一、选择题 精馏塔塔顶蒸汽采用分凝器冷凝时，塔顶蒸汽的组成______回流液体的组成，______塔顶产品的组成。 二、填空题1. 液液精馏操作过程中进料状态参数q的定义是：______，其物理意义是：______，在五种不同进料状态下的q值为：(1)冷液进料______；(2)泡点液体进料______；(3)气液混合物进料______；(4)饱和蒸汽进料______；(5)过热蒸汽进料______。
1kmol原料变成饱和蒸汽所需的热与原料的摩尔汽化热之比；每加入1kmol原料使提馏段液体所增加的物质的量；q＞1；g=1；0＜g＜1；g=0；g＜0
[解析] q为加料热状态参数，从q值的大小可以看出加料的状态及温度的高低。
2. 对于给定的连续精馏塔，当进料和产品取出率不变时，增加回流比意味着流体在塔内的循环量______，产品的浓度______。
增加；增高
[解析] 当回流比增大时，塔板数也随之增大，流体在塔内的循环次数增加，因而产品更纯。
3. 以下两种蒸馏方式，当在原料液组成一定且得到的液相分率也相同时，则平衡蒸馏的塔顶产品组成比简单蒸馏的组成______，其原因为______。
小；简单蒸馏的汽相组成多是与开始阶段较高的液相组成平衡的，而平衡蒸馏的汽相组成只能与最终较低的液相组成平衡。
[解析] 若汽化率相同，简单蒸馏较平衡蒸馏可获得更好的分离效果。若要求两种蒸馏保持相同的分离程度，则简单蒸馏的汽化率较平衡蒸馏时的大。
4. 恒沸精馏操作中加入挟带剂的作用是______。
提高各组分间相对挥发度的差别，使其得以分离。
[解析] 对于挥发度相近的物系，挟带剂与原有组分所形成的恒沸液的性质决定了恒沸精馏的流程。
5. 某精馏塔在操作时，加料热状态由原来的饱和液体进料改为冷液进料，且保持F，x
F，R，D不变，则此时塔顶物料浓度x
D______，塔底物料浓度x
W______。
增加；增加
[解析] q变大，进料线斜率大于零，导致精馏段操作线上移，精馏段和提馏段操作线斜率不变，所以xD增大，而提馏段操作线也要上移，则xW增大。
6. 在简单蒸馏操作中，随着蒸馏的进行，蒸馏釜内的易挥发组分浓度逐渐______，釜内溶液沸点逐渐______。
降低；升高
[解析] 由于汽相中组成大于液相中组成，因此随着过程的进行，釜中液相组成不断下降，使得与之平衡的汽相组成亦随之降低，而釜内液体泡点不断升高。
7. 当填料塔操作气速达到泛点气速时，______充满全塔空隙，并在塔顶形成液体层，因而______急剧升高。
液相；压降
[解析] 当气速过大时，使降液管内的液体不能顺利下流，管内液体必然积累。气体穿过板上液层时造成的两板间的压降增大。
8. 通常填料塔的泛速是依据______经验关联图算出的，其中体现不同尺寸的各种填料操作特性的参量是______。
埃克特泛点；填料因子
[解析] 埃克特通用关联图适用各种散装填料，如拉西环，鲍尔环等，但需确知填料的
值。填料因子
代表实际操作时填料的流体力学性能。
9. 试写出浮阀塔的三种不正常操作情况：______；______；______。
漏液；夹带液泛；溢流液泛
[解析] 浮阀塔属于板式塔，板式塔的异常操作现象包括漏液、夹带液泛和溢流液泛。
三、简答题1. 蒸馏的目的是什么?蒸馏操作的基本依据是什么?
(1)蒸馏的目的是分离液体混合物以提纯或回收有用组分。
(2)蒸馏操作的基本依据是液体中各组分挥发度的不同。
3. 双组分汽液两相平衡共存时自由度为多少?
双组分气液两相平衡共存时自由度为2。根据相律，平衡物系的自由度F为F=N-Φ+2，现组分数N=2，相数Φ=2，故平衡物系的自由度为2。
4. 何谓泡点、露点?对于一定的组成和压力，两者大小关系如何?
(1)泡点是指液相混合物加热至出现第一个汽泡时的温度；露点是指气相混合物冷却至出现第一个液滴时的温度。
(2)对于一定的组成和压力，露点大于或等于泡点。
5. 非理想物系何时出现最低恒沸点，何时出现最高恒沸点?
非理想物系在强正偏差出现最低恒沸点；在强负偏差出现最高恒沸点。
6. 常用的活度系数关联式有哪几个?
常用的活度系数关联式有范拉方程和马古斯方程。
(1)对A、B分子体积大小相差较大的物系可用范拉方程，即
(2)对A、B分子体积大小相差较小的物系可用马古斯方程，即
7. 总压对相对挥发度有何影响?
总压对相对挥发度的影响为：压强增高，泡点也随之升高，相对挥发度减小。
8. 为什么α=1时不能用普通精馏的方法分离混合物?
α=1时不能用普通精馏的方法分离混合物的原因为：当α=1时y=x，无法实现相对分离。
9. 平衡蒸馏与简单蒸馏有何不同?
平衡蒸馏与简单蒸馏的不同之处在于：平衡蒸馏是连续操作且为定态过程；简单蒸馏是间歇操作且为时变过程。
10. 为什么说回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升是实现精馏的必要条件?
因为通过回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升，才能实现汽、液两相充分接触传质，实现高纯度分离。
11. 什么是理论板?默弗里板效率有什么含义?
(1)理论板是指一个汽、液两相皆充分混合而且传质与传热过程的阻力皆为零的理想化塔板。
(2)默弗里板效率的含义是汽相经过一块塔板之后的实际增浓与理想增浓之比。
四、计算题1. 总压为101.3kPa下，用苯、甲苯的安托因方程，求：(1)温度为108℃及81℃时，苯对甲苯的相对挥发度；(2)用上述计算的相对挥发度的平均值α
m，计算苯-甲苯的汽液平衡数据，并与书末附录中所列的实验值作比较(列表)。
解：已知：P=101.3kPa，苯(A)-甲苯(B)溶液，
t
2=81℃。求：(1)α
1，α
2；(2)α
m，x-y表。
(1)t
1=108℃时
t
2=81℃时
(2)相对挥发度的平均值为
由
求得苯-甲苯的汽液平衡数据及实验值如表所示。
| x
|
0.088
|
0.20
|
0.3
|
0.397
|
0.489
|
0.592
|
0.70
|
0.803
|
0.903
|
0.950
|
1.00
|
| 计算y
|
0.193
|
0.383
|
0.516
|
0.621
|
0.704
|
0.783
|
0.853
|
0.910
|
0.959
|
0.979
|
1.00
|
| 实验y
|
0.212
|
0.37
|
0.500
|
0.618
|
0.710
|
0.789
|
0.853
|
0.914
|
0.957
|
0.979
|
1.00
|
最大误差为：
2. 乙苯、苯乙烯混合物是理想物系，纯组分的蒸气压为：
乙苯
苯乙烯
式中p°的单位是kPa，t的单位为℃。试求：(1)塔顶总压为8kPa时，组成为0.595(乙苯的摩尔分数)的蒸汽温度；(2)与上述汽相成平衡的液相组成。
解：已知：乙苯(A)-苯乙烯(B)溶液理想物系，p=8kPa，y
A=0.595，
求：(1)t；(2)x
A。
(1)由题意
设温度为65.33℃，则
假设基本正确，t=65.33℃。
(2)液相组成为
3. 乙苯、苯乙烯精馏塔中部某一块塔板上总压为13.6kPa，液体组成为0.144(乙苯的摩尔分数)，安托因方程见上题，试求：(1)板上液体的温度；(2)与此液体成平衡的汽相组成。
解：已知：乙苯(A)-苯乙烯(B)，p=13.6kPa，x
A=0.144。求：(1)t；(2)y
A。
(1)设板上温度为81.36℃，则
故
原假设正确，板上液体的温度为81.36℃。
(2)汽相组成为
4. 总压为303.9kPa(绝压)下，含丁烷0.80、戊烷0.20(摩尔分数)的混合蒸汽冷凝至40℃，所得的液、汽两相成平衡。求液相和汽相数量(摩尔)之比。
已知丁烷(A)和戊烷(B)的混合物是理想物系，40℃下纯组分的饱和蒸气压为：
=373.3kPa，
=117.1kPa。
解：已知：p=303.9kPa，丁烷(A)-戊烷(B)，y
F(A)=0.8，t=40℃下，
求：n
液/n
汽。
冷凝至40℃后，有
取总物料为1mol计
得
5. 某二元混合液100kmol，其中含易挥发组分0.40。在总压101.3kPa下作简单蒸馏。最终所得的液相产物中，易挥发物为0.30(均为摩尔分数)。试求：(1)所得汽相产物的数量和平均组成；(2)如改为平衡蒸馏，所得汽相产物的数量和组成。
已知物系的相对挥发度为α=3.0。
解：已知：p=101.3kPa下作简单蒸馏，W
1=100kmol，x
1=0.40，x
2=0.30，α=3.0。求：(1)
(2)改为平衡蒸馏W
汽，y。
(1)由题意
(2)改为平衡蒸馏，则
由物料衡算得
物料衡算、热量衡算及操作线方程
6. 某混合液含易挥发组分0.24，在泡点状态下连续送入精馏塔。塔顶馏出液组成为0.95，釜液组成为0.03(均为易挥发组分的摩尔分数)。试求：(1)塔顶产品的采出率D/F；(2)采用回流比R=2时，精馏段的液汽比L/V，及提馏段的汽液比
(3)采用R=4时，求L/V及
设混合物在塔内满足恒摩尔流条件。
解：已知：x
f=0.24，q=1，x
D=0.95，x
W=0.03。求：(1)D/F；(2)R=2时，
(3)R=4时，
(1)物料衡算
解得D/F=0.228。
(2)精馏段的液汽比为
由于q=1，
(3)R=4时
7. 苯-甲苯混合液中含苯30%(摩尔分数)，预热至40℃以10kmol/h的流量连续加入一精馏塔。塔的操作压强为101.3kPa。塔顶馏出液中含苯95%，残液含苯3%，回流比R=3。试求塔釜的蒸发量是多少?
解：已知：苯-甲苯系统，x
f=0.3，t
f=40℃，F=10kmol/h，p=101.3kPa，x
D=0.95，x
w=0.03，R=3。求：
。
查苯-甲苯相平衡得x
1=0.3时，t
s=98.6℃。
由
查得：
c
p苯=148kJ/(kmol·℃)，c
p甲苯=175kJ/(kmol·℃)，r
苯=33300kJ/kmol，r
甲苯=39200(kJ/kmol)，则
C
p=C
p苯·x
f+C
p甲苯·(1-x
f)=148×0.3+175×0.7=166.9(kJ/kmol·℃)
r=r
苯x
f+r
甲苯(1-x
f)=33300×0.3+39200×0.7=37430kJ/kmol
物料衡算
解得D=2.93kmol/h，故
V=(R+1)D=4×2.93=11.72kmol/h
8. 某混合物含易挥发组分0.10(摩尔分数，下同)，如图所示，以饱和蒸气状态连续加入精馏塔的塔釜。加料量为10kmol/h，塔顶产品组成为0.90，塔釜排出的残液组成为0.05。试求：(1)塔顶全凝器的蒸气冷凝量；(2)回流比R及塔内的液气比L/V。
解：已知：x
f=0.1，q=0，F=10kmol/h，x
D=0.9，x
W=0.05，塔釜加料。求：(1)V；(2)R，L/V。
(1)物料衡算
解得D=0.588kmol/h，故
V=F=10kmol/h
(2)由题意 V=(R+1)D
则回流比为
9. 有如图所示的精馏流程，以回收二元理想混合物中的易挥发组分A。塔Ⅰ和塔Ⅱ的回流比都是3，加料、回流均为饱和液体。
已知：x
F=0.6，x
D=0.9，x
B=0.3，x
T=0.5(均为摩尔分数)，F=100kmol/h。整个流程可使易挥发组分A的回收率达90%。试求：(1)塔Ⅱ的塔釜蒸发量；(2)写出塔Ⅰ中间段(F和T之间)的操作线方程。
解：已知：R
1=R
2=3，q
1=q
2=1，饱和液体回流，x
F=0.6，x
D=0.9，x
B=0.3，x
T=0.5，F=100kmol/h，
η
总=0.9。求：(1)
(2)Ⅰ塔中段操作线。
(1)由题意
D=60kmol/h
对Ⅰ塔作物料衡算
解得：
对Ⅱ塔有
V
2=(R
2+1)T=(3+1)×30=120kmol/h
(2)取Ⅰ塔中段第n块板至塔顶作物料衡算
由于q
1=1，故 V'=V=(R
1+1)D=4×60=240kmol/h
L'=L+qF=3×60+1×100=280kmoL/h
深色：已答题 浅色：未答题