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 80.92 90 100 110 120 130 131.8 p0 A 760 1008 1335 1740 2230 2820 3020 p0 B 144.8 208.4 292.8 402.6 542.8 719 760

若苯—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。已知苯—甲苯混合液服从拉乌尔定律。苯(A)和甲苯(B)的蒸汽压p0 p0 式中t为温度[℃]。 A、B [mmHg],按下述Antoine方程计算： lg p0 A=6.89740-1206.350/(t+220.237)

lg p0 B=6.95334-1343.943/(t+219.237)

0

1.3 某双组分理想物系当温度t=80℃时，p0 A=106.7kPa，pB=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，已知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

1.5 在1atm下对x=0.6(摩尔分率)的甲醇—水溶液进行简单蒸馏，当馏出量为原料的 1/3时，求此时刻的釜液及馏出物的组成。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两组分的分离。已知A与B?的分子量分别为78

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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

y=0.75x+0.2075,q线方程为y=-0.5x+1.5xF, 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],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℃，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，每小时向塔釜加入含甲醇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，已知操作线方程如下：

精馏段 y=0.723x+0.263 习题12 附图 提馏段 y=1.25x-0.0187

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试求馏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图所示。已知原料以饱和液体状态直接加入塔釜，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。若设计回流比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加入精馏塔中，回流比R=5，且已知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分离含甲醇为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),已知精

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馏段操作线为: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 用一连续精馏塔分离苯与氯苯混合物，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R min。

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。已知xF=0.6, xD=0.98,xw=0.05(皆为环氧乙烷的摩尔分率)，R=1.5R min，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(如图所示)，已知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%的混合液分离，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。已知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 y x y

习题22附图 习题24附图

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0 0 0.3 0.665 0.02 0.134 0.4 0.729 0.04 0.234 0.5 0.779 0.06 0.304 0.6 0.825 0.08 0.365 0.7 0.87 0.1 0.418 0.8 0.915 0.15 0.517 0.9 0.958 0.2 0.579 1.0 1.0 1.24 在常压连续精馏塔中分离A、B混合液(如图所示)。?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。要求分离后馏出液中组分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)，用于分离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：x n-1=0.43，xn=0.285，x n+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，由塔顶连续加入，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 如图所示的苯—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?

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