中国矿业大学化工原理习题—蒸馏.doc

一、单选题
1．蒸馏是分离（ ）混合物的单元操作。 B
A 气体；B 液体；C 固体；D 刚体。
2．蒸馏是利用各组分的（ ）不同的特性实现分离的目的。 C
A 溶解度；B 等规度；C 挥发度；D 调和度。
3．在二元混合液中，（ ）的组分称为易挥发组分。 A
A 沸点低；B 沸点高；C 沸点恒定；D 沸点变化。
4．在二元混合液中，沸点低的组分称为（ ）组分。 C
A 可挥发；B 不挥发；C 易挥发；D 难挥发。
5．在二元混合液中，（ ）的组分称为难挥发组分。 B
A 沸点低；B 沸点高；C 沸点恒定；D 沸点变化。
6．在二元混合液中，沸点高的组分称为（ ）组分。 D
A 可挥发；B 不挥发；C 易挥发；D 难挥发。
7．（ ）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。 A
A 液相回流；B 进料；C 侧线抽出；D 产品提纯。
8．液相回流是保证（ ）过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。 B
A 吸收；B 精馏；C 传热；D 过滤。
9．在（ ）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。 C
A 冷凝器；B 蒸发器；C 再沸器；D 换热器。
10．在再沸器中溶液（ ）而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。 C
A 部分冷凝；B 全部冷凝；C 部分气化；D 全部气化。
11．在再沸器中溶液部分气化而产生（ ），是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。 D
A 上升物料；B 上升组分；C 上升产品；D 上升蒸气。
12．再沸器的作用是提供一定量的（ ）流。 D
A 上升物料；B 上升组分；C 上升产品；D 上升蒸气。
13．（ ）的作用是提供一定量的上升蒸气流。 C
A 冷凝器B 蒸发器；C 再沸器；D 换热器。
14．（ ）的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流。 A
A 冷凝器；B 蒸发器；C 再沸器；D 换热器。
15．冷凝器的作用是提供（ ）产品及保证有适宜的液相回流。 B
A 塔顶气相；B 塔顶液相；C 塔底气相；D 塔底液相。
16．冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（ ）回流。 B
A 气相；B 液相；C 固相；D 混合相。
17．在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（ ）。 C
A 浮阀板；B 喷射板；C 加料板；D 分离板。
18．在精馏塔中，加料板以上的塔段称为（ ）。 A
A 精馏段；B 提馏段；C 进料段；D 混合段。
19．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（ ）。 B
A 精馏段；B 提馏段；C 进料段；D 混合段。
20．在精馏塔中，加料板（ ）的塔段称为精馏段。 A
A 以上；B 以下；C 以外；D 以内。
21．在精馏塔中，加料板（ ）的塔段（包括加料板）称为提馏段。 B
A 以上；B 以下；C 以外；D 以内。
22．（ ）是指离开这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。 C
A 浮阀板；B 喷射板；C 理论板；D 分离板。
23．理论板是指离开这种板的（ ）相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。 D
A 气固两相；B 液固两相；C 气液固三相；D 气液两相。
24．理论板是指（ ）这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。
A 离开；B 进入；C 混合；D 接触。 A
25．理论板是指离开这种板的气液两相相互（ ），而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。 B
A 混合；B 成平衡；C 接触；D 分离。
26．回流比的（ ）值为全回流。 A
A 上限；B 下限；C 平均；D 混合。
27．回流比的上限值为（ ）。 C
A 内回流；B 外回流；C 全回流；D 最小回流比。
28．回流比的（ ）值为最小回流比。 B
A 上限；B 下限；C 平均；D 混合。
29．回流比的下限值为（ ）。 D
A 内回流；B 外回流；C 全回流；D 最小回流比。
30．某二元混合物，进料量为100 kmol/h，xF = 0.6，要求塔顶xD 不小于0.9，则塔顶最大产量为（ ）。 B
A 60 kmol/h；B 66.7 kmol/h；C 90 kmol/h；D 100 kmol/h。

二、填空题
1．蒸馏是分离（ ）最常用的方法。 液相混合物
2．蒸馏是利用溶液中各组分（ ）的差异, 使各组分得到分离。 沸点
3．利用溶液中各组分沸点的差异而将其分离的操作称为（ ）。 蒸馏
4．溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为（ ）温度。 泡点
5．气相混合物被冷却到有第一滴液滴析出时的温度称为（ ）温度。 露点
6．对于二元理想溶液, 若轻组分含量越高, 则泡点温度（ ）。 越低
7．对于二元理想溶液, 若轻组分含量（ ）, 则泡点温度越低。 越高
8．对于二元理想溶液, 若重组分含量越高, 则泡点温度（ ）。 越高
9．对于二元理想溶液, 若重组分含量（ ）, 则泡点温度越低。 越低
10．对于二元理想溶液, α大, 说明该物系（ ）。 容易分离
11．对于二元理想溶液, 相对挥发度大, 说明该物系（ ）。 容易分离
12．对于二元理想溶液, x-y图上的平衡曲线离对角线越近, 说明该物系（ ）。
不容易分离
13．在相同的外压及温度下, 沸点越低的物质其饱和蒸气压（ ）。 越高
14．在相同的外压及温度下, 沸点越低的物质（ ）挥发。 容易
15．完成一个精馏操作的两个必要条件是（ ）和塔底上升蒸气。 塔顶液相回流
16．完成一个精馏操作的两个必要条件是（ ）液相回流和塔底上升蒸气。 塔顶
17．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶（ ）回流和塔底上升蒸气。 液相
18．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相（ ）和塔底上升蒸气。 回流
19．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和（ ）。 塔底上升蒸气
20．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和（ ）上升蒸气。 塔底
21．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和塔底（ ）蒸气。 上升
22．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和塔底上升（ ）。 蒸气
23．为完成精馏操作，需要在（ ）设置冷凝器。 塔顶
24．为完成精馏操作，需要在塔顶设置（ ）。 冷凝器
25．为完成精馏操作，需要在（ ）设置再沸器。 塔底
26．为完成精馏操作，需要在塔底设置（ ）。 再沸器
27．设计一精馏塔时, 回流比选的大，则塔板数（ ）。 少
28．精馏操作中, 回流比的上限称为（ ） 全回流
29．精馏操作中, 回流比的下限称为（ ）。 最小回流比
30．精馏操作中，全回流时塔顶的产品量（ ）。 为零
31．精馏操作中，再沸器相当于一块（ ）板。 理论板
32．用逐板计算法求理论板层数时，用一次（ ）方程就计算出一层理论板。
相平衡
33．用图解法求理论板层数时，（ ）代表一层理论板。 一个梯级
34．精馏操作中，当 q = 0.6 时, 表示进料中的（ ）含量为60%。 液相
35．对于正在操作中的精馏塔，若加大操作回流比，则塔顶产品浓度会（ ）。 提高

三、简答
1．简述简单蒸馏与精馏的区别。
简单蒸馏是一次部分气化与部分冷凝，而精馏则是多次部分气化与部分冷凝。
2．完成一个精馏操作需要哪两个必要条件?
需要塔顶液相回流与塔底上升的蒸气。
3．精馏塔的塔顶和塔底为什么要分别设置冷凝器和再沸器?
冷凝器提供液相产品与液相回流，再沸器提供塔内上升的蒸气。
4．设计一精馏塔时, 回流比选取的大小对塔板数有何影响?
回流比越大，达到要求的分离精度所需要的塔板数越少。
5．精馏操作中, 回流比的上、下限各是什么情况?
上限是全回流，下限是最小回流比。
6．精馏操作中，在下限操作时，能否达到所要求的分离精度? 为什么?
不能，若要达到所要求的分离精度需要有无穷多块理论板，实际上是不可能的。
7．精馏操作中，在上限操作时对实际生产有无意义? 一般在什么情况下采用?
在上限操作时，产品量为零，对实际生产无意义，一般在科研、装置开工期间或紧急停工时采用。
8．什么是理论板?
理论板是指离开这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。
9．为什么再沸器相当于一块理论板?
在再沸器中，物料又一次部分气化，气液两相达到平衡，与理论板的效果相同。
10．用逐板计算法求理论板层数时, 为什么用一次相平衡方程就计算出一层理论板?
使用一次相平衡方程，就意味着物料达到一次气液平衡，就相当于越过一块理论板。
11．用图解法求理论板层数时, 为什么一个梯级代表一层理论板?
每一个梯级与平衡线相交一次，表示汽、液两相达到一次平衡, 因此代表一层理论板。
12．对于正在操作中的精馏塔, 若改变其操作回流比, 对塔顶产品浓度会有何影响?
回流比越大，塔顶产品浓度越高。
13．设计一精馏塔时, 进料量对塔板层数有无影响? 为什么?
进料量对塔板层数无影响，影响塔板层数的因素主要有进料和产品的浓度、进料热状况以及回流比。
14．用q代表进料热状况, 说明 q = 0，q = 1，0＜q＜1 时的意义。
q = 0 表示饱和气相进料，q = 1 表示饱和液相进料，0＜q＜1表示气液混合进料。
15．塔板的作用是什么?
塔板的作用是提供气液接触的场所。

四、计算
1．苯和甲苯在92℃时的饱和蒸气压分别为143.73 kN/m2和57.6 kN/m2。求：苯的摩尔分率为0.4, 甲苯的摩尔分率为0.6的混合液在92℃时各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸气组成。此溶液可视为理想溶液。
解：由拉乌尔定律 PA = 143.73×0.4 = 57.492 kN/m2，PB = 57.6×0.6 = 34.56 kN/m2
系统压力 P PA + PB = 57.492 + 34.56 = 92.052 kN/m2
平衡蒸气组成 YA = PA/P = 57.492/92.052 = 0.625，YB = PB/P = 34.56/92.052 = 0.375

2．将含24%（摩尔百分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含95%易挥发组分, 釜液含3%易挥发组分。送至冷凝器的蒸气量为 850 kmol/h，流入精馏塔的回流液为670 kmol/h。求：
（1）每小时能获得多少kmol的馏出液?
（2）回流比为多少?
（3）塔底产品量?
解：（1）V = L+D，D = V-L = 850-670 = 180 kmol/h
（2）R = L/D = 670/180 = 3.72
（3）F = D+W，FXF = DXD+WXW
即 F = 180+W，0.24F = 0.95×180 +（F-180）× 0.03
解得 F = 788.6 kmol/h，W = 788.6-180 = 608.6kmol/h

3．每小时将15000 kg含苯40%（质量%，下同）和甲苯60%的溶液在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%求馏出液和釜残液的流量和组成，以摩尔流量和摩尔流率表示。（苯的分子量为78，甲苯的分子量为92）
解：进料组成
釜残液组成
原料液的平均分子量 MF = 0.44×78 + 0.56×92 = 85.8 kg/kmol
进料量 F = 15000/85.8 = 175 kmol/h
由题意 DxD/FxF = 0.971
所以 DxD = 0.971×175×0.44 （a）
全塔总物料衡算为 D + W = 175 （b）
全塔苯的衡算为 DxD + 0.0235W = 175×0.44 （c）
联立式a、b、c，解得 W = 95 kmol/h
D = 80 kmol/h
xD = 0.935

4．在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知原料液流量F为4000 kg/h，组成xF 为0.3（二硫化碳的质量分率，下同）。若要求釜液组成xw 不大于0.05，馏出液中二硫化碳的回收率为88%，求馏出液的流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔流率表示。（二硫化碳的分子量为76，四氯化碳的分子量为154）
解：进料组成
釜残液组成
原料液的平均分子量 MF = 0.4648×76 + 0.5352×154 = 117.75 kg/kmol
进料量 F = 4000/117.75 = 33.97 kmol/h
由题意 DxD/FxF = 0.88
所以 DxD = 0.88×33.97×0.4648 （a）

全塔总物料衡算为 D + W = 33.97 （b）
全塔苯的衡算为 DxD + 0.0964W = 33.97×0.4648 （c）
联立式a、b、c，解得 W = 19.65 kmol/h
D = 14.32 kmol/h
xD = 0.97（摩尔分率）

5．氯仿（CHCl3）和四氯化碳（CCl4）的混合物在一连续精馏塔中分离。馏出液中氯仿的浓度为0.95（摩尔分率），馏出液流量为50 kmol/h，平均相对挥发度= 1.6，回流比R = 2。求：
（1）塔顶第二块塔板上升的气相组成；
（2）精馏段各板上升蒸气量V及下降液体量L（以kmol/h表示）。
氯仿与四氯化碳混合液可认为是理想溶液。
解：（1）由题知，y1 = xD = 0.95，R = 2
由相平衡方程 ， 得
即
由精馏段操作线方程
则
（2）V = L + D，L/D = R，V =（R + 1）D
∴ V = 3×50 = 150 kmol/h， L = 2×50 = 100 kmol/h

6．一连续精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下：
精馏段 y = 0.8 x + 0.172
提馏段 y = 1.3 x – 0.018
求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。
解：由精馏段操作线方程
，得 R = 4； ，得 xD = 0.86
将提馏段操作线方程与对角线方程 y = x 联立
解得 x = 0.06，即 xw = 0.06
将两操作线方程联立
解得 x = 0.38
因是泡点进料，q = 1，q线垂直，两操作线交点的横坐标即是进料浓度，
∴ xF = 0.38

7．某连续精馏操作中，已知操作线方程为：
精馏段：y = 0.723x + 0.263
提馏段：y = 1.25x – 0.0187
若原料液于露点温度下进入精馏塔中，求原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。
解：由精馏段操作线方程
，得 R = 2.61； ，得 xD = 0.95
将提馏段操作线方程与对角线方程 y x 联立
解得 x = 0.07，即 xw = 0.07
将两操作线方程联立
解得 x = 0.535，y = 0.65
因是露点进料，q = 0，q线水平，两操作线交点的纵坐标即是进料浓度，
∴ xF = 0.65

8．用一连续精馏塔分离由组分A、B所组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为1.63，说明原料液的热状况，并求出q值。
解：采用最小回流比时，精馏段操作线方程为
即
由相平衡方程 ， 得
联立两方程 ， 解得 x = 0.367，y = 0.592
此点坐标（0.367，0.592）即为（xq，yq）。
因 xF = 0.44，即xq＜xF＜yq，说明进料的热状况为气液混合进料。
由q线方程 ，
此线与平衡线的交点即是操作线与平衡线的交点
有
解出 q = 0.676

9．今有含苯40%和甲苯60%(摩尔百分数，下同)的混合液, 欲用精馏塔分离出含苯95%的塔顶产品。进料为饱和液体, 塔内平均相对挥发度为2.5。若操作回流比取为最小回流比的1.5倍, 写出精馏段操作线方程。此溶液可视为理想溶液。
解：因是泡点进料，xq = xF
由相平衡方程
最小回流比
回流比 R = 1.5Rmin = 1.5×1.44 = 2.16
精馏段操作线方程

10．用连续精馏塔每小时处理100 kmol含苯40%和甲苯60%的混合物，要求馏出液中含苯90%，残液中含苯1%（组成均以mol%计），求：
（1）馏出液和残液的流率（以kmol/h计）；
（2）饱和液体进料时，若塔釜的气化量为132 kmol/h，写出精馏段操作线方程。
解：（1） 代入数据
解此方程组，得 D = 43.8 kmol/h，W = 56.2 kmol/h
（2）饱和液体进料时，V = V’，即V = 132 kmol/h，则
L = V – D = 132 – 43.8 = 88.2 kmol/h
R = L/D = 88.2/43.8 = 2
精馏段操作线方程

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