44时，精懈段操作线与提懈段操作线的交点处・M值为多少？
并要求判断进料状态。
习题8附图
1.10一常压精慵塔将含苯0.4（摩尔分率以下同）的苯
甲苯混合液1000|kg/li],分离为组成xd=0.97塔顶产品和xw=0.02的底部产品。
已知回流比R=3.7,进料温度为20°C,料液平均比热为159.2[kJ/kmol°C],在常压下苯的汽化潜热为30807[kJ/kmol],甲苯汽化潜热为33320[kJ/kmol]o试求：
（1）精馅段上升蒸汽量V和下降的液体量L[kmol/h];提馅段上升蒸汽量和下降的液体量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°C,岀口温度为50°C,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）写出提懈段操作线方程数值表达式。
1.11在常压连续精懈塔中分离二元混合物，进料为饱和液体，其中易挥发组分含量为0.50（摩尔
习题12附图
分率），回流比R=3,提饰段操作线斜率为1.25,截距为-0.0187,求
Xi”•
1.12由一层理论板与塔釜组成的连续精餾塔，每小时向塔釜加入含甲醇40%（摩尔分率）的甲醇水溶液lOOkmol,要求塔顶镉岀液组成Xi尸0.84，塔顶采用全凝器，回流比R=3,任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）每小时能获得的镭出液疑D。
1.13某连续精懈操作中.已知操作线方程如下：
精餾段y=0・723x+0・263
提餾段y=1.25x-0.0187
-试求饰出液和釜液的组成及回流比。
若原料为饱和蒸汽进料，求其组成?
1.14某二元系统精憎塔在泡点下进料，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a=4,进料组成为xi=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X］为多少？
（2）进入第一块板的气相组成兀为多少？
（3）两操作线交点d的气液组成？
1.15组成为xi=0.45的原料以汽液混合状态进入精懈塔，英中气液摩尔比为1:
2,塔顶xd=0.95似上均为摩尔分率），易挥发组分回收率为95%,回流比R=1.5Rmin,•相对挥发度a=2.5,试求：
（1）原料中汽相和液相组成；
（2）列出提餾段操作线方程。
精憾设计型计算
1.16欲设计一连续精怖塔用以分离苯和甲苯各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,试用逐板讣算法求所需的理论板数与加料板的位苣。
1.17某二元混合液的精餾操作过程如图所示。
已知原料以饱和液体状态直接加入塔釜，原料组成xp=O.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a=3.0,塔顶设全凝器，泡点回流。
若设汁回流比R=3.0,•求为完成上述分离任务所需的理论板板数。
（操作满足恒摩尔流假立）。
习题17附图习题19附图
1.18乙烯一乙烷混合液于饱和蒸汽状态加入精餾塔中，回流比R=5,且已知xn=0.9,xw=0.1,X|=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慵塔分离含甲醇为0.3,流量为100kmol/li的甲醇一水溶液，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），已知精你今天的日积川累，终会变成别人的望尘莫及。
33
命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中。
餾段操作线为:
y=0.6x+0.38：
操作条件下的平衡关系如图所示，试求:
（1）塔顶及塔底的产品流虽（kmol/h）;
（2）塔的理论板数及进料位置：
（3）流入再沸器的液相流呈:
及组成，离开再沸器的气相流量及组成。
1.20用一连续精馆塔分离苯与氯苯混合物，xj=0.45,xd=0.95（以上均为摩尔分率）。
进料状态为汽液混合物，苴中汽液比为1:
2（摩尔比）。
苯与氯苯的平均相对挥发度a=4.6o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一环氧丙烷连续精懈塔的理论板数与加料板位巻。
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。
已知Xf=0.6,xd=0.98,x«=0.05偕为环氧乙烷的摩尔分率），R=1.5Rmin,相对挥发度a=2.47,饱和液体进料。
1.22今用连续精馅塔同时取得两种产品xOi=0.9,xD2=O.7（如图所示），已知Xp=0.4（・以上均为摩尔分率），泡点进料，R=2,相对挥发度a=2.4,D./D2=2（摩尔比）。
求精餾段所需的理论论板数。
（逐板计算法与图解法均可）。
1.23现用连续精饰塔将含甲醇35%与水65%的混合液分离，以便得到含甲醇95%•的餾出液与含甲醇4%的残液（均为％摩尔）。
操作回流比R=1.5,料液温度为20°C,釜中用直接蒸汽加热，试用图解法求理论板数。
已知35%的甲醇水溶液泡点为78°C,比热为・0.・88［kcal/kg・°C］：
水的汽化潜热为552［kcal/kg］。
在lag下，甲醇一水的平衡数据如下：
Da
X
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0」5
0.2
V
0
0.134
0.234
0.304
0.365
0.418
0.517
0.579
1.24在常压连续精餾塔中分离A、B混合液（如图所示）。
•两股进料情况如下•:
・FROOkmol/h,xP1=0.6（摩尔分率，下RJ）;F2=200kmol/h,xyO.2,均为饱和液体进料。
要求分离后锚出液中组分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。
精馅操作型计算
1.25一精餾塔有24层塔板（实际板数），用于分离Xi=0.5的苯一甲苯溶液。
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[kinoLh].求诩岀液的最大产量。
1.26为测泄塔内塔板效率，在常压下对苯一甲烷物系进行全回流精馆仁待操作稳左后，测得相邻三层塔板的液相组成为：
Xn-l=0.43,Xn=0.285,Xn+尸0.173。
•相对挥发度a=2.46,求第n板和n+1板的板效率。
1.27如图示的精餾塔具有一块实际塔板及一只蒸憾釜，原料予热到泡点，由塔顶连续加入，x卜=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a=2.5o试求该块塔板的板效率。
设蒸憾釜可视为一块理论塔板。
1.28如图所示的苯一甲苯常压连续精憾塔，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lOOkmol含苯50mol%＞的苯一甲苯
混合液，从第三层塔板以泡点状态加入。
塔顶产品含苯85kmol%,相平衡关系如图如示。
试求:
（1）回流比R，塔底排岀液组成X,，,塔顶产品D及塔釜蒸发量VI
（2）当回流中断，进料情况及塔釜供热状况仍保持不变时，精餾塔处于什么状态?
习题28附图
综合计算题
1.29拟设计一常压连续稱懈塔以分离某易挥发组分含量为40%（mol%下同・），流量为100kmol/h的料液，要求餾出液组成为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）完成分离任务所需的实际塔板数及实际加料板的位置；
（2）若F、xf、Np为不变，欲提高此系统易挥发组分的回收率，•试泄性说明可采用的措施有哪些？
1.30用一连续精憾塔分离苯、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，•通过取样测得塔顶馅岀液中苯回收率为92.20%,塔底产品中苯的组成为0.05,实际操作回流比R=2.43,已知操作条件下平衡关系如图所示，若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）精慵段及提憾段液气比各为多少？
（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?
（设产品流疑不变）。
y
1.31某两组分混合液用精馅分离，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a=2,塔顶出料是进料呈:
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，试绘出表示精憾段和提慵段操作线的示意图。
1.32某二元混合物以饱和蒸汽状态加入精慵塔的中部，已知Xp=0.5（摩尔分率，下同），“=0.9,Xw=0.05,相对挥发度a=3,回流比R=2Rminu试求：
（1）提馅段操作线方程；
（2）进入第一块理论板（由顶往下数）的汽相浓度;
（3）若因故塔釜停止加热，欲维持X。
不变应如何操作？
此时塔釜排液■==?
1.33用有两块理论板的精馅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xi=0.2（摩尔分率，下同），温度为20°C,F=100kmol/li,料液由塔顶加入，无回流，试求塔顶产品浓度XD及易挥发组分的回收率1］。
在本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80C,比热为lOOkJ/kmol-°C,汽化潜热40000kJ/kmoL
134精慵流程如图所示。
已知原料组成xi=0.40（摩尔分率，下同），x、、=0」y=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xo=0.5于泡点下回流，试在y〜x图上作图求理论塔板数。
习题34附图x
1.35有一精憾塔，用以分离a=2的A、B二元混合物。
测得进入第n层理论板的蒸汽量为100Kniol/li,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Ena=0.5,问离开该板的气液相组成各为多少？
1.36用图示的蒸馅釜对苯、甲苯二元混合物进行连续精懈（塔内没有塔板），原料直接加入塔釜，原料组成Xi=0.7（摩尔分率，下同），要求塔顶产品组成xn=0.8o塔顶设分凝器，苴中50%的蒸汽冷凝并返回塔顶做回流。
岀分凝器的蒸汽与冷凝液保持平衡。
进料量为100Kmol/1）。
问塔顶、塔釜产量为多少？
气化量为多少？
已知a=2.46
1.37欲用连续精馅塔分离二元混合液。
已知原料为饱和液体，原料组成Xh=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a=2.09试求：
你今天的日积川累，终会变成别人的望尘莫及。
77
命运如同手中的掌纹，无论多曲折，终掌握在自己手中。
m~~当塔顶产品组成XO=0.7时，精餾段及提馀段的操作线数值方程。
（2）板数不限时，餾出液最大浓度。
1.38某精馀塔分离A组分和水的二元混合液（其中A为易挥发组分），xn=0.95,Xw=O丄Xp=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,在本题计算范用内，相平衡关系为y=0.5x+0.5o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。
139所示的回收塔。
饱和液体进料，F=100kmol/li,易挥发组分含量x卜=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a=3.0.试求：
（1）•憾出液组成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，可能获得的最髙馆出液浓度。
1.40分离二元理想混合物采用如图所示的精餾分离流程，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热，第一股加料,Fi=lkmol/s,xfi=0.6（摩尔分率，下同）,qi=l,第二股加料，F2=0.5kmol/h>xf2=0.4,q2=0；要求:
xd=0.99,Xw=0.02o
（1）.若回流比R=h求塔中段（两个加料口之间）的操作线方程；
（2）.若相对挥发度«=3,求最小回流比Rmin。
1.41某精佛塔塔顶有饱和液体进料.x,=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，xo=0.8.系统的a=3.0o试计算：
（1）.所需的理论板板数。
（2）.若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，问塔顶可达到的最大浓度为多少？
1.42在连续操作的板式精谓塔中分离苯■甲苯混合液，在全回流条件下测得相邻板上液体组成分你今天的日积丿］累.终会变成别人的望尘莫及。
88
命运如同手中的堂纹，无论多曲折，终堂握在自己手中。
别为0.28,0.41和0.57,试求三层板中下而两层的单板效率。
在操作条件下苯-甲苯的平衡数据如下
x0.260380.51
y0.450.600.72
1.43在常压连续精係塔中分离两组分理想溶液。
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。
塔顶采岀率
2为40%,且已知精佛段操作线方程为y=O・75x+O・2O,试求：
F
1.提餾段操作线方程：
2.若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En叩。
综合思考题
1.42选择与填空
[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y&、X6、y?
、x?
的对
9y6=\X6―、y?
=、x?
=«
[2].如图所示
a点表示；b点表示:
c点表示;
ab段表示:
be段表示o
⑶•在连续精懈塔中，进行全回流操作,已测得相邻两板上液相组成分别为
Xn.^0.7,xn=0.5（均为易挥发组份摩尔分率）。
已知操作条件下相对挥发度a=3,则y尸,
x；=_，以液相组成表示的第n板的单板效率EmL=。
讨论:
在精憾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].分离要求一左。
肖回流比一左时，任五种进料状况中，进料的q•值最大，其温
度,此时，提佛段操作线与平衡线之间的距离,分离所需的总理论板数・
对有恒沸现象的二元体系，用恒沸精憎比萃取精憎好，因为前者能耗小。
【5].
（1）"蒸馆操作依据是组分间沸点差异"此话错在何处?
（2）精馅塔塔顶某理论板上汽相露点温度为h，液相泡点温度为3。
塔底某理论板上汽相露点温度为t3,液相泡点温度为訂。
试按温度大小顺序用〉、=、<•符号排列如下：
t4t3t211
（3）恒沸精憾与萃取精懈都需加入添加剂（第三组分），英目的是.
[6].已知某精绸塔在情况一下操作得到R、xfhqi、R】、Dbxdkx刚。
今改变操作为情况
―>且知F]=F2‘Xd]=Xd2，Xwl=Xw2，Q]=Q2f-Xf^VX^olik比较（>、=、V）
DiD2；WiW2:
RiRz
[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+l）=1.0时，R=.N;
（2）当（N-Nmin）/（N+1）=1.0时，R=.N=,
[8].某连续精诩塔中，若精慵段操作线方程截距等于零，贝9：
（1）回流比等于；
（2）馅出液屋等于;
（3）操作线斜率等于o（以上均用数字表示）
[9|•某二元物系的相对挥发度a=3,在具有理论板的精憎塔内于全回流条件下作精餾操作,
已知Xn=0.3,则yn」=（由塔顶往下数）。
[10].某精馅塔塔顶上升蒸汽组成屮，温度T,经全凝器恰好冷凝到泡
点，•部分回流入塔，组成x（）,温度t,则
y】xOtTt。
（>,=,<）
习题10附图
[11]・试比较某精憾塔中第n-1,n,n+1层理论板上参数的大小,
即：
Yn+iy”tn-1Tn，ynTnThITno（>,=,<）
[12].设计二元理想溶液精憎塔时，若Exf,xd,xw不变，则随原料中液相分率增加英最小回
流比；在相同回流比下，总理论板数:
精慵段理论板数；塔顶冷凝器热负
荷:
塔釜热负荷。
[13].
（1）在设计连续操作的精憾塔时,如保持XF,D/F,XD,R一定,进料热状态及空塔气
速也一立，则增大进料量将使塔径而所需的理论板数
（2）全回流时，精憎段操作线的斜率为,提餾段操作线的斜率为对相同
的Xd和Xw，部分回流比全回流所需的理论板数o
[14].（D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）精锚塔设计时，当回流比加大时，所需要的理论板数•同时蒸懈釜中所
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].精馅操作时，增大回流比，若F,x,：
q不变，则精餾段液汽比L/V,提馆段
液汽比L/V，塔顶xd，塔底xw。
[16].试比较连续精係塔的塔釜用直接蒸汽加热（D）与间接蒸汽热（I）«.X=）o
（1）Xfxxi〉Rq、D/F相同，则NtiNtd,xwixwo；
（2）XF,X[〉・R.q、Xu・相同，则NtiNjd；（D/F）（D/F）d・
[17].操作中精傭塔,保持Eq,XF,D不变。
（1）若采用回流比R小于最小回流比Rmin，则Xi）,XW
（2）若R增大，则XI）,XW,UV
（增大，减小，不变，不确定）
[18].若维持操作中精餾塔的F.xi,q.D不变，而减少塔釜蒸发量V。
则:
XD・XWXJ7。
（变大，变小，不变，不确定）
[19]
.某精懈塔设讣时操作线如图示。
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回答有关参数有何变化？
UV,Nto
[20].连续精懈塔操作时，增大塔釜蒸汽用量，而回流疑及进料状态（F,XF,q）不变，•则L/V_,x°,xw。
（变大，变小，不变，不确立）
[21].精憎塔设计时采用的参数（ExgD.xsR均为左值）.•若降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量，塔内实际上升蒸汽量,精懈塔液汽比,所需理论板
数。
（增大，减小，不变，不确圮）
[22]・某精係塔在操作时，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和提锚段上升蒸汽量W不变，则此时D,xo—
不变，减小，无法确定）
[23].某精憾塔操作时,F,XF,q,D保持不变，增加回流比R,
则此时xd,xw.L7V-（增加，不变，减少）
[24],某精馅塔在操作时，加料状态由原来的饱和液体进料改
为冷液进料，•且保持F、xi、V、D不变，则此时xd_,xw—.R—.L/V。
（增加，不变，减少）
[25].精憾塔中第n-1,n,n+1块实际板效率小于1,与y.相平衡的液相浓度为□则X,—Xn：
与X讪相平衡的汽相浓度几小则
n+lYiw-l♦YnXnJa（>,V,=）
[26].某连续精憎塔，进料状态q=LD/F=0.5（摩尔比）,x】・=0・4（摩尔分率）,回流比R=2,且知提
餾段操作线方程的截距为零。
则:
提餾段操作线方程的斜率（L/V）=,憾岀液xi尸「
[27].操作中精怖塔，今保持F
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