化工原理考試題及答案(精餾)一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在連續(xù)精餾塔中，若進料為飽和液體，則進料板的氣相組成與液相組成的關(guān)系為：A.y_F=x_FB.y_F>x_FC.y_F<x_FD.無法確定答案：B解析：飽和液體進料時，進料板液相組成x_F與氣相組成y_F滿足平衡關(guān)系，對于理想物系，y_F=αx_F/[1+(α-1)x_F]，因α>1，故y_F>x_F。2.某二元理想物系相對揮發(fā)度α=2.5，塔頂產(chǎn)品x_D=0.95，塔釜x_W=0.05，若采用全凝器，則塔頂?shù)谝粔K理論板上升蒸氣組成y_1為：A.0.95B.0.974C.0.926D.0.90答案：B解析：全凝器意味著y_1=x_D=0.95，但第一塊板上升蒸氣與回流液平衡，y_1=αx_D/[1+(α-1)x_D]=2.5×0.95/(1+1.5×0.95)=0.974。3.在精餾塔設(shè)計中，若回流比R增大，則：A.塔板數(shù)減少，能耗降低B.塔板數(shù)減少，能耗增加C.塔板數(shù)增加，能耗降低D.塔板數(shù)增加，能耗增加答案：B解析：回流比增大，操作線遠離平衡線，傳質(zhì)推動力增大，所需理論板數(shù)減少，但上升蒸氣量V=(R+1)D增大，再沸器與冷凝器熱負荷增加，能耗上升。4.當(dāng)進料熱狀態(tài)參數(shù)q=0.5時，其物理意義為：A.每摩爾進料含0.5摩爾飽和液體B.每摩爾進料含0.5摩爾飽和蒸氣C.進料中液相分率為0.5D.進料溫度等于泡點與露點平均值答案：C解析：q定義為進料中液相分率，q=0.5表示進料為氣液混合物，液相占50%。5.若塔頂采用分凝器，則分凝器出口氣相組成y_D與液相組成x_R關(guān)系為：A.y_D=x_RB.y_D與x_R平衡C.y_D=x_DD.y_D與x_R無關(guān)答案：B解析：分凝器相當(dāng)于一塊理論板，出口氣液兩相平衡，y_D與x_R滿足平衡關(guān)系。6.在McCabe-Thiele圖解法中，q線斜率為：A.q/(q-1)B.(q-1)/qC.-q/(1-q)D.1/q答案：C解析：q線方程y=[q/(q-1)]xx_F/(q-1)，斜率為q/(q-1)=-q/(1-q)。7.若塔頂產(chǎn)品純度要求x_D從0.95提高到0.98，其他條件不變，則最小回流比R_min將：A.增大B.減小C.不變D.先增后減答案：A解析：R_min=(x_D-y_q)/(y_q-x_q)，x_D增大，y_q不變，分子增大，R_min增大。8.當(dāng)塔板效率E_mv=0.7時，若理論板數(shù)為10，則實際板數(shù)約為：A.7B.14C.10D.20答案：B解析：實際板數(shù)N_p=N_t/E_mv=10/0.7≈14.3，取14。9.在精餾塔中，若發(fā)現(xiàn)塔頂溫度升高，可能原因是：A.回流比增大B.進料中輕組分減少C.塔釜加熱蒸汽量減少D.塔頂壓力降低答案：B解析：塔頂溫度與輕組分濃度負相關(guān)，輕組分減少，泡點升高，溫度上升。10.若采用直接蒸汽加熱，則塔釜物料衡算中：A.蒸汽量S=WB.蒸汽量S=L'C.蒸汽量S=V'D.蒸汽量S=D答案：C解析：直接蒸汽加熱時，上升蒸氣量V'=S，塔釜液相流量L'=W+S。二、填空題（每空2分，共20分）11.某精餾塔分離苯-甲苯物系，α=2.47，x_D=0.98，x_W=0.03，飽和液體進料x_F=0.45，則最小回流比R_min=______。答案：1.032解析：q=1，q線垂直，與平衡線交點y_q=αx_F/[1+(α-1)x_F]=0.669，R_min=(x_D-y_q)/(y_q-x_F)=1.032。12.若塔頂?shù)谝粔K板液相組成x_1=0.92，α=2.5，則上升蒸氣組成y_1=______。答案：0.966解析：y_1=2.5×0.92/(1+1.5×0.92)=0.966。13.當(dāng)回流比R=2.5R_min時，若R_min=1.2，則實際回流比R=______。答案：3.0解析：R=2.5×1.2=3.0。14.若塔頂采出率D/F=0.4，進料F=100kmol/h，則塔頂產(chǎn)品流量D=______kmol/h。答案：40解析：D=0.4×100=40kmol/h。15.在精餾塔中，若提餾段操作線斜率為1.5，則L'/V'=______。答案：1.5解析：提餾段操作線方程y=(L'/V')x(W/V')x_W，斜率即L'/V'。16.若塔頂冷凝器為全凝器，回流液溫度低于泡點，則實際回流比將______設(shè)計回流比。答案：大于解析：冷回流導(dǎo)致內(nèi)回流增大，實際回流比高于設(shè)計值。17.當(dāng)塔板發(fā)生液泛時，板壓降將______。答案：急劇增大解析：液泛時液體被氣體攜帶向上，板壓降突然升高。18.若進料中輕組分濃度x_F降低，為保持x_D不變，應(yīng)______回流比。答案：增大解析：x_F降低，分離難度增大，需提高回流比維持純度。19.在精餾塔中，若塔釜溫度升高，則x_W將______。答案：降低解析：溫度升高，輕組分揮發(fā)加劇，釜液輕組分減少，x_W降低。20.若采用間歇精餾，隨著操作進行，塔頂產(chǎn)品純度將______。答案：逐漸降低解析：釜液輕組分減少，塔頂產(chǎn)品純度下降。三、計算題（共60分）21.（15分）某連續(xù)精餾塔分離A-B理想混合物，α=2.8，進料F=150kmol/h，x_F=0.4，飽和液體進料，要求x_D=0.97，x_W=0.02，塔頂為全凝器，回流比R=2.0R_min。求：（1）最小回流比R_min；（2）實際回流比R；（3）精餾段操作線方程；（4）提餾段操作線方程；（5）理論板數(shù)（圖解法需描述步驟，計算法需給出結(jié)果）。解：（1）q=1，q線x=0.4，與平衡線交點：y_q=2.8×0.4/(1+1.8×0.4)=0.651R_min=(0.97-0.651)/(0.651-0.4)=1.273（2）R=2.0×1.273=2.546（3）精餾段操作線：y=[R/(R+1)]x+x_D/(R+1)=0.718x+0.273（4）物料衡算：F=D+W→150=D+WFx_F=Dx_D+Wx_W→150×0.4=0.97D+0.02W解得D=59.4kmol/h，W=90.6kmol/hL=RD=2.546×59.4=151.2kmol/hV=(R+1)D=3.546×59.4=210.6kmol/hL'=L+qF=151.2+150=301.2kmol/hV'=V-(1-q)F=210.6kmol/h提餾段操作線：y=(L'/V')x(W/V')x_W=1.430x0.0086（5）McCabe-Thiele圖解：從(0.97,0.97)開始，階梯作圖，交q線于(0.4,0.651)，繼續(xù)至(0.02,0.02)，得理論板數(shù)N_t=7.8≈8塊，進料板為第4塊。22.（15分）某精餾塔分離苯-甲苯，α=2.47，x_D=0.95，x_W=0.05，進料x_F=0.45，q=0.5，R=2.0。求：（1）q線方程；（2）精餾段與提餾段操作線交點坐標；（3）若板效率E_o=0.65，求實際板數(shù)；（4）若塔頂冷凝器冷卻水進口20℃，出口35℃，苯汽化潛熱r=30.8kJ/mol，求冷卻水用量（kmol/h），D=50kmol/h。解：（1）q線：y=[q/(q-1)]xx_F/(q-1)=-x+0.9（2）平衡線與q線交點：y=2.47x/(1+1.47x)與y=-x+0.9聯(lián)立，解得x=0.345，y=0.555（3）圖解理論板數(shù)N_t=6.2，實際板數(shù)N_p=6.2/0.65=9.5≈10塊（4）冷凝器熱負荷Q_c=Vr=(R+1)Dr=3×50×30.8=4620kJ/h冷卻水用量m=Q_c/(c_pΔT)=4620/(75.3×15)=4.09kmol/h（c_p=75.3J/mol·K）23.（15分）某塔分離乙醇-水，x_F=0.3，F(xiàn)=100kmol/h，x_D=0.8，x_W=0.05，R=3.0，飽和液體進料，平衡數(shù)據(jù)給定：x:0.050.10.20.30.40.50.60.70.80.9y:0.330.430.530.580.620.660.700.750.820.90求：（1）理論板數(shù)（圖解）；（2）若塔釜采用間接蒸汽，求蒸汽量（kmol/h）；（3）若改為直接蒸汽加熱，保持x_W=0.05，求所需蒸汽量S（kmol/h）及新W。解：（1）物料衡算：0.3×100=0.8D+0.05W，D+W=100→D=33.3kmol/h，W=66.7kmol/h精餾段操作線：y=0.75x+0.2從(0.8,0.8)階梯作圖，交q線x=0.3，繼續(xù)至x=0.05，得N_t=7.5塊，進料板第4塊。（2）間接蒸汽：V'=L'=L+qF=RD+F=3×33.3+100=199.9kmol/h（3）直接蒸汽：物料衡算變?yōu)镕+S=D+W'，F(xiàn)x_F=Dx_D+W'x_W，V'=S解得S=66.7kmol/h，W'=133.3kmol/h。24.（15分）某塔分離二元理想物系，α=3.0，x_D=0.99，x_W=0.01，x_F=0.5，q=1.2（過冷液體），R=3.0，F(xiàn)=200kmol/h。求：（1）q線方程；（2）最小回流比R_min；（3）若塔頂設(shè)置分凝器，分凝器出口氣相組成y_D=0.99，求回流液組成x_R；（4）若塔釜再沸器汽化率v=0.6，求再沸器出口氣相組成y_W；（5）若塔板效率E_mv=0.7，求實際板數(shù)。解：（1）q=1.2，q線：y=[1.2/0.2]x0.5/0.2=6x2.5（2）q