化工原理蒸馏部分模拟试题及答案

化工原理蒸馏部分模拟试题及答案
一、填空
1精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。

精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先降后升的变化过程。

2精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。

3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中, 冷液体进料的q值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远 , 分离所需的总理论板数最
少。

4相对挥发度α=1，表示不能用普通精馏分离分离，但能用萃取精馏或恒沸精馏分离。

5某二元混合物，进料量为100kmol/h，x F=0.6，要求得到塔顶x D不小于0.9，则塔顶最大产量为 66.7 kmol/h 。

6精馏操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底上升蒸气。

7负荷性能图有五条线，分别是液相上限线、液相上限线、雾沫夹带线、漏液线和液泛线。

二、选择
1 已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为 C 。

A 1.1:1
B 1:1.1
C 1:1
D 0.1:1
2 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 D 。

A 液相中易挥发组分进入汽相；
B 汽相中难挥发组分进入液相；
C 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；
D 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必定同时发生。

3 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成x A=0.6，相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成y A=0.7，相应的露点为t2，则⎽⎽⎽A⎽⎽⎽
A t1=t2
B t1<t2
C t1>t2
D 不确定
4某二元混合物，进料量为100kmol/h，x F=0.6，要求得到塔顶x D不小于0.9，则塔顶最大产量为⎽⎽⎽B⎽⎽⎽。

A 60kmol/h
B 66.7kmol/h
C 90kmol/h
D 不能定
5精馏操作时，若F、D、x F、q、R、加料板位置都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成x D变化为⎽⎽B⎽⎽⎽⎽
A 变小
B 变大
C 不变
D 不确定
6在一二元连续精馏塔的操作中，进料量及组成不变，再沸器热负荷恒定，若回流比减少，则塔顶温度 A ，塔顶低沸点组分浓度 B ，塔底温度 C ，塔底低沸点组分浓度
A 。

A 升高
B 下降
C 不变
D 不确定
7某二元混合物，α=3，全回流条件下x n=0.3，则y n-1=⎽⎽⎽B⎽⎽⎽。

A 0.9
B 0.3
C 0.854
D 0.794
8 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成x A=0.4，相应的泡点为t1，气相组成为
y A =0.4，相应的露点组成为t 2，则 B 。

A t 1=t 2
B t 1<t 2
C t 1>t 2
D 不能判断
9某二元混合物，α=3，全回流条件下x n =0.3，则y n-1= D
A 0.9
B 0.3
C 0.854
D 0.794
10精馏的操作线是直线，主要基于以下原因 D 。

A 理论板假定
B 理想物系
C 塔顶泡点回流
D 恒摩尔流假设
11某筛板精馏塔在操作一段时间后，分离效率降低，且全塔压降增加，其原因及应采取的措施是 B 。

A 塔板受腐蚀，孔径增大，产生漏液，应增加塔釜热负荷
B 筛孔被堵塞，孔径减小，孔速增加，雾沫夹带严重，应降低负荷操作
C 塔板脱落，理论板数减少，应停工检修
D 降液管折断，气体短路，需更换降液管
12板式塔中操作弹性最大的是 B 。

A 筛板塔
B 浮阀塔
C 泡罩塔
13下列命题中不正确的为 A 。

A 上升气速过大会引起漏液
B 上升气速过大会引起液泛
C 上升气速过大会使塔板效率下降
D 上升气速过大会造成过量的液沫夹带
14二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
15下列情况 D 不是诱发降液管液泛的原因。

A 液、气负荷过大
B 过量雾沫夹带
C 塔板间距过小
D 过量漏液
三、计算
1某塔顶蒸汽在冷凝器中作部分冷凝，所得的气、液两相互成平衡。

气相作产品，液相作回流，参见附图。

塔顶产品组成为：全凝时为D x ，分凝时为0y 。

设该系统符合恒摩尔流的假定，试推导此时的精馏段操作线方程。

解： 由精馏段一截面与塔顶（包括分凝器在内）作物料衡算。

0Dy Lx Vy +=， 若回流比为R
则0111y R x R R y V D x V L y +++=+= 对于全凝时 精馏段操作线D x R x R R y 1
11+++= 可知：当选用的回流比一致，且0y x D =时两种情况的操作线完全一致。

在x y ~图上
重合，分凝器相当于一块理论板。

2用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h ，易挥发组分x F =0.5，泡点进料，得塔顶产品x D =0.9，塔底釜液x W =0.05（皆摩尔分率），操作回流比R=1.61，该物系平均相对挥发度α=2.25，塔顶为全凝器，求：
(1) 塔顶和塔底的产品量（kmol/h ）；
(2) 第一块塔板下降的液体组成x 1为多少；
(3) 写出提馏段操作线数值方程；
(4) 最小回流比。

解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h ）；
F=D+W=100 （1）
505.010005.09.0=⨯==⨯+⨯F Fx W D （2）
上述两式联立求解得 W=47.06kmol/h D=52.94kmol/h
（2）第一块塔板下降的液体组成x 1为多少；
因塔顶为全凝器， 1
11)1(1x x y x D -+==αα 80.09
.025.125.29.0)1(111=⨯-=--=y y x αα （3）写出提馏段操作线数值方程；
17.13894.5261.2)1(=⨯=+=='D R V V
23.18510094.5261.1=+⨯=+=+='F RD qF L L
则 017.034.117.13805.006.4717.13823.1851-'=⨯-'='-'''='+m m W m m
x x V Wx x V L y
（4）最小回流比。

泡点进料，q =1, 5.0==F q x x
692.05
.025.115.025.2)1(1=⨯+⨯=-+=q q q x x y αα 083.15.0692.0692.09.0min =--=--=
q q q
D x y y x R
3一精馏塔，原料液组成为0.5（摩尔分率），饱和蒸气进料，原料处理量为100kmol/h ，塔顶、塔底产品量各为50kmol/h 。

已知精馏段操作线程为y=0.833x+0.15，塔釜用间接蒸气加热，塔顶全凝器，泡点回流。

试求：
（1） 塔顶、塔底产品组成；
（2） 全凝器中每小时冷凝蒸气量；
（3） 蒸馏釜中每小时产生蒸气量
（4） 若全塔平均α=3.0，塔顶第一块塔板默弗里效率E ml =0.6，求离开塔顶第二块塔板
的气相组成。

解：（1）塔顶、塔底产品组成；
因 833.0)1(=+R R ， R=5 又 15.0)1(=+R x D ， 90.0=D x
由物料衡算 W D F Wx Dx Fx +=
得 1.050/)9.0505.0100(=⨯-⨯=W x
（2）全凝器中每小时冷凝蒸气量；
V=（R+1）D=300kmol/h
（3）蒸馏釜中每小时产生蒸气量；
q=0，V ´=V - F=300 -100=200kmol/h
（4）求离开塔顶第二块塔板的气相组成。

6.01
11=--=*x x x x E D D mV ， 111)1(1**-+==x x y x D αα 75.09
.0239.0)1(111=⨯-=--=*y y x αα 故 6.075
.09.09.01=--x 81.01=x 825.015.081.0833.02=+⨯=y
4在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，平均相对挥发度为2.47，饱和蒸汽进料。

已知进料量为150kmol/h ，进料组成为0.4（摩尔分率），回流比为4，塔顶馏出液中苯的回收率为0.97，塔釜采出液中甲苯的回收率为0.95。

试求：
（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；（2）精馏段操作线方程；（3）提馏段操作线方程；（4）回流比与最小回流比的比值；（5）若全回流操作时，塔顶第一块塔板的气相默弗里板效率为0.6，全凝器液相组成为0.98，求由塔顶第二块板上升的气相组成。

解：（1）塔顶馏出液及塔釜采出液组成；
由 D F Dx Fx =97.0 （a ）
）W F x W x F -=-1()1(95.0 （b ）
F=D+W+150 （c ）
604.0150=⨯==+F W D Fx Wx Dx （d ）
联立（a ）、（b ）、（c ）和（d ）求解得：
W=87.3kmol/h ， D=62.7kmol/h
x W =0.0206， x D =0.928
（2）精馏段操作线方程； 1856.08.01
11+=+++=+n D n n x R x x R R y （3）提馏段操作线方程； V Wx x V L y W m m '
-'''='+1
饱和蒸气进料，故 q=0 F R V -+=')1(， DR L L =='
则 011.0534.1)1()1(1-'=-+-'-+='+m W m m x F
D R Wx x F R RD y （4）回流比与最小回流比的比值；
q q q
D x y y x R --=min q =0， 4.0==F q x y
由 q
q q x x y )1(1-+=αα 得 2125.0=q x 816.22125
.04.04.0928.0min =--=R ， 42.1min =R R
（5）求由塔顶第二块板上升的气相组成。

6.02
1211=--=**y y y y E mV ， 而 1
11)1(1x x y -+=*αα 全回流时，12x y = 2211147.1147.2)1(1y y x x y +=-+=*αα 98.01=y ， 代入上式可得： 9693.02=y
5在一常压精馏塔内分离苯和甲苯混合物，塔顶为全凝器，塔釜间接蒸汽加热。

进料量为1000kmol/h ，含苯0.4，要求塔顶馏出液中含苯0.9（以上均为摩尔分率），苯的回收率不低于90%，泡点进料，泡点回流。

已知α=2.5，取回流比为最小回流比的1.5倍。

试求：（1）塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ；（2）最小回流比；（3）精馏段操作线方程；（4）提馏段操作线方程；（5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成为多少？（6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数为多少？
解：（1）塔顶产品量D 、塔底残液量W 及组成x w ；
由 F
D A Fx Dx =ϕ，得： h kmol D /4009.09.04.01000=⨯⨯= W=F- D=1000-400=600kmol/h
又由物料衡算 W D F Wx Dx Fx +=
得 0667.0600/)9.04004.01000(=⨯-⨯=W x
（2）最小回流比；
泡点进料，q =1, 4.0==F q x x
625.04
.05.114.05.2)1(1=⨯+⨯=-+=Q q q x x y αα
22.14
.0625.0625.09.0min =--=--=
q q q D x y y x R (3) 精馏段操作线方程； 83.15.1min ==R R
318.0646.01
11+=+++=+n D n n x R x x R R y (4) 提馏段操作线方程；
113240083.2)1(=⨯=+=='D R V V
1732100040083.1=+⨯=+=+='F RD qF L L
则 0353.053.11132
0667.0600113217321-'=⨯-'='-'''='+m m W m m
x x V Wx x V L y （5）从与塔釜相邻的塔板上下降的液相组成
152.00667
.05.110667.05.2)1(1=⨯+⨯=-+=w w w x x y αα 由操作线方程
0353.053.11-'='+m m x y 得 0353.053.11
-'=x y w 0763.01
='x （6）若改用饱和蒸汽进料，仍用（4）中所用回流比，所需理论板数又为多少。

饱和蒸气进料， q =0，4.0==F q x y
由 Q
q q x x y )1(1-+=αα 得 21.0=q x 63.221
.04.04.09.0min =--=--=q q q
D x y y x R 因 min R R 〈， 故 ∞=T N
6 用一连续精馏塔分离苯-甲苯混合溶液，原料液中含苯0.40，塔顶馏出液中含苯0.95（以上均为摩尔分率）。

原料液为气液混合进料，其中蒸汽占1/3（摩尔数比）。

苯-甲苯的平均相对挥发度为2.5，回流比为最小回流比的2倍，试求：
（1）原料液中汽相及液相的组成；
（2）最小回流比；
（3）若塔顶采用全凝器，求从塔顶往下数第二快理论板下降的液体组成。

解：（1）设原料液液相组成为F x '，汽相组成为F y '（均为摩尔分率）4.0=F x
则 4.03
132='+'F F y x （1） F
F F x x y '+'='5.115.2 （2） 联立（1）式和（2）式，可得：326.0='F x 548.0='F y
（2） q q q
D x y y x R --=min
因 q=2/3， 1
1---=q x x q q y F （3） x
x y 5.115.2+= （4） 联立（3）和（4） 可得：326.0=q x 548.0=q y
所以 8.1222
.0402.0326.0548.0548.095.0min ==--=R （3）精馏段操作线方程为 R=2×1.8=3.6 207.0783.06.495.06.46.3111+=+=+++=
+n D n n x x R x x R R y 95.01==D x y 1
115.115.2x x y += 则 884.01=x 由 207.0783.012+=x y 得 899.02=y 2
25.115.2899.0x x += 781.02=x
7有某平均相对挥发度为3的理想溶液，其中易挥发组分的组成为60%（摩尔百分率，以下同），于泡点下送入精馏塔中，要求馏出液中易挥发组分组成不小于90%，残液中易挥发组分组成不大于2%，试用计算方法求以下各项：
（1） 每获得kmol 1馏出液时原料液用量；
（2） 若回流比R 为1.5，它相当于最小回流比的若干倍；
（3） 回流比R 为1.5时，精馏段需若干层理论板；
（4） 假设料液加到板上后，加料板上溶液的组成不变，仍为0.6，求上升到加料板上
蒸汽相的组成。

解 （1） 原料液用量
依题意知馏出液量kmol D 1=，在全塔范围内列总物料及易挥发组分的衡算，得：
W W D F +=+=1 )(a
W D F Wx Dx Fx +=
或 W F 02.0)1(9.06.0+= )(b
由上二式解得，收集kmol 1的馏出液需用原料液量为： kmol F 52.1=
（2） 回流比为最小回流比的倍数
以相对挥发度表示的相平衡关系为： x
x x x y 213)1(1+=-+=αα )(c 当6.0F x 时，与之平衡的气相组成为： 818.0)6.0(21)6.0(3=+=
q y 由于是泡点进料，在最小回流比下的操作线斜率为：
273.06
.09.0818.09.01min min =--=--=+q D q D x x y x R R 因此解得 376.0min =R 故操作回流比为最小回流比的4376
.05.1≈倍 （3） 精馏段理论板数
当回流比5.1=R ，相对挥发度α为3时，精馏段的平衡关系为式c 所示，操作线为： 111+++=
+R x x R R y D n n 36.06.01
5.19.015.15.1+=+++=n n x x )(d 由于采用全凝器，故9.01==D x y ，将此值代入式c 解得75.01=x 。

然后再利用
式d 算出2y ，又利用式c 算出2x ，直至算出的x 等于或小于F x 为止。

兹将计算结果列于本例附表中。

（4） 上升到加料板的蒸汽相组成
提馏段操作线方程为：
W s x W
qF L W x W qF L qF L y -+--++=/2/ 由于泡点进料，故1=q 。

又 kmol RD L 5.1== 及 kmol D F W 52.0152.1=-=-=
将以上数据代入提馏段操作线方程：
00416.0208.152
.052.15.1)02.0)(52.0(52.052.15.152.15.1//2/3-=-+--++=x x y 由题意知，料液加到板上后，板上液相组成仍为0.6，故上升到加料板的蒸汽相组成为：72.000416.06.0208.1/3=-⨯=y
8用常压精馏塔分离某二元混合物，其平均相对挥发度为α=2，原料液量F=10kmol/h ，饱和蒸气进料，进料浓度x F =0.5（摩尔分率，下同），馏出液浓度x D =0.9，易挥发组份的回收率为90%，回流比R=2R min ，塔顶为全凝器，塔底为间接蒸气加热，求：（1）馏出液量及釜残液组成？（2）从第一块塔板下降的液体组成x 1为多少？（3）最小回流比？（4）精馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h ？（5）提馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h ？
解：（1）馏出液量及釜残液组成；
D F Dx Fx =90.0 h kmol D /59
.05.0109.0=⨯⨯= F=D+W W=F-D=10-5=5kmol/h F W D Fx Wx Dx =+ 1.059.055.010=⨯-⨯=-=
W Dx Fx x D F W （2）从第一块塔板下降的液体组成x 1； 1
11)1(1x x y -+=αα 塔顶为全凝器， 故 9.01==D x y ， 82.0)1(1
11=--=y y x αα （3）最小回流比；
饱和蒸气进料 q =0， 5.0==F q x y
由 q q q x x y )1(1-+=αα 得 33.0=q x ，
35.233
.05.05.09.0min =--=--=q q q
D x y y x R （4）精馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h ；
V=（R+1）D=（2×2.35 + 1）×5=28.5kmol/h
（5）提馏段各板上升的蒸气量为多少kmol/h 。

V ´=V-（q-1）F=28.5-10=18.5kmol/h。