蒸馏与吸收习题及参考答案

蒸馏习题及答案
1 二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化______ B ________。

A 平衡线;
B 操作线与ｑ线；
C 平衡线与操作线;
D 平衡线与ｑ线。

2 精馏塔引入回流，使下降的液流与上升的汽流发生传质，并使上升汽相中的易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是由于___4_____。

(1)液相中易挥发组分进入汽相； (2)汽相中难挥发组分进入液相；
(3)液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； (4)液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。

3 当精馏操作中的q 线方程为x=x F 时，则进料热状态为_________饱和液体 _________，此时q=____1____。

4 简单蒸馏过程中，釜内易挥发组分浓度逐渐＿减小＿＿＿，其沸点则逐渐＿＿＿升高＿＿。

5 精馏段操作线方程为：y=0.75x+0.3，这绝不可能。

此话_____（1）_________。

（1）对; （2）错; (3)无法判断
6 对某双组分理想物系，当温度t=80℃时，kPa p A
7.1060=，kPa p B 400=，液相摩尔组成4.0=A x ，则与此液相组成相平衡的汽相组成A y 为⎽⎽⎽⎽（2）⎽⎽⎽⎽⎽⎽。

(1)0.5 ； (2)0.64 ； (3)0.72 ； (4)0.6
7 被分离物系最小回流比R min 的数值与_____（4）______无关。

（1）被分离物系的汽液平衡关系； （2）塔顶产品组成； （3）进料组成和进料状态； （4）塔底产品组成。

8 最小回流比是指__为达到指定的分离要求，所需理论板数为无穷多时的回流比。

_______________________________________________________________。

9 以下说法中不正确的是____C____。

精馏段操作线方程式是描述精馏段中
A 某板下降的液体浓度与下一板上升的蒸汽浓度间的关系式；
B 某板上升的蒸汽浓度与上一板下降的液体浓度之间的关系式；
C 进入某板的气体与液体的浓度之间的关系式；
D 在相邻两板间相遇的汽相与液相浓度之间的关系式。

10 苯和甲苯溶液，其中含苯0.5（摩尔分率，下同），以每小时1000kmol 流量进入一精馏塔，要求塔顶产品中苯含量不低于0.9，若塔高不受限制，从塔顶采出量最大可以达到___D_____kmol/h 。

A 575.5
B 500
C 590.5
D 555.5
11 用连续精馏方法分离双组分理想混合液，原料中含易挥发组分0.40，馏出液中含易挥发组分0.90（以上均为摩尔分率），溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为2，则料液的热状况参数q=____B____。

A 0.48
B 0.38
C 0.3
D 0.5
12 精馏分离5.2=α的二元理想混合液，已知回流比R=3，塔顶x D =0.96，测得第
三层塔板（精馏段）的下降液体浓度为0.4，第二层板下降液体浓度为0.45，则第三层塔板的汽相单板效率E mv 为⎽⎽⎽⎽C ⎽⎽⎽。

A 22.2%
B 32.68%
C 44.1%
D 107.5% 13 精馏塔设计中，回流比并不总是越大越好，原因是
____回流比增大，所需理论板数减少，塔设备所引起的设备费降低；但冷凝器、再沸器热负荷增大，换热器设备费及加热蒸汽、冷却水所消耗的动力费增大。

当R 大到一定值后，总费用（设备费和动力费之和）呈现上升趋势。

14 当进料为气液混合物且气液摩尔比为2比3时，则进料热状况参数q 值为____0.6_____。

15 已测得在精馏塔操作中，离开某块理论板的两股物流的组成分别为0.82和0.70，则其中__0.82______是汽相组成。

16 某精馏塔在常压下分离苯一甲苯混合液，此时该塔的精馏段和提馏段操作线方程分别为y=0.723x+0.263和y '=1.25x '-0.0188，每小时送入塔内的料液量为75kmol ，进料热状况参数q=0.5，试求精馏段和提馏段上升的蒸汽量为多少kmol/h 。

由精馏段操作线方程可知：
⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=+=+263.01
723.01
R x R R
D
解之得： R=2.61 , x D =0.949
提馏段操作线方程过点（x w ,x w ），则： 0188.025.1-=W W x x
075.0=∴W x 由提馏段操作线方程可知 ()()25.111=-+++=''F
q D R qF RD V L 即
h
kmol D D D /35.4425
.1755.061.375
5.061.2=∴=⨯-⨯+
于是
()()()h
kmol F q V V h
kmol D R V /6.1227515.01.1601/1.16035.4461.31=⨯-+=-+='=⨯=+=
17 用连续精馏方法分离双组分理想混合液,原料中含易挥发组分0.40,馏出液中含易挥发组分0.95(以上均为摩尔分率),溶液的平均相对挥发度为 2.8,最小回流比1.50,说明原料液的进料热状况,求出q 值。

R min =(x D -y e )/(y e -x e )
1.5=(0.95-y e )/(y e -x e ) -----------------------(1) y e =α×x e /[1+(α-1)x e ]
y e =2.8x e /(1+1.8x e ) -----------------------(2) 联解(1)、(2)得 x e =0.327, y e =0.576 0.576=q×0.327/(q-1)-0.4/(q-1)
q=0.707 ，表明进料为汽液混合物
18 某精馏塔的操作线及平衡线如图所示，现若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。

见图，图中粗线为R 加大后的操作线。

19 残液中含苯1%（组成均以摩尔分率计）。

（1）馏出液和残液各多少kmol/h ？
（2）饱和液体进料时，已估算塔釜每小时汽化量为132kmol ，问回流比为多少？
用一连续精馏塔分离二元理想溶液，进料量为100kmol/h ，进料组成为0.4（摩尔分率），馏出液组成为0.9。

(1) ⎩⎨⎧+=+=W
D F wx Dx Fx W D F
即 ⎩
⎨
⎧+=⨯+⨯=⨯W D W D 10001
.09.04.0100
解之得： D=43.8kmol/h
W=56.2kmol/h (2) ()()F q D R V 11-++=' 将h kmol F q h kmol D h kmol V /1001/8.43/132===='，，，代入得：
R=2.01
20 用一连续操作的精馏塔在常压下分离苯一甲苯混合液，原料液含苯0.5（摩尔分率，下同），塔顶馏出液含苯0.9，塔顶采用全凝器，回流比为最小回流比的1.5倍，泡点进料，设加料板上的液相组成与料液组成相同，在此温度下苯的饱和蒸汽压为145.3kPa ，试求离开进料板的上一层理论塔板的液相组成。

717.03
.1015
.03.1450*
=⨯==P x p y F A F
843.05
.0717.0717
.09.0**
min =--=
--=
F
F F D x y y x R
26.1843.05.15.1min =⨯==R R 精馏段操作线方程为 398.0558.026
.29.026.226.1111+=+=+++=
+n n D n n x x R x x R R y 由题意可知，离开加料板的汽相组成717.0*
1==+F
n y y ∴离开加料板的上一层理论板的液相组成x n 为
572.0558
.0398
.0717.0558.0398.0558.0398.0*
1=-=-=-=+F n n y y x
21 实验测得常压精馏塔精馏段相邻两塔板的上升气流组成分别为y n =0.885 ,
y n+1=0.842，已知操作条件下平均相对挥发度3=α，回流比R=3.5，塔顶产品组成x D =0.95。

求以汽相组成表示的第n 板的单板效率。

若在全回流情况下，精馏段相邻两塔板的上升气流组成变为y n =0.885 , y n+1=0.822，则以汽相组成表示的第n 板的单板效率又为多少？
精馏段操作线方程为： 211.0778.05.495.05.45.3111+=+=+++=
+n n D n n x x R x x R R y ()5
.0842
.0928.0842
.0885.0928.0811
.021811.0311811
.0778.0211
.0842.0778.0211.01
*1
*
1=--=
--=
∴=⨯+⨯=-+==-=-=
∴+++n n n n mV n n n n n y y y y E x x y y x αα
全回流时，精馏段操作线方程为y n+1=x n
第二章 吸收习题及答案
1 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当温度和压力不变，而液相总浓度增加时其溶解度系数H 将（不变）；当系统温度增加时，其亨利系数E 将（增大）；而当系统中压强增加时，其相平衡常数m 将（减小）。

2 已知SO 2水溶液在三种温度t 1、t 2、t 3下的亨利系数分别为E 1＝0.354kPa ，E 2＝1.11kPa ，E 3=0.660kPa ，则（D ）。

A) t 1> t 2； B) t 3>t 2； C) t 1>t 3； D) t 3>t 1 3 费克定律的表达式为（dz
dC D J A
AB A -=），它反映了（分子扩散速率）的定量规律。

4 传质速率N A 等于扩散通量J A 的条件是：（2）
(1) 单向扩散，(2) 等分子相互扩散，(3) 湍流流动，(4) 稳定过程 5 根据双膜理论，当被吸收组分在液体中溶解度很小时，以液相浓度表示的总传质系数（B ）。

A 大于气相分传质系数；
B 近似等于液相分传质系数；
C 小于气相分传质系数；
D 近似等于气相分传质系数。

6 双组分气体 （A 、B ）在进行定常分子扩散，J A 及N A 分别表示在传质方向上某截面处溶质A 的分子扩散速率与传质速率，当整个系统为单向扩散时：（B ） ┃J A ┃（A 大于、B 等于、C 小于）┃J B ┃
7 用水作为吸收剂来吸收某低浓度气体，生成稀溶液（服从亨利定律），操作压力为113kPa ，相平衡常数m=0.25，已知其气膜吸收分系数k G =1.23⨯10-2kmol/(m 2⋅h ⋅kPa)，液膜吸收分系数k L =0.85m/h ，则该系统属于（A ）控制过程。

(A) 气膜控制； (B) 液膜控制； (C) 双膜控制； (D) 不确定
8 逆流操作的填料吸收塔，当吸收因数A ＜1 且填料为无穷高时，气液两相将在（B ）达到平衡。

A 塔顶 、
B 塔底、
C 塔中部
9 对解吸因数
A
1
＝0.6的系统进行逆流吸收，相平衡关系y ＝mx ，当塔高为无穷大时，若系统压力减小一倍，而气液摩尔流量与进口组成均不变，则此时气体入口组成y 1将（C ）y q 。

(A) 大于 (B) 小于 (C) 等于 (D) 不确定
10 由于吸收过程气相中的溶质分压总是（大于）液相中溶质的平衡分压，所以吸收过程的操作线总是在其平衡线的（上方）。

11 在吸收塔设计中，当吸收剂用量趋于最小用量时，（D ）。

(A)回收率趋向最高； (B)吸收推动力趋向最大 (C)操作最为经济； (D)填料层高度趋向无穷大
12 设计中采用液气比()()min G L G L =时，△y m =（0），塔高H ＝（∞）。

13 在填料层高度为5m 的常压填料塔内，用纯水吸收气体混合物中少量的可溶性组分，气液逆流接触，液气比为1.5，操作条件下的平衡关系为y = 1.2x ，溶质回收率为90%。

今若保持气液两相流量不变，而欲将回收率提高到95%，问填
料层高应增加多少m ？ 解：原工况下： 8.05
.12.1==G L m
()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-⎪⎭⎫ ⎝⎛--
=⎥⎦⎤⎢⎣⎡+--⎪⎭⎫ ⎝⎛--=
L m G L m G L
m G L m G m x y m x y L m G N L mG OG η111ln 11ln 1ln 112221 ()15.58.09.0118.01ln 8.011=⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+---=
m N H H OG OG 97.015
.55
===
新工况下：
L,G 不变,m 不变,∴H OG 不变, mG/L 不变,η’=0.95
则 ()84.78.095.0118.01ln 8.011=⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+---=
又L 、G 不变，m 不变OG H ∴不变
m N H H OG
OG 6.784.797.0=⨯='⋅=' 填料层应增加的高度 m H 6.256.7=-=∆ 14 拟在常压填料吸收塔中，用清水逆流吸收废气中的氨气。

废气流量为2500m 3/h （标准状态），废气中氨的浓度为15g/m 3（以标准状态计），要求回收率不低于98%。

若吸收剂用量为3.6 m 3/h ，操作条件下的平衡关系为y = 1.2x ，气相总传质单元高度为0.7m 。

试求： (1)全塔气相平均吸收推动力； (2)所需填料层高度。

解：(1) h kmol V G /61.1114
.222500
4.22===
()
⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+-⎪⎭⎫ ⎝⎛--
=
'L m G L m G L
m G 'OG 111ln 11N η
h kmol L /20018
1000
6.3=⨯=
摩尔分率 0198.04
.22100017
151==
y
()()000396.0%9810198.0112=-⨯=-=ηy y 0108.061
.111200000396
.00198.02211=-=+-=
x G L y y x 00684.00108.02.10198.0111=⨯-=-=∆mx y y
000396.002.1000396.0222=⨯-=-=∆mx y y
00226.0000396.000684
.0ln 000396
.000684.0ln
2
121=-=∆∆∆-∆=
∆y y y y y m (2) 59.800226
.0000396
.00198.021=-=∆-=
m OG y y y N m N H H O G O G 0.659.87.0=⨯=⋅= 15 流率为0.04kmol/(m 2
⋅s)的空气混合气中含氨2%（体积%），拟用一逆流操作的填料吸收塔回收其中95%的氨。

塔顶喷入浓度为0.0004（摩尔分率）的稀氨水溶液，液气比为最小液气比的1.5倍，操作范围内的平衡关系为y = 1.2x ，所用填料的气相总体积传质系数K y a=0.052kmol/(m 3⋅s)，试求： (1)液体离开塔底时的浓度（摩尔分率）； (2)全塔平均推动力△y m ； (3)填料层高度。

解：属于低浓气体吸收。

(1)()()001.0%951%2112=-⨯=-=ηy y
168.10004.02.102.0001.002.02
1
21
min =--=--=⎪⎭⎫
⎝⎛x m
y y y G L
752.1168.15.15.1min
=⨯=⎪⎭⎫
⎝⎛=G L G L
0112.00004.0752
.1001
.002.02211=+-=+-=
x G L y y x (2) 00656.0012.02.102.0111=⨯-=-=∆mx y y 00052.00004.02.1001.0222=⨯-=-=∆mx y y 00238.000052.000656
.0ln 00052
.000656.0ln
2
121=-=∆∆∆-∆=
∆y y y y y m (3)98.700238
.0001
.002.021=-=∆-=
m OG y y y N m a K G H y OG 77.0052
.004.0===
m N H H OG
OG 1.698.777.0=⨯=⋅=
16 某逆流操作的吸收塔，用清水洗去气体中的有害组分。

已知该塔填料层高度为9m ，平衡关系为y = 1.4x ，现场测得气体进、出口浓度分别为y 1=0.03，y 2=0.002，液体出口浓度x 1=0.015（均为摩尔分率）。

试求： (1) 操作液气比L / G ； (2) 气相总传质单元高度H OG ；
如果限定气体出口浓度0015.02='y ，为此拟增加填料层高度，则在保持液气流率均不变的条件下应增加多少高度？ 解：属低浓气体吸收 (1)
87.1015
.0002
.003.00121=-=--=x y y G L (2)
749.087
.14
.1==G L m ⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+--⎪⎭⎫ ⎝⎛--
=
L m G m x y m x y L m G L
m G N OG 22211ln 11
()0.6749.0002.003.0749.01ln 749.011=⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+--=
m N H H OG OG 5.10
.69===
(3)
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡+'⎪⎭⎫ ⎝⎛--
='L m G y y L m G L
m G N L
m G
N m G L OG
OG 211ln 11
,
,,,不变则不变不变不变增加填料层高度，
()98.6749.00015.003.0749.01ln 749.011=⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+--=
m N H H OG
OG 5.1098.65.1=⨯='⋅=' 塔应加高m H H H 5.195.10=-=-'=∆
17 在逆流操作的吸收塔内,用清水吸收氨-空气混合气中的氨,混合气进塔时氨的浓度y 1=0.01(摩尔分率),吸收率90%,操作压力为100kpa,溶液为稀溶液,系统平衡关系服从拉乌尔定律,操作温度下,氨在水溶液中的饱和蒸汽压力为90kpa 。

试求：(1)溶液最大出口浓度; (2)最小液气比;
(3)当吸收剂用量为最小用量的2倍时,传质单元数为多少? (4)传质单元高度为0.5m 时,填料层高为多少米? 解：系统服从拉乌尔定律 (1)y=(p°/p)x=90/100x=0.9x
x 1e =y 1/m=0.01/0.9=0.011 (2)(L /G )min =(y 1-y 2)/(y 1/m)=m η=0.9×0.9=0.81 (3)(L/G )=2(L /G )min =2×0.81 =1.62
1/A=mG/L =0.9/1.62=0.556 y 1/y 2=1/(1-η)=10
N OG =1/(1-1/A)×ln[(1-1/A)y 1/y 2+1/A] =1/(1-0.556)×ln[(1-0.556)×10+0.556]=3.62
(4)H ＝ＨOG ×ＮOG ＝0.5 ×3.62=1.81 m
18 某填料吸收塔，用清水除去气体混合物中有害物质，若进塔气中含有害物质5%（体积%），要求吸收率为90%，气体流率为32 kmol/(m 2⋅h)，液体流率为24 kmol/(m 2⋅h)，此液体流率为最小流率的1.5 倍。

如果物系服从亨利定律，并已知液相传质单元高度H L 为0.44m ，气相体积分传质系数k y a=0.06kmol/(m 3⋅s)，该
塔在常温下逆流等温操作。

试求：
(1)塔底排出液的组成； (2)所需填料层高度。

解：属于低浓气体吸收。

(1)()()005.0%90105.0112=-⨯=-=ηy y 06.0032
24005
.005.02211=+-=+-=
x G L y y x (2)
21
21min 5.15.1x m
y y y G L G L --=⎪⎭⎫
⎝⎛=
即 0
05
.0005
.005.05.132
24--⨯=m
556.0=∴m 故
74.024
32
556.01=⨯==L mG A ⎥⎦⎤
⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛--
=
A y y A A N OG 111ln 111
21 ()64.474.0005.005.074.01ln 74.011=⎥⎦
⎤
⎢⎣⎡+--= m a k G H y G
148.006
.0360032===
m H A
H H L G OG 47.044.074.0148.01
=⨯+=+= m N H H OG
OG 2.264.447.0=⨯=⋅=。