化工原理 第七章 蒸馏-例题

第七章蒸馏习题选择与填空1．混合液两组分的相对挥发度愈小，则表明用蒸馏方法分离该混合液愈_____。

A容易；B困难；C完全；D不完全2．设计精馏塔时，若Ｆ、xF、xD、xW均为定值，将进料热状况从q=1变为q>1，但回流比取值相同，则所需理论塔板数将_______，塔顶冷凝器热负荷______ ，塔釜再沸器热负荷______。

A变大，B变小，C不变，D不一定3．连续精馏塔操作时，若减少塔釜加热蒸汽量，而保持馏出量Ｄ和进料状况（F, xF,q）不变时，则L/V______ ，L′/V′______，x D______ ，x W______ 。

A变大，B变小，C不变，D不一定4．精馏塔操作时，若Ｆ、x F、q，加料板位置、Ｄ和Ｒ不变，而使操作压力减小，则x D______，x w______。

A变大，B变小，C不变，D不一定5．操作中的精馏塔，保持F，xF ，q，D不变，若采用的回流比R< Rmin，则xD______，xw______。

A变大， B变小， C不变， D不一定6蒸馏与平衡蒸馏的主要区别是________________________________________ 7．用精馏操作依据是_______________________________，操作的必要条件是__________________________________。

8．直接蒸汽加热与水蒸汽蒸馏虽都是向釜液直接通入蒸汽，但其目的并不相同。

前者是_______________ ，而后者_______________。

9．操作中，若提馏段上升蒸汽量V增加，而回流量和进料状态（Ｆ，x F，q）仍保持不变，则R_____，x D_____，x w_____，L′/V′_____。

10．操作时，若Ｆ、Ｄ、xF 、q ，加料板位置、Ｖ不变，而使操作的总压力增大，则x D ________，x W _____11精馏塔的塔顶温度总低于塔底温度，其原因之一是__________________________，原因之二是_____________________。

蒸馏习题参考答案【7-1】 苯和甲苯在92℃时的饱和蒸汽压分别为143.73kPa 和57.6kPa ，苯-甲苯的混合液中苯的摩尔分数为0.4。

试求：在92℃混合液中各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸汽组成。

此溶液可视为理想溶液。

[苯57.492kPa 、甲苯34.56kPa 、系统压力92.025kPa 、0.625y =苯、0.375y =甲苯]解： 根据拉乌尔定律，理想溶液上方的平衡分压为143.730.457.49257.60.634.5692.05257.492/92.0520.62510.6250.375A A A B B B A B A A B p p x kPap p x kPaP p p kPa p y Py ==⨯===⨯==+=====-=【7-2】 在连续精馏塔中分离苯（A ）和甲苯（B ）两组分理想溶液。

现场测得：塔顶全凝器，第一层理论板的温度计读数为83℃，压力表读数D 5.4kPa p =；塔釜温度计读数为112℃，压力表读数W 12.0kPa p =。

试计算塔顶、塔釜的两产品组成和相对挥发度。

两纯组分的饱和蒸汽压用安托尼方程计算。

当地大气压为101.3kPa 。

（安托尼方程表达式为：0lg A-B p t C=+；苯：A=6.03055、B=1121.033、C=220.79；甲苯：A=6.07954、B=1344.8、C=219.482）[0.976x =D 、 2.573α=D ：W 0.0565x =、W 2.338α=]解：（1）塔顶馏出液的组成及相对挥发度D a对于理论板，气液相组成互为平衡，两相温度相等，塔顶第一层理论的气相组成即馏出液组成。

将83D t =℃代入安托尼方程求得001211.033lg 6.03055-=2.04483220.79=110.7kPa p p =+∴苯苯01344.8lg 6.07954-=1.63483219.482=43.02kPa p p =+∴甲苯甲苯 总压力为 P (101.3 5.4)106.7kPa kPa =+=D则 00100P 110.7106.743.020.976P 106.7110.743.02D p p x y p p --==⋅=⨯=--苯甲苯苯甲苯 对于理想物系，相对挥发度为 00110.7 2.57343.02D p a p ===苯甲苯 （2）塔釜组成及相对挥发度W a用塔顶相同的方法计算。

《化工原理》蒸馏单元习题检测及答案一、简答题。

（5*5=25分）1.蒸馏的定义。

利用物系中各组分挥发性不同，通过加热和冷凝造成气液两相物系，实现分离的目的2.拉乌尔定律公式及理想溶液的定义。

若溶液在全部浓度范围内，都符合拉乌尔定律，则称为“理想溶液”。

3.气液平衡相图的“两条线”和“三个区域”是什么。

泡点线、露点线，气相区、液相区、气液共存区。

4.写出精馏段和提馏段操作线方程、q 线方程，并解释q 点含义。

1111n n D R y x x R R +=+++W m m x W L W x W L L y ---=+'''111---=q x x q q y F 5.请简述塔板数的计算方法。

逐板计算法、图解法 二、选择题。

（5*5=25分）1.精馏过程设计时，增大操作压强，则相对挥发度_____B___，塔顶温度______A__，塔釜温度____A____。

A 增加B 减少C 不变D 无法确定2.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。

3.二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化__B______。

A平衡线 B 操作线与q线C平衡线与操作线 D 平衡线与q线三、是非题。

（5*2=10分）1.精馏操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异。

（对）2.最小回流比条件下，理论板数目最少。

（错）四、计算题。

（10+15+15分）1.苯-甲苯混合溶液含苯0.4，在1atm下，加热到100℃，求此时气液两相的量比与组成。

注：苯（A）和甲苯（B）满足安妥因方程（p单位为mmHg，T单位为℃）：2.某连续精馏塔在常压下分离甲醇水溶液，其精馏段和提馏段的操作线方程分别为：y=0.63x+0.361；y=1.805x-0.00966。

第六章 蒸 馏1、质量分数与摩尔分数的相互换算：（1） 甲醇-水溶液中，甲醇（CH 3OH ）的摩尔分数为0.45，试求其质量分数。

（2） 苯-甲苯混合液中，苯的质量分数为0.21，试求其摩尔分数。

解：（1）因为 x A =0.45所以（2）因为 w A =0.21所以2、在压强为101.3kPa 下，正己烷-正庚烷物系的平衡数据如下：t,℃ 30 36 40 46 50 56 58 x 1.0 0.715 0.524 0.374 0.214 0.091 0 y1.00.8560.7700.6250.4490.228试求：（1）正己烷组成为0.5（摩尔分数）的溶液的泡点温度及其平衡蒸汽的组成；（2）将该溶液加热到45℃时，溶液处于什么状态？各相的组成是多少？（3）将溶液加热到什么温度才能全部气化为饱和蒸汽？这时蒸汽的组成是多少？解：由所给平衡数据做t-x-y 图（见本题附图）。

（1）当x A =0.5时，由图中读得泡点温度t s =41℃，其平衡瞬间蒸汽组成y A =0.75；（2）当t =45℃时，溶液处于气液共存状态，此时x A ‘=0.38 ，y A ’=0.64 ； （3）由图知，将溶液加热到49℃时，才能全部汽化为饱和蒸汽，蒸汽组成为0.5 。

3、在常压下将某原料液组成为0.6（易挥发组分的摩尔分数）的两组分溶液分别进行简单蒸馏和平衡蒸馏，若汽化率为1/3，试求两种情况下的釜液和馏出液组成。

假设在操作范围内气液平衡关系可表示为y =0.46x +0.549 。

解：（1）简单蒸馏时 因为 D /F =1/3 所以 W /F =2/3 将y =0.46x +0.549直接代入式（6-20）593.018)45.01(3245.03245.0=⨯-+⨯⨯=+=B B A A AA A Mx Mx M x w 239.092/)21.01(78/21.078/21.0///=-+=+=B B A A A A A M w M w M wx解之x w =0.498由式（6-22）其中所以 （2）平衡蒸馏时 由Fx F =Dy +Wx得与y =0.46x +0.549 联立求解，得到x =0.509 ，y =0.7834、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。

填空题1. 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2.当分离要求和回流比一定时，进料的值最小，此时分离所需的理论板数。

答案：过热蒸气；最多3. 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.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：0.45. 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6. 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7.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8. 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，塔底组成，回流比，精馏段操作线斜率L/V 。

答案：增加；减少；不变；不变判断题1. 精馏塔的全塔总效率不等于塔内各板的默弗里效率的平均值。

（√）2. 对于普通物系，原料组成浓度越低塔顶产品达到同样浓度所需要的最小回流比越大。

（√）3. 回流比相同时，塔顶回流液体的温度越高，分离效果越好。

（X ）4.当分离要求一定时，精馏塔内物料的循环量越大，所需的理论塔板数越多。

（X ）5. 在其他条件不变的情况下，降低连续精馏塔的操作压强，塔顶馏出物中易挥发组分的浓度变低。

第7章 液体蒸馏1）苯酚（C 6H 5OH ）（A ）和对甲酚（C 6H 4（CH 3）OH ）（B ）的饱和蒸汽压数据为：试按总压P=75mmHg （绝压）计算该物系的“t —x —y ”数据。

此物系为理想物系。

分率）—，（解：mol y x Pxp y p p p P x AA A BA BA 00=--=2）承第1题，利用各组数据，计算①在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度αi ，取各αi 的算术平均值α，算出α对αi 的最大相对误差。

②以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y —x i ”关系，算出由此法得出各组y i 值的最大相对误差。

，计算结果如下：）（解：①i A B i p p 00/=α%46.1299.1299.1318.1318.1=-===∑最大误差niαα计，结果如下：按）（）318.1112αααiii x x y -+=最大误差=31060.2385.0385.0384.0-⨯-=-3）已知乙苯（A ）与苯乙烯（B ）的饱和蒸汽压与温度的关系可按下式算得：式中p 0的单位是mmHg ，T 的单位是K 。

问：总压为60mmHg （绝压）时，A 与B 的沸点各为多少℃？在上述总压和65℃时，该物系可视为理想物系。

此物系的平衡汽、液相浓度各为多少摩尔分率？CK T T Ln B t p p CK T T Ln A t p p B B A A 00007.6985.34272.63/57.33280193.16608.6195.33495.59/47.32790195.1660)1==∴--====∴--==）（的沸点为，算得的令）（的沸点为算得的，令解：mmHgp Lnp KC t mmHg p A A 81.6895.5915.338/47.32790195.1615.33865602000=∴--====）（，）639.060557.081.68557.092.4881.6892.486092.4872.6315.338/57.33280193.1600=⨯==--==∴--=A A B B y x mmHg p Lnp ）（4）苯（A ）和甲苯（B ）混合液可作为理想溶液，其各纯组分的蒸汽压计算式为式中p 0的单位是mmHg ，t 的单位是℃。

第七章 蒸馏填空题（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（2）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。

11V F V LH h kmol q kmol H h -==-的原料变成饱和蒸汽所需热量原料液的汽化潜热 由定义可见，在 H V 、h L 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。

（3）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）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。

第七章 蒸馏 习题答案7-1. （1）由附录三查得20℃时ρ乙醇=789kg/m 3；ρ水=998kg/m 3165.08.09982.07892.0789=⨯+⨯⨯==mm 乙醇乙醇ω(2) 0718.018/8.099846/2.078946/2.0789=⨯+⨯⨯==nn x 乙醇乙醇(3)M 均=46×0.0718+18×(1-0.0718)=20 g/mol 7-2. 45.05.651615.65107000=--=--=甲苯苯甲苯苯p p p p x ；66.044.01071610=⨯==苯苯苯x pp y7-3.以第二组数据为例： 656.06.553.1256.551070=--=--=正辛烷正庚烷正辛烷正庚烷ppp p x ；81.0656.03.1016.550=⨯==正庚烷正庚烷正庚烷x pp y25.26.553.12500===BA pp αα均 =(2.2 8+2.03)/2=2.16，相平衡方程式为：7-5. F=D+W 4000=D+WFx F =Dx D +Wx W 4000×0.3=0.97D+0.005WD =1087kg/h W=2913kg/h 馏出液中985.015403.010877697.010877697.010872=⨯+⨯⨯=CS xM 均=76×0.985+154×(1-0.985)=77.17kg/kmol D =1087÷77.17=14.08kmol/hxx y 16.1116.2+=釜残液中0965.015495.029137605.029137605.029132=⨯+⨯⨯=CS xM 均=76×0.0965+154×(1-0.0965)=146.47kg/kmolW=2913÷146.47=19.9kmol/h7-6. F=D+W 代入数据得： 200=D+WFx F =Dx D +Wx W m 200×0.88=Dx D +Wx W995.0=FD Fx Dx995.088.0200=⨯D Dx994.0)1()1(=--F W x F x W994.0)88.01(200)1(=-⨯-W x WD=175.3kmol/h; W=24.7kmol/h; x D =0.9992; x W =0.03567-7. F=D+W 100=D+WFx F =Dx D +Wx W 100×0.4=0.95D+0.04W L=RD L=2.5DV=L+D V=L+DD=39.56kmol/h; W=60.44kmol/h; L=98.9kmol/h; V=138.46kmol/h7-8. (1)V=L+D 850= 670+DF=D+W F= D +WFx F =Dx D +Wx W 0.24F= 0.95×180+0.03W W= 608.57kmol/h (2) R=3 精馏段操作线方程24.075.01395.013311+=+++=+++=x x R x x R R y D泡点进料L′ = L + F = RD + D + W = 1328.57kmol/h 提馏段操作线方程025.085.172003.057.60872057.1328-=⨯-=-'--''=x x WL Wx x WL L y W7-9. 已知 q =1.2 x F =0.4 x D =0.95 R=1.5R min2611-=---=q F q q x q x x q q y x q =0.434xx xx y +=-+=12)1(1αα y q =0.6062min =--=qq q D x y y x R R=1.5R min =3精馏段操作线方程：24.075.01395.013311+=+++=+++=x x R x x R R y D因y 1=x D =0.95由平衡线方程 905.01295.0111=⇒+=x x x再由操作线方程 916.024.075.012=+=x y 7-10. 由精馏段操作线方程24.075.011+=+++=x R x x R R y D375.01=⇒=+R R R ；96.024.01=⇒=+D D x R x求两操作线交点d 24.075.0+=x y 解得： x d =0.5050125.025.1-=x y y d =0.619将x d =0.505, y d =0.619, q=0.5代入q 线方程11q ---=q x x q y F q q 解得：x F =0.5619由提馏段操作线方程： 0125.025.1-=-+--++=x WqF L Wx x WqF L qF L y W25.1=-++WqF L qF L 25.11005.031005.03=-⨯+⨯+WD D0125.0=-+-WqF L DxFx DF 0125.01005.0396.05619.0100=-⨯+-⨯WD D解得：D = 56.25kmol/h 7-11.氯仿-苯体系925.07895.015.11995.05.11995.0=-+=D x303.0784.015.1194.05.1194.0=-+=F x0676.0781.015.1191.05.1191.0=-+=W x泡点进料：q=1 x q =x F =0.303 y q =0.424 14.4min =--=qq q D x y y x RR=2R min =2×4.14=8.18 1.01=+R x D（1）画平衡线和点a(0.925,0.925)、e(0.303,0.303)、b(0.0676,0.0676) ;（2）精馏段操作线a(0.925，0.925)；c(0，0.1); （3）画出q 线q=1（x=0.303）精馏段操作线交点d; （4）画出提馏段操作线：连接bd;（5）在平衡线和操作线之间画梯级；第六块为加料板，塔板总数十三块。