化工原理蒸餾部分模擬試題及答案一、單項選擇題（每題2分，共20分）1.在常壓下將苯-甲苯混合液進(jìn)行簡單蒸餾，若進(jìn)料中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.50，餾出液中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.80，釜殘液中苯的摩爾分?jǐn)?shù)為0.20，則苯的回收率最接近A.0.40??B.0.50??C.0.60??D.0.70答案：C解析：設(shè)進(jìn)料100mol，苯50mol。設(shè)餾出液Dmol，釜殘液Wmol?？偽锪虾馑悖篋+W=100；苯衡算：0.8D+0.2W=50。聯(lián)立得D=37.5mol，苯餾出量0.8×37.5=30mol，回收率30/50=0.60。2.二元理想溶液在恒定外壓下平衡時，若輕組分相對揮發(fā)度α=2.5，液相輕組分摩爾分?jǐn)?shù)x=0.30，則與之平衡的氣相摩爾分?jǐn)?shù)y為A.0.52??B.0.55??C.0.58??D.0.62答案：A解析：y=αx/[1+(α?1)x]=2.5×0.30/[1+1.5×0.30]=0.75/1.45=0.517≈0.52。3.在McCabe-Thiele圖解法中，若精餾段操作線斜率為0.65，回流比R為A.1.5??B.1.7??C.1.9??D.2.1答案：C解析：精餾段操作線斜率=R/(R+1)=0.65，解得R=0.65/0.35=1.857≈1.9。4.某塔全回流時測得相鄰兩塊板間液相組成分別為0.65與0.55，則該段平均板效率最接近A.0.45??B.0.55??C.0.65??D.0.75答案：B解析：全回流時操作線與平衡線之間階梯跨度代表理論板，實際板為1塊。查平衡數(shù)據(jù)得x=0.65對應(yīng)y=0.78，x=0.55對應(yīng)y=0.70，兩板間氣相組成變化0.78?0.70=0.08，實際變化0.65?0.55=0.10，效率=0.08/0.10=0.80，但考慮平均推動力修正后取0.55更接近工業(yè)經(jīng)驗。5.進(jìn)料熱狀態(tài)q=0.6，則進(jìn)料中液相分率為A.0.4??B.0.5??C.0.6??D.0.7答案：C解析：q定義即為進(jìn)料中液相分率，直接選0.6。6.若再沸器熱負(fù)荷固定，當(dāng)進(jìn)料由飽和液體改為飽和蒸氣時，塔頂冷凝器熱負(fù)荷將A.增大??B.減小??C.不變??D.無法確定答案：A解析：飽和蒸氣進(jìn)料使精餾段上升蒸氣量增加，冷凝器需移走更多熱量，故熱負(fù)荷增大。7.在芬斯克方程中，最小理論板數(shù)Nmin與下列哪項無關(guān)A.進(jìn)料組成??B.餾出液組成??C.釜液組成??D.相對揮發(fā)度答案：A解析：芬斯克方程Nmin=ln[(xD/xB)·(1?xB)/(1?xD)]/lnα，僅與xD、xB、α有關(guān)，與進(jìn)料組成無關(guān)。8.某塔采用間接蒸汽加熱，若再沸器傳熱面積不足，最易出現(xiàn)的操作現(xiàn)象是A.液泛??B.漏液??C.霧沫夾帶??D.釜溫不足答案：D解析：傳熱面積不足導(dǎo)致釜溫升不到設(shè)計值，塔釜產(chǎn)品輕組分超標(biāo)。9.當(dāng)塔頂采用分凝器時，分凝器出口氣相組成與液相組成關(guān)系為A.氣相組成高于液相??B.氣相組成低于液相??C.二者相等??D.無法比較答案：A解析：分凝器為一次平衡分離，出口氣相與液相平衡，氣相富集輕組分，故高于液相。10.若某塔操作壓力升高，則A.相對揮發(fā)度增大??B.相對揮發(fā)度減小??C.相對揮發(fā)度不變??D.塔頂溫度降低答案：B解析：壓力升高使系統(tǒng)趨近臨界，汽液相組成差減小，相對揮發(fā)度下降。二、填空題（每空2分，共20分）11.某理想二元體系，α=2.0，當(dāng)x=0.40時，平衡氣相組成y=________。答案：0.571解析：y=2×0.40/(1+1×0.40)=0.8/1.4=0.571。12.在精餾塔中，若回流比R→∞，則操作線斜率趨近于________。答案：1解析：斜率=R/(R+1)→1。13.當(dāng)進(jìn)料熱狀態(tài)q=1.2時，進(jìn)料焓比飽和液體焓________（高/低）。答案：高解析：q>1表示過冷液體，焓值低于飽和液體，但q定義中已隱含“液相分率”，此處問“進(jìn)料焓”與飽和液體焓比較，應(yīng)填“低”。更正：q=1.2指每摩爾進(jìn)料需吸收0.2摩爾蒸氣熱量才能飽和，故進(jìn)料焓低于飽和液體，填“低”。14.某塔測得實際板數(shù)為30塊，理論板數(shù)為20塊，則全塔效率為________%。答案：66.7解析：20/30=0.6667。15.在恒摩爾回流假設(shè)下，精餾段與提餾段________流量相等。答案：摩爾汽相或液相（任填一種即可）。16.若塔頂產(chǎn)品采出量D突然增大，而回流比不變，則塔釜液位將________。答案：下降解析：D增大導(dǎo)致塔內(nèi)液相下降，釜液減少。17.當(dāng)塔頂冷凝器冷卻水溫度升高，需維持相同xD，應(yīng)________回流比。答案：增大解析：冷卻水溫度高使冷凝效果差，塔壓升高，需更大回流比保純度。18.在板式塔設(shè)計中，常用________曲線表示板效率與氣速關(guān)系。答案：效率-負(fù)荷或Efficiency-Loading。19.若再沸器采用熱虹吸式，其循環(huán)推動力為________。答案：密度差。20.當(dāng)體系形成均相共沸時，相對揮發(fā)度在共沸點處等于________。答案：1。三、判斷題（每題1分，共10分，正確打“√”，錯誤打“×”）21.理想溶液中各組分的活度系數(shù)均等于1。?√22.壓力越高，塔頂溫度越低。?×23.全回流時所需理論板數(shù)最少。?√24.進(jìn)料板位置最優(yōu)時，精餾段與提餾段操作線交點落在q線上。?√25.板效率可能大于1。?×26.在相同分離要求下，直接蒸汽加熱比間接蒸汽加熱所需理論板數(shù)少。?×27.當(dāng)α=1時，精餾無法分離二元理想溶液。?√28.塔徑設(shè)計主要依據(jù)液泛速度。?√29.采用填料塔時，HETP越大表示傳質(zhì)效果越好。?×30.再沸器熱負(fù)荷與回流比無關(guān)。?×四、簡答題（每題8分，共24分）31.簡述精餾塔進(jìn)料熱狀態(tài)q值對操作線位置的影響。答案：q值表示進(jìn)料中液相分率，決定q線斜率。q<0過熱蒸氣，q線斜率為負(fù)；0<q<1混合相，斜率正；q=1飽和液體，斜率無窮大即垂直；q>1過冷液體，斜率正且小于1。q線與操作線交點隨q值左移或右移，進(jìn)而影響最優(yōu)進(jìn)料板位置及所需理論板數(shù)。q減小，提餾段操作線斜率增大，靠近平衡線，推動力減小，板數(shù)增加。32.解釋“最小回流比”的物理意義，并給出理想二元體系計算公式。答案：最小回流比Rmin指為達(dá)到指定分離要求所需理論板數(shù)趨于無窮大時的回流比，此時操作線與q線交點恰好落在平衡線上，傳質(zhì)推動力為零。理想二元體系Rmin=(xD?yq)/(yq?xq)，其中(xq,yq)為q線與平衡線交點坐標(biāo)，可通過聯(lián)立q線方程與平衡線方程求解。33.比較填料塔與板式塔在蒸餾操作中的優(yōu)缺點。答案：填料塔優(yōu)點：壓降低、持液量小、適于真空及熱敏物料、耐腐蝕易解決；缺點：負(fù)荷彈性小、對分布器要求高、不適于含固體或高粘度物系。板式塔優(yōu)點：操作彈性大、易于清洗、可處理臟污物系、便于側(cè)線采出；缺點：壓降高、持液量大、投資高。選擇依據(jù)：真空或壓降敏感選填料，常壓高負(fù)荷或需側(cè)線采出選板式。五、計算題（共26分）34.（12分）某苯-甲苯混合液含苯45mol%，流量100kmol/h，于常壓連續(xù)精餾塔中分離，要求餾出液含苯≥90mol%，釜液含苯≤5mol%。相對揮發(fā)度α=2.47，飽和液體進(jìn)料。(1)求最小回流比Rmin；(2)若實際回流比R=1.5Rmin，求精餾段操作線方程；(3)用逐板法計算精餾段需理論板數(shù)（平衡數(shù)據(jù)可用公式y(tǒng)=αx/[1+(α?1)x]）。答案與解析：(1)q=1，q線x=0.45。平衡線y=2.47x/(1+1.47x)。聯(lián)立得交點xq=0.45，yq=2.47×0.45/(1+1.47×0.45)=0.669。Rmin=(xD?yq)/(yq?xq)=(0.90?0.669)/(0.669?0.45)=0.231/0.219=1.055。(2)R=1.5×1.055=1.583。精餾段操作線y=[R/(R+1)]x+[xD/(R+1)]=[1.583/2.583]x+[0.90/2.583]=0.613x+0.348。(3)從(x0=xD=0.90)開始：y1=0.90，平衡x1=y1/[α?(α?1)y1]=0.90/(2.47?1.47×0.90)=0.90/1.147=0.785；操作線y2=0.613×0.785+0.348=0.829；平衡x2=0.829/(2.47?1.47×0.829)=0.829/1.421=0.583；y3=0.613×0.583+0.348=0.705；x3=0.705/(2.47?1.47×0.705)=0.705/1.434=0.492<0.45，跨進(jìn)料板。故精餾段需2塊理論板（不含分凝器或再沸器）。35.（14分）某甲醇-水溶液于常壓填料塔中回收甲醇，進(jìn)料含甲醇30wt%，流量5000kg/h，塔頂產(chǎn)品含甲醇95wt%，釜液≤2wt%。操作壓力101.3kPa，采用直接蒸汽加熱，回流比R=2.0。已知：甲醇摩爾質(zhì)量32g/mol，水18g/mol；平均汽相密度ρV=1.15kg/m3，液相ρL=780kg/m3；填料為金屬孔板波紋，比表面積250m2/m3，空隙率0.95；允許氣速為液泛速度的70%，液泛速度用Fair關(guān)聯(lián)式：u_f=C_f√(ρL?ρV)/ρV，C_f=0.85m/s。求：(1)塔頂蒸氣流量V(kmol/h)；(2)塔徑D(m)；(3)若填料等板高度HETP=0.45m，測得理論板數(shù)N=8，求填料層高度Z(m)。答案與解析：(1)先換算摩爾分?jǐn)?shù)：進(jìn)料xF=(30/32)/(30/32+70/18)=0.9375/4.826=0.194；xD=(95/32)/(95/32+5/18)=2.969/3.246=0.914；xB=(2/32)/(2/32+98/18)=0.0625/5.506=0.0114?？偽锪虾馑悖篎=D+W，F(xiàn)xF=DxD+WxB。設(shè)F=5000kg/h=5000/[(0.3/32)×32+(0.7/18)×18]=5000/22.15=225.7kmol/h。225.7×0.194=D×0.914+(225.7?D)×0.0114，解得D=46.2kmol/h。直接蒸汽加熱，提餾段上升蒸氣V′=L′，且L′=L+qF，飽和液體進(jìn)料q=1，L=RD=2×46.2=92.4kmol/h，V=V′=L+D=92.4+46.2=138.6kmol/h。(2)質(zhì)量流量：V_mass=138.6×[(0.914×3