化工精餾知識考試題庫及答案1.選擇題（每題2分，共20分）（1）精餾過程的本質(zhì)是利用混合物中各組分的（）差異實現(xiàn)分離。A.密度B.溶解度C.揮發(fā)度D.沸點答案：C（2）在精餾塔操作中，若進料狀態(tài)為泡點進料（飽和液體），則進料熱狀態(tài)參數(shù)q的值為（）。A.0B.1C.0.5D.＞1答案：B（3）全回流操作時，精餾塔的回流比R為（）。A.0B.1C.無窮大D.最小回流比答案：C（4）相對揮發(fā)度α=1時，混合物（）。A.容易用普通精餾分離B.無法用普通精餾分離C.需加壓精餾D.需減壓精餾答案：B（5）精餾塔中，精餾段操作線方程的斜率為（）。A.R/(R+1)B.(R+1)/RC.L/VD.V/L答案：A（6）某二元物系精餾塔，塔頂采出量D=50kmol/h，進料量F=150kmol/h，則塔底采出量W為（）。A.50kmol/hB.100kmol/hC.150kmol/hD.200kmol/h答案：B（物料衡算：F=D+W→W=150-50=100）（7）最小回流比Rmin是指（）。A.理論板數(shù)為無窮大時的回流比B.實際操作中最小的回流比C.塔板效率最低時的回流比D.塔頂產(chǎn)品純度最高時的回流比答案：A（8）以下哪種塔板類型的操作彈性最大？（）A.篩板塔B.浮閥塔C.泡罩塔D.舌形塔答案：B（浮閥可隨氣速變化調(diào)整開度，彈性較篩板、泡罩更優(yōu)）（9）若精餾塔操作中，塔頂冷凝器冷卻介質(zhì)流量不足，會導(dǎo)致（）。A.塔頂溫度下降B.塔頂產(chǎn)品純度下降C.塔底溫度下降D.回流比增大答案：B（冷卻不足→冷凝量減少→回流液減少→塔頂重組分積累，純度下降）（10）對于理想物系，相平衡方程可表示為y=αx/[1+(α-1)x]，其中α為相對揮發(fā)度。當(dāng)x=0.5，α=2時，y=（）。A.0.667B.0.5C.0.75D.0.8答案：A（代入計算：y=2×0.5/[1+(2-1)×0.5]=1/1.5≈0.667）2.填空題（每空1分，共20分）（1）精餾操作的必要條件是（）和（）。答案：塔頂液相回流；塔底氣相回流（或上升蒸汽）（2）相對揮發(fā)度α的定義式為（），當(dāng)α＞1時，組分（）揮發(fā)。答案：α=(y_A/x_A)/(y_B/x_B)或α=P_A^0/P_B^0（理想物系）；A比B更（3）全塔物料衡算的基本方程為（）和（）。答案：F=D+W；F·x_F=D·x_D+W·x_W（4）進料熱狀態(tài)參數(shù)q的物理意義是（），冷液進料時q（）1（填“＞”“＜”或“=”）。答案：1kmol進料變?yōu)轱柡驼羝锜崃颗c進料的摩爾汽化潛熱之比；＞（5）理論板的定義是（），實際塔板效率η=（）。答案：氣液兩相在板上接觸后達到相平衡的理想板；（實際板的傳質(zhì)效果/理論板效果）或η=N_T/N_P（全塔效率）（6）精餾段操作線方程為y=(R/(R+1))x+x_D/(R+1)，其截距為（）；提餾段操作線方程與（）和（）有關(guān)。答案：x_D/(R+1)；進料熱狀態(tài)q；塔底產(chǎn)品組成x_W（7）最小回流比Rmin的計算方法，對于理想物系可用（）法，公式為（）。答案：圖解法或解析法；Rmin=(x_D-y_q)/(y_q-x_q)（y_q為進料q線與平衡線交點的氣相組成）（8）塔板上氣液接觸的三種狀態(tài)是（）、（）和（），工業(yè)操作?？刂圃冢ǎ顟B(tài)。答案：鼓泡接觸；泡沫接觸；噴射接觸；泡沫接觸3.簡答題（每題6分，共30分）（1）簡述精餾與簡單蒸餾的主要區(qū)別。答案：①精餾是多次部分汽化與部分冷凝的聯(lián)合過程，簡單蒸餾為單次汽化；②精餾可得到高純度的塔頂和塔底產(chǎn)品，簡單蒸餾僅得到易揮發(fā)組分富集的餾出液和難揮發(fā)組分富集的釜液；③精餾需塔頂液相回流和塔底氣相回流，簡單蒸餾無回流；④精餾為連續(xù)操作，簡單蒸餾多為間歇操作。（2）解釋“恒摩爾流假設(shè)”的內(nèi)容及適用條件。答案：內(nèi)容：①在精餾段內(nèi)，每層塔板上升的氣相摩爾流量V相等；②在提餾段內(nèi)，每層塔板下降的液相摩爾流量L相等；③精餾段與提餾段的V、L可能不同（因進料影響）。適用條件：組分的摩爾汽化潛熱相近（如苯-甲苯體系），塔內(nèi)熱量損失可忽略，氣液接觸時溫度變化?。o顯著熱效應(yīng)）。（3）進料位置對精餾操作有何影響？為何要選擇最佳進料位置？答案：影響：進料位置過高（靠近塔頂），會導(dǎo)致提餾段理論板數(shù)不足，塔底產(chǎn)品中輕組分含量增加；進料位置過低（靠近塔底），精餾段理論板數(shù)不足，塔頂產(chǎn)品中重組分含量增加。最佳進料位置是指進料組成與進料板的液相組成相近（或進料的q線與操作線交點處），此時理論板數(shù)最少，可避免因板數(shù)浪費導(dǎo)致的能耗增加或產(chǎn)品不合格。（4）分析回流比對精餾操作的影響（從理論板數(shù)、能耗、操作彈性三方面）。答案：①理論板數(shù)：回流比R增大，理論板數(shù)N減少（R≥Rmin時，N隨R增大而減小，趨近于全回流時的最小板數(shù)Nmin）；②能耗：R增大，塔頂冷凝器和塔底再沸器的熱負荷增加（需更多冷量冷凝回流液，更多熱量汽化上升蒸汽），操作成本升高；③操作彈性：R過?。ń咏黂min）時，操作不穩(wěn)定，易受干擾導(dǎo)致產(chǎn)品不合格；R過大則設(shè)備投資（如塔徑、換熱器面積）增加，但操作彈性增大（抗干擾能力增強）。（5）簡述浮閥塔板的結(jié)構(gòu)特點及優(yōu)缺點。答案：結(jié)構(gòu)特點：塔板上開有閥孔，閥孔上覆蓋可上下浮動的浮閥（如F1型浮閥），浮閥可隨氣速變化自動調(diào)整開度，控制氣體流速。優(yōu)點：①操作彈性大（氣速范圍寬）；②塔板效率高（氣液接觸均勻）；③壓降低（比泡罩塔低）；④制造安裝方便（比泡罩塔簡單）。缺點：①浮閥易磨損或卡死（長期使用后）；②閥孔易堵塞（處理含固體顆粒物料時需注意）；③造價高于篩板塔。4.計算題（共30分）（1）（10分）某連續(xù)精餾塔分離苯-甲苯混合液，原料液流量F=100kmol/h，x_F=0.4（苯的摩爾分數(shù)，下同），要求塔頂產(chǎn)品x_D=0.95，塔底產(chǎn)品x_W=0.05。假設(shè)為泡點進料（q=1），操作回流比R=2.5，物系符合拉烏爾定律，苯的飽和蒸汽壓P_A^0=100kPa，甲苯的飽和蒸汽壓P_B^0=40kPa（操作壓力為101.3kPa）。①計算塔頂采出量D和塔底采出量W；②計算相對揮發(fā)度α；③寫出精餾段操作線方程。答案：①全塔物料衡算：F=D+W→100=D+WF·x_F=D·x_D+W·x_W→100×0.4=0.95D+0.05W聯(lián)立解得：D=(100×0.4-100×0.05)/(0.95-0.05)=35/0.9≈38.89kmol/hW=100-38.89≈61.11kmol/h②理想物系相對揮發(fā)度α=P_A^0/P_B^0=100/40=2.5③精餾段操作線方程：y=(R/(R+1))x+x_D/(R+1)=(2.5/3.5)x+0.95/3.5≈0.714x+0.271（2）（10分）某二元精餾塔在全回流條件下操作，測得塔頂?shù)谝粔K板下降的液相組成為x_1=0.85（輕組分摩爾分數(shù)），第二塊板上升的氣相組成為y_2=0.78，物系相對揮發(fā)度α=2.0。①計算第一塊板的氣相組成y_1；②計算第二塊板的液相組成x_2；③若該塔的全塔效率η=0.6，求實際塔板數(shù)（包括塔釜）。答案：①全回流時，操作線方程為y=x（因R→∞，操作線與對角線重合），但實際塔板上氣液平衡需滿足相平衡方程y=αx/[1+(α-1)x]。塔頂?shù)谝粔K板為理論板（假設(shè)），則y_1與x_1平衡：y_1=αx_1/[1+(α-1)x_1]=2×0.85/[1+1×0.85]=1.7/1.85≈0.919②第二塊板上升的氣相y_2與第二塊板下降的液相x_2平衡（假設(shè)第二塊板為理論板），則：y_2=αx_2/[1+(α-1)x_2]→0.78=2x_2/(1+x_2)解得：2x_2=0.78(1+x_2)→2x_2=0.78+0.78x_2→1.22x_2=0.78→x_2≈0.639③全回流時，最少理論板數(shù)Nmin可通過逐板計算或Fenske方程。假設(shè)塔頂為第一塊板，塔釜為再沸器（相當(dāng)于一塊理論板）。已知x_D=x_0（塔頂蒸汽組成，全凝器后x_D=y_1=0.919？需確認題目條件。若全回流時塔頂蒸汽組成y_1與x_D相等，假設(shè)x_D=0.95（通常設(shè)定），則用Fenske方程：Nmin+1=log[(x_D/(1-x_D))((1-x_W)/x_W)]/logα題目未給x_W，可能需通過逐板計算理論板數(shù)。假設(shè)從塔頂開始，x_0=x_D=0.95（全凝器液相），y_1=x_0=0.95（全回流操作線y=x），則x_1=y_1/(α-(α-1)y_1)=0.95/(2-1×0.95)=0.95/1.05≈0.905（與題目中x_1=0.85不符，可能題目中x_1為實際板液相組成）。題目中給出x_1=0.85（實際板液相），y_2=0.78（實際板上升氣相），則單板效率E_ML=(x_n-1-x_n)/(x_n-1-x_n^)，但可能題目簡化為理論板數(shù)N_T=實際板數(shù)N_P×η。若全回流下理論板數(shù)N_T=3（塔頂1塊，中間1塊，塔釜1塊），則實際板數(shù)N_P=N_T/η=3/0.6=5塊（含塔釜）。（3）（10分）某精餾塔分離甲醇-水混合液，原料液流量F=200kmol/h，x_F=0.3（甲醇摩爾分數(shù)），進料為氣液混合態(tài)（q=0.5），塔頂產(chǎn)品x_D=0.95，塔底產(chǎn)品x_W=0.02，操作回流比R=1.5Rmin。已知物系在操作條件下的相平衡數(shù)據(jù)如下（x為液相組成，y為氣相組成）：x|0.1|0.2|0.3|0.4|0.5y|0.45|0.65|0.78|0.85|0.90①用圖解法求最小回流比Rmin；②計算實際回流比R；③若全塔效率η=0.5，求實際塔板數(shù)（包括塔釜）。答案：①圖解法步驟：-繪制相平衡曲線（根據(jù)給定數(shù)據(jù)）；-確定q線方程：q=0.5，q線斜率=q/(q-1)=0.5/(-0.5)=-1，截距=x_F/(q-1)=0.3/(-0.5)=-0.6，故q線方程y=-x-0.6（錯誤，正確q線方程應(yīng)為y=q/(q-1)x-x_F/(q-1)，即y=(0.5/-0.5)x-0.3/-0.5→y=-x+0.6）；-找到q線與相平衡曲線的交點（q點）：聯(lián)立y=-x+0.6和相平衡數(shù)據(jù)，當(dāng)x=0.3時，y=0.78（相平衡數(shù)據(jù)），而q線在x=0.3時y=-0.3+0.6=0.3（矛盾，需重新計算q線方程：q線方程為y=[q/(q-1)]x-[x_F/(q-1)]，代入q=0.5，x_F=0.3，得y=(0.5/-0.5)x-(0.3/-0.5)→y=-x+0.6。在相平衡曲線上找q點，即q線與平衡線的交點。假設(shè)平衡線在x=0.2時y=0.65，q線在x=0.2時y=-0.2+0.6=0.4（小于0.65）；x=0.4時，平衡線y=0.85，q線y=-0.4+0.6=0.2（仍?。??？赡茴}目數(shù)據(jù)為簡化，假設(shè)q點為(x_q,y_q)=(0.25,0.6)（需根據(jù)實際平衡數(shù)據(jù)修正）。-最小回流比Rmin=(x_D-y_q)/(y_q-x_q)，假設(shè)q點(x_q,y_q)=(0.2,0.65)（x=0.2時y=0.65，q線在x=0.2時y=-0.2+0.6=0.4，不重合；實際應(yīng)通過平衡線和q線交點確定，正確交點需解方程y=αx/[1+(α-1)x]和y=-x+0.6。假設(shè)α=3（甲醇-水體系α≈4-5，此處簡化），則y=3x/(1+2x)，聯(lián)立3x/(1+2x)=-x+0.6→3x=(-x+0.6)(1+2x)=-x-2x2+0.6+1.2x→3x=0.6+0.2x-2x2→2x2+2.8x-0.6=0→x=(-2.8±√(7.84+4.8))/4=(-2.8±√12.64)/4≈(-2.8+3.56)/4≈0.19，y≈-0.19+0.6=0.41（與給定平衡數(shù)據(jù)不符，可能題目數(shù)據(jù)為示例，直接取q點為(x_q,y_q)=(0.3,0.78)（x_F=0.3時的平衡y=0.78），則Rmin=(0.95-0.78)/(0.78-0.3)=0.17/0.48≈0.354。②實際回流比R=1.5×0.354≈0.531③理論板數(shù)計算：用逐板法，從塔頂開始，x_D=0.95（全凝器液相），精餾段操作線y=(R/(R+1))x+x_D/(R+1)=0.531/1.531x+0.95/1.531≈0.347x+0.620。第一塊板：y_1=x_D=0.95（全回流？不，實際R=0.531