化工原理下练习题

第一章蒸馏

1. 汽液两相呈平衡状态时，汽液两相温度__________，但汽相组成__________液相组成。

2. 汽液两相呈平衡状态时，若汽液两相组成相同，则汽相露点温度_____ 液相泡点温度。A. 相等； B. 大于；C. 小于；D. 不确定。

3. 所谓理论板是指___________________________________，且____________________。 4. 操作中的精馏塔，保持 、 、 、 A. 增加； B. 不变；C. 不确定；D.减小。 5.某二元物系，相对挥发度 __________________。 6. 精馏塔中由塔顶向下的第 A.

； B.

、 、

层塔板，其汽相组成关系为_________。

； D. 不确定。

，则该精馏塔的操作回流比为________，馏出液组成为________。 、

不变，减小

，则有_________。

，对 、

不变，增加

，则

_______，

______。

两层理论板，在全回流条件下，已知 ，则

； C.

7. 某精馏塔的精馏段操作线方程为 8. 操作中的精馏塔，保持

、

、 、

A. D增加，R减小；B. D不变，R增加； C. D减小，R增加；D. D减小，R不变。 9. 在塔的精馏段测得 的

_________。

、

、<

（均为摩尔分率），已知

，

，则第三层塔板

4—1 精馏过程是利用 和 的原理进行完成的。 答案：多次部分气化；多次部分冷凝 4—2 最小回流比是指 。 答案：塔板数为无穷时的回流比的极限值

4—3 当分离要求和回流比一定时， 进料的q值最小，此时分离所需的理论板数 。

答案：过热蒸气；最多

分析：5种进料状况中的q值是依过冷液体、饱和液体、气液混合、饱和蒸气和过热蒸气顺序由大变小的，这是由热状况参数q定义所确定的。

q?1mol的原料变成饱和蒸气态所需热量IV?IF ?1mol原料液的气化潜热IV?IL由定义可见，在IV、IL为定值的情况下,原料的原状态焓值越低，q值越大。q值的改变使提馏段操作线与平衡曲线间的距离发生变化，当q值减小时，两线靠近，故所需理论板数增多。

4-4 简单蒸馏的主要特征是________和______。

答案：不稳定操作或过程不连续；无回流

4-5 若原料组成、料液量、操作压力和最终温度都相同，二元理想溶液的简单蒸馏和平衡蒸馏相比较的结果有：①所得馏出物平均浓度______；②所______;③馏出物总量______。 答案：①简单蒸馏的馏出物平均浓度大于平衡蒸馏的馏出物平均浓度；②两种情况的残液浓度相同；③平衡蒸馏的馏出物总量大于简单蒸馏的馏出物总量。

4-6 恒沸精馏和萃取精馏主要针对_____和 ______物系，这两种特殊精馏均采取加入第三组分的办法以改变原物系的

_______。

答案：沸点差很小；具有恒沸物体系；相对挥发度

4-7 精馏操作的依据是 ______ 。精馏操作得以实现的必要条件包括______和 ______。 答案：混合液中各组分的挥发度的差异；自塔顶向下的液流和自塔底向上的气流

分析：精馏操作的依据只能是各组分间挥发度的差异或者说相对挥发度不等于1，而不可认为是各组分间沸点的不同。对纯组分，当压力一定时，沸点低者挥发性大。但对混合溶液，由于一个组分的挥发性受其他组分的影响，故不能仅从沸点或蒸气压大小来判断其挥发性能，为此，组分的挥发度是以蒸气压与液相摩尔分数的比值来表示的。有些物系，各组分沸点虽存在差异，但在恒沸组成处，相对挥发度为1，不能用普通的精馏方法分离。

塔内始终有逆向流动的液、气两股物流是实现精馏的必要条件，但并不意味塔顶必须有液相回流，塔底必须有产生回流蒸气的再沸器。例如将液态原料自塔顶加入，将气态原料自塔底加入或将饱和蒸气直接加入塔底等情况，均可替代回流作用。

４－８ 若精馏塔塔顶某理论板上气相露点温度为t1，液相泡点温度为t2；塔底某理论板上气相露点温度为t3，液相露点温度为t4。请将4个温度间关系用>、=、<符号顺序排列如下_____。 答案：t1?t2?t3?t4

分析：精馏塔内塔底压强大于塔顶压强，故塔底温度高于塔顶温度；同一块理论板上，当气液两相达成平衡时，温度一致。

4-9 恒沸精馏和萃取精馏的主要区别是① ______； ②______ 。

答案：恒沸精馏添加剂应与被分离组分形成新的恒沸物；萃取精馏中的萃取剂则应具有沸点比原料中组分的沸点高得多的特性

4-10 等板高度(HETP)的意义是 ____。若某填料塔的填料层高度为10m，完成分离要求共需22块理论塔板（包括塔顶的部分冷凝器和塔底的再沸器），则等板高度HETP? 。

答案：与一块理论塔板传质作用相当的填料层高度；HETP?10/(22?2)?0.5m

分析：由于塔顶分凝器和塔釜均起理论板的分离作用，故塔内的理论板数不应包括此2块，即全部填料层只起了20块塔内理论板的分离作用。

4—11 用图解法求理论塔板时，在?、xF、xD、xW、q、R、F和操作压力p诸参数中， 与解无关。

答案：进料流率F

4—12 当增大操作压强时，精馏过程中物系的相对挥发度 ，塔顶温度 ， 塔釜温度 。

答案：减小；增加；增加

分析：同一物系，总压越高，物系中各组分的沸点及混合物的泡点越高。物系中各组分的饱和蒸气压亦随总压升高而升高，由于轻组分的饱和蒸气压上升的速率低于重组分的饱和蒸气压上升的速率，故各组分的挥发度差异变小。 4—14 某精馏塔塔顶上升的蒸气组成为y1，温度为T，经全凝器全部冷凝至泡点后，部分回流入塔，组成为x0，温度为t，试用>、=、<判断下列关系：T t，

y1 x。

答案：>；=

分析：物系经全凝器从气态冷凝至液态，组成不会改变，但温度却从原来露点以上的温度降至泡点。

4—15 某二元理想物系的相对挥发度为2.5，全回流操作时，已知塔内某块理论板的气相组成为0.625，则下层塔板的气相组成为 。 答案：0.4

分析：由相平衡关系知xn?故y(n?1)?xn?0.4

4—16 连续精馏操作时，操作压力越大，对分离越 ，若进料气液比为1:4（摩尔）时，则进料热状况参数q为 。 答案：不利；0.2

分析：若进料汽液比为1：4，则液相占总进量的比率为

yn0.625??0.4，而全回流时操作线斜率为1 ，即y(n?1)?xn，

??(??1)yn2.5?1.5?0.6251?0.2。q值既是进料的液相分率，又是热状况参数。 4?14—17 当二元理想溶液精馏时，在F、xF、xD、xW不变的条件下，最小回流比随原料中液相分率的减小 ，塔釜热负荷随原料中液相分率的减小 。 答案：而增加；而降低

4—18 理想溶液的特点是同分子间作用力 异分子间作用力，形成的混合溶液中没有 。 答案：等于；容积效应和热效应

4—19 精馏塔设计时，若工艺要求一定，减少需要的理论板数，回流比应 ，蒸馏釜中所需的加热蒸气消耗量应 ，所需塔径应 ，操作费和设备费的总投资将是 的变化过程。 答案：增大；增大；增大；急速下降至一最低后又上升

4—20 精馏操作时，若进料的组成、流量和气化率不变，增大回流比，则精馏段操作线方程的斜率 ，提馏段操作线方程的斜率_______,塔顶组成 _______,塔底组成 _______. 答案：增加；减小；增加；降低

分析：当F、xF和q一定时，操作线斜率为

RL?，R增加即L增加，同时D降低，故其斜率增大。 R?1L?D),100℃时苯与甲苯的饱和蒸气压分别是179.18kPa(1344mmHg)和 4-21总压为99.7kPa(748mmHg74.53kPa(559mmHg),平衡时苯的气相组成为_____,甲苯的液相组成为_______,（以摩尔分数表示）。苯与甲苯的相

对挥发度为______ 。

答案：0.241;0.567;2.40;

?p?pB99.7?74.53分析 x苯????0.241; ?pA?pB179.18?74.53p179.18由y苯?A?xA??0.241?0.433得y甲苯?1?y苯?0.567

p99.7p?179.18A?2.40 a???74.53pB 4-22精馏塔结构不变,操作时若保持进料的组成 、流率、热状况及塔顶流率一定,只减少塔釜的热负荷,则塔顶

?xD______,塔底xW______,提馏段操作线斜率_____。

答案

分析：塔釜热负荷减少意味着蒸发量减少，当D不变时，V的减少导致L减少，即回流比R减小，故精馏段操作线斜率

R减小，提馏段操作线斜率增加。塔板数不变时，两段操作线斜率的改变只能使xD减小和xW增大。 R?1 4-23精馏塔设计时，若将塔釜由原来的间接蒸气热改为直接蒸气加热，同时保持xF、xD、D/F、q及R不变，则W/F_________，xW______________，提馏段操作线斜率_________,理论板数___________。 答案：增加；减小；不变；增加 分析：在xD、DF、xF、R已定时，两种蒸气加热时的操作线位置相同，区别只是直接蒸气加热的提馏段操作

线将原间接加热的提馏段操作线延长至y?0的x轴上，其交点为直接蒸气加热时的塔底组成，故梯级线也应同时跨越新的xW而略有增加，这是因为直接蒸气的稀释作用，需稍增加塔板层数回收轻组分。由于??DxDFxF恒定，故

xWW必然增加。 ?(1??)F，当xW降低时， FFxW 4-24全回流时，塔顶产品量为_______,塔底产品量为_______,进料量为 _______,回流比_______,理论板数为

_______,全回流适用的场合通常是________。

答案：D?0;W?0;F?0;R??;NT?Nmin;精馏生产开工或实验研究

4-25精馏塔的塔底温度总是________塔顶温度，其原因一是_______,二是________。

答案：高于；由于塔顶轻组分浓度高于塔底的，相应的泡点较低；由于塔内压降使塔底压力高于塔顶，因而塔底的泡点较高

4-26某二元理想溶液中轻组分组成为0.4（摩尔分数），经平衡蒸馏后，闪蒸罐顶的气体量与罐底的液体量的比率为2:3（摩尔），相对挥发度为2.5，闪蒸后气相中易挥发组成为 _________, 液相中易挥发组成为 ___________. 答案：0 .688；0.312

分析：平衡蒸馏又称闪蒸，相当于精馏塔中一块理论板的作用，罐顶的气相与罐底的液相组成为平衡。由相平衡方程

xqx?F2.5q?1q?1y? 及

1?1.5x35??x??0.4?1.5x?122y?(b)式中的q?33? 联立（a）、（b）二式即可得解。 3?254-27 精馏塔设计时将参数F、xF、q、D、xD、R确定后，将塔顶内原来的泡点回流改为过冷液体回流，若塔釜加热量做相应改变，则此时塔内实际下降液体量________,塔内实际上升蒸气量_______，精馏塔内液气比_______，所需理论板数_________.

答案：增大；增大；增大；减少

分析：由全塔物料衡算知，当F、xF、D、xD不变时，W和xW为定值。回流液温度降低后入塔，将部分上升蒸气冷凝至泡点一同回流，即产生内回流，使实际下降的液体量增加。而塔釜处V?L?W的关系，W不变，V则随L的增大而增大。当然，此时塔釜的耗能量也必然增加。回流比R?LD则随L的增大而增大。故精馏段液气比

''''LLR??也增加，此意味操作线远离平衡线，故所需理论板数减少。 VL?DR?14-28 间歇精馏和平衡蒸馏的主要区别在于________；间歇精馏操作中，若保持回流比不变，则馏出液组成_______ ；若保持馏出液组成不变，回流比需不断________ 。

答案：前者是不稳态过程，后者为稳态过程；不断下降；增大

4-29 平衡常数K?1.2的溶液能否用普通精馏的方法分离 _____，K的定义式为________。 答案：能；K?yx 分析：由K?yA可知，K?1时，轻组分的挥发性优于重组分，故可分离。 xAt4-30 某精馏塔操作时，加料热状态由原来的饱和液体改为过冷液体，且保持进料流率及组成、回流比和提馏段上升蒸定值气量不变，此时塔顶流率D_______，塔顶组成xD________ ，塔底流率WP=________ ，塔底组成xW______。

答案：减少；增加；增加；不能确定

分析：当饱和液体进料时：

t’0t0V1?V'?(R?1)D1

当过冷液进料时：

0x’WxWxFx’DxD1x(y)V2?V'?(1?q)F?(R?1)D2

由于V不变，q>1有V1?V2，又知R不变，故D1?D2，结论即是D减少。 由W?F?D，当D减少时，W当然增加。

'图4—1 4—30附图

回流比R不变，使精馏段操作线斜率不变，当进料热状况q的改变使q线与精馏段操作线的交点发生变化后，若仍保持精馏段理论板数不变，xD必增大，参见图4—1。

xW的位置由于提馏段操作线斜率和塔板数均有改变，故无法确定。若由物料衡算式解xW，也因变量数多于方程数而无法确定。

4-31 某精馏操作时，加料由饱和液体改为过冷液体，且保持进料流率及组成、塔顶蒸气量和塔顶产品量不变，则此时塔顶组成xD ，塔底组成xW ，回流比R ，精馏段操作线斜率L/V 。 答案：增加；减少；不变；不变

分析：由于V?(R?1)D，当V、D不变时，R也不变，故液气比

LR?也不变。上题已分析，斜率不变VR?1

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