化工原理作业

第一部分概念题示例与分析一、填空题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。LVFVIIIImolmolq原料液的气化潜热所需热量的原料变成饱和蒸气态11由定义可见，在VI、LI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所得残液浓度______;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4-9等板高度)(HETP的意义是____。若某填料塔的填料层高度为m10，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；mHETP5.0)222/(10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。4-10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分离。4—11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。4-12连续精馏操作时，操作压力越大，对分离越，若进料气液比为4:1（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2.0141。q值既是进料的液相分率，又是热状况参数。4-13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：min;;;0;0;0NNRFWDT精馏生产开工或实验研究4-14总压为)748(7.99mmHgkPa,100℃时苯与甲苯的饱和蒸气压分别是)1344(18.179mmHgkPa和)559(53.74mmHgkPa,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;分析241.053.7418.17953.747.99BABppppx苯;由433.0241.07.9918.179AAxppy苯得567.01苯甲苯yyBAppa40.253.7418.1794-15写出相对挥发度的几种表达式=BAvv/=BBAAxpxp//=BABAxxyy//=oBoApp/。二、判断题1在精馏塔内任意1块理论板，其气相露点温度大于液相的泡点温度。（）答案：分析：理论板是为了便于研究塔板上的传质情况而理想化的塔板，其特点是无论进入该板前气、液相组成如何，离开该板时气、液两相在传质、传热两方面都达到平衡，即离开该板的气、液两相组成平衡，温度相同。2组分A和B的相对挥发度1的混合溶液不能用普通精馏的方法分离。（）答案：√3为节能降耗，对有恒沸现象的二元体系，应采用恒沸精馏而不是萃取精馏。（）答案：板式塔中气体通过塔板的阻力主要有和两部分。塔板结构设计时，溢流堰长度应适当，过长则会，过短则会。溢流堰高度也应适当，过高会，过低会。答案：干板降压；液层降压；降低塔板面积有效利用率；由于降液管截面过小导致流不畅，分析：萃取剂在精馏过程中基本不气化，故萃取精馏的能耗量较恒沸精馏少。4根据恒摩尔流假设，精馏塔内气、液两相的摩尔流量一定相等。（）答案：分析：精馏段与提馏段的摩尔流量由于进料时不同的热状况的影响而不一定相等。对于有侧线抽出的复杂塔，依抽出物的热状况不同更加不同。5蒸馏操作的依据是物系中组分间沸点的差异。（）答案：分析：对于具有共沸组成的物系，虽然组分间存在沸点差异，但在相对挥发度1处不能分离。6精馏设计和操作时，若回流比R增加并不意味塔顶产品量D减小。（）答案：√7连续精馏塔的塔顶和塔底产品分别为D和W，则精馏段液气比总是小于１，提馏段液气比总是大于１。答案：√分析：若0WD，则为全回流，此时是液气比的极限值，即1''VLVL。8用图解法求理论板数时，与下列参数有关：F、Fx、q、R、、D、Dx。（）答案：√分析：图解法求TN时，须知塔底组成Wx可通过全塔衡算依F、xf、D、Dx确定。9填料的等板高度)(HETP以大为好，HETP越大，分离越完善。（）答案：分析：等板高度)(HETP是与一层理论塔板的传质作用相当的填料层高度。HETP越小，说明填料的传质效率越好。10在馏出率相同的条件下，简单蒸馏所得到的馏出物的浓度组成低于平衡蒸馏。（）答案：分析：由于简单蒸馏所得的多数馏出物（开始阶段得到的）与组成较高的液体成平衡，而平衡蒸馏所得全部馏出物都与较低的残液浓度组成相平衡，所以连续操作的平衡蒸馏不如间歇操作的简单蒸馏的分离效果好。三、选择题1已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为C。A1.1:1B1:1.1C1:1D0.1:12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xA=0.6，相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成yA=0.7，相应的露点为t2，则AAt1=t2Bt1t2Ct1t2D不确定4某二元混合物，进料量为100kmol/h，xF=0.6，要求得到塔顶xD不小于0.9，则塔顶最大产量为B。A60kmol/hB66.7kmol/hC90kmol/hD不能定5精馏分离某二元混合物，规定分离要求为Dx、wx。如进料分别为1Fx、2Fx时，其相应的最小回流比分别为1minR、2minR。当21FFxx时，则（）。A．2min1minRR；B．2min1minRR；C．2min1minRR；D．minR的大小无法确定答案：A6精馏的操作线为直线，主要是因为（）。A．理论板假定；C.理想物系；B．塔顶泡点回流；D.恒摩尔流假定答案：D分析：由于作了恒摩尔流假定后，通过塔顶或塔底的物料衡算关系，才推导出直线的操作线方程。7精馏操作时，若在F、Fx、q、R不变的条件下，将塔顶产品量D增加，其结果是（）A．Dx下降，Wx上升；B．Dx下降，Wx不变；C．Dx下降，Wx亦下降；D．无法判断；答案：C分析：当D增加时，Dx必然减小，但因回流比R不变，只有V和L同时增加，即'V和'L同时增加，以1q为例，从提馏段操作线斜率看1''RDFRVL，当D增大后，''VL变小，而TN不变，故有Wx减小。8二元溶液连续精馏计算中，进料热状况的变化将引起以下线的变化（）。A．提馏段操作线与q线；平衡线；C．平衡线与精馏段操作线；D.平衡线与q线；答案:A9流率为800hkmol/组成为0.4的二元理想溶液精馏分离，要求塔顶产品组成达到0.7，塔底残液组成不超过0.1，泡点进料，回流比为2.5。要使塔顶采出量达到500hkmol/,应采取措施（）。A：增加塔板数；B：加大回流比；C．改变进料热状况；D．塔顶增加分凝器；E．增加进料量答案：E分析：由)()(wDWFxxxxFD的物料衡算式知，hkmolD/4001.07.01.04.0800。当Dx、wx、Fx均确定后，只有改变F才可改变D。其他几种措施只能改变分离能力。10某精馏塔精馏段和提馏段的理论板数分别为1N和2N，若只增加提馏段理论板数，而精馏段理论板数不变，当F、Fx、q、R、V等条件不变时，则有（）。A．Wx减小，Dx增加；B．Wx减小，Dx不变；C．Wx减小，Dx减小；D．Wx减小，Dx无法判断答案：A分析：由题中条件和DRV)1(知，D不变，再由WDWFxxxxFD和提馏段板数增加导致加料板位置降低可知，必有Dx增加，同时Wx减小才可保证FD不变。四、计算1.用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h，易挥发组分xF=0.5，泡点进料，得塔顶产品xD=0.9，塔底釜液xW=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x1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FFxWD（2）上述两式联立求解得W=47.06kmol/hD=52.94kmol/h（2）第一块塔板下降的液体组成x1为多少；因塔顶为全凝器，111)1(1xxyxD80.09.025.125.29.0)1(111yyx（3）写出提馏段操作线数值方程；17.13894.5261.2)1(DRVV23.18510094.5261.1FRDqFLL则017.034.117.13805.006.4717.13823.1851mmWmmxxVWxxVLy（4）最小回流比。泡点进料，q=1,5.0Fqxx692.05.025.115.025.2)1(1qqqxxy083.15.0692.0692.09.0minqqqDxyyxR2.某连续精馏操作分离二元混合溶液，已知操作