2026年化工單元操作精餾考試題及答案1.（單選）在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物，進(jìn)料組成xF=0.45（苯摩爾分?jǐn)?shù)，下同），泡點(diǎn)進(jìn)料，要求塔頂xD=0.98，塔底xW=0.03。已知相對(duì)揮發(fā)度α=2.46，最小回流比Rmin為下列何值？A.1.02?B.1.38?C.1.64?D.1.95答案：B解析：泡點(diǎn)進(jìn)料q=1，q線與平衡線交點(diǎn)坐標(biāo)xq=xF=0.45，yq=αxq/[1+(α?1)xq]=2.46×0.45/(1+1.46×0.45)=0.668，Rmin=(xD?yq)/(yq?xq)=(0.98?0.668)/(0.668?0.45)=1.38。2.（單選）若上題改用冷液進(jìn)料q=1.3，則Rmin將A.增大?B.減小?C.不變?D.無法判斷答案：A解析：q>1時(shí)，q線斜率q/(q?1)=1.3/0.3=4.33，與平衡線交點(diǎn)右移，yq升高，(xD?yq)減小而(yq?xq)增大，分子減小分母增大雙重效應(yīng)使Rmin增大。3.（單選）在McCabe-Thiele圖解法中，若精餾段操作線斜率為0.65，則回流比R為A.0.65?B.1.0?C.1.86?D.2.33答案：C解析：精餾段操作線斜率=R/(R+1)=0.65，解得R=0.65/(1?0.65)=1.86。4.（單選）全回流下理論板數(shù)Nmin與芬斯克方程計(jì)算值相比A.相等?B.大10%?C.小5%?D.小20%答案：A解析：芬斯克方程正是在全回流條件下導(dǎo)出，兩者完全一致。5.（單選）當(dāng)塔頂采用分凝器時(shí)，分凝器相當(dāng)于A.一塊理論板?B.半塊理論板?C.兩塊理論板?D.無分離作用答案：A解析：分凝器內(nèi)氣液一次平衡，等效于一塊理論板。6.（單選）在多元精餾中，輕關(guān)鍵組分LK的回收率ηLK=0.96，重關(guān)鍵組分HK的回收率ηHK=0.04，則清晰分割判據(jù)A.滿足?B.不滿足?C.需看非關(guān)鍵組分?D.無法判斷答案：A解析：ηLK→1、ηHK→0，符合清晰分割定義。7.（單選）若再沸器熱負(fù)荷QR=2.8×10^7kJ·h?1，潛熱λ=320kJ·kg?1，則塔底蒸汽量V′為A.8.75×10^4kg·h?1?B.8.75×10^3kg·h?1?C.8.75×10^5kg·h?1?D.8.75kg·h?1答案：A解析：V′=QR/λ=2.8×10^7/320=8.75×10^4kg·h?1。8.（單選）在板式塔設(shè)計(jì)中，若液泛氣速uf=2.1m·s?1，取安全系數(shù)0.7，則設(shè)計(jì)空塔氣速為A.1.47m·s?1?B.2.1m·s?1?C.3.0m·s?1?D.0.34m·s?1答案：A解析：u=0.7uf=0.7×2.1=1.47m·s?1。9.（單選）篩板塔漏液點(diǎn)氣速uh與板厚δ、孔徑d0的關(guān)系為A.uh∝δ^0.5d0^?0.2?B.uh∝δ^?0.5d0^0.2?C.uh∝δ^0.2d0^?0.5?D.uh與δ、d0無關(guān)答案：A解析：漏液點(diǎn)關(guān)聯(lián)式uh=C[ρL/ρG]^0.5·(δ/d0)^0.5·d0^?0.2，指數(shù)關(guān)系如A所示。10.（單選）當(dāng)塔頂壓力從101kPa降至50kPa時(shí)，相對(duì)揮發(fā)度α將A.顯著增大?B.顯著減小?C.幾乎不變?D.先增后減答案：A解析：低壓下汽相非理想性減弱，泡點(diǎn)降低，α隨溫度下降而顯著增大。11.（單選）采用熱泵精餾時(shí)，若壓縮機(jī)絕熱效率ηc=0.75，溫升ΔT=18℃，則壓縮機(jī)出口溫度較進(jìn)口升高A.18℃?B.24℃?C.13.5℃?D.無法確定答案：B解析：ΔTactual=ΔT/ηc=18/0.75=24℃。12.（單選）在萃取精餾中，若溶劑比S/F增大，則塔頂產(chǎn)品純度將A.提高?B.降低?C.不變?D.先升后降答案：A解析：溶劑比增大，相對(duì)揮發(fā)度提高，分離能力增強(qiáng)。13.（單選）若進(jìn)料熱狀態(tài)參數(shù)q=0.6，則進(jìn)料板氣相流量V與精餾段V關(guān)系為A.V=V?B.V=V(1?q)?C.V=V+Fq?D.V=V+F(1?q)答案：D解析：q線物料衡算得V=V+F(1?q)。14.（單選）在間歇精餾恒回流比操作中，若塔釜持液量增大，則餾出液平均組成A.升高?B.降低?C.不變?D.先升后降答案：B解析：持液量大導(dǎo)致輕組分滯留，后期塔頂組成下降，平均純度降低。15.（單選）當(dāng)塔板效率EMV=0.65，若改用高效規(guī)整填料，其HETP=0.25m，則原塔板間距0.45m、共30塊板的精餾塔，改用填料后等效高度約為A.4.9m?B.7.0m?C.9.8m?D.12m答案：A解析：理論板數(shù)NT=30×0.65=19.5，填料高度Z=NT×HETP=19.5×0.25≈4.9m。16.（單選）在多元系統(tǒng)簡化為虛擬二元時(shí)，選擇LK與HK的原則是A.揮發(fā)度相鄰且回收率敏感?B.揮發(fā)度差最大?C.流量最大?D.分子量相近答案：A解析：相鄰關(guān)鍵組分對(duì)分離指標(biāo)最敏感，簡化誤差最小。17.（單選）若塔頂冷凝器為全凝器，回流液溫度低于泡點(diǎn)5℃，則實(shí)際回流比Ractual與設(shè)計(jì)值Rdesign關(guān)系為A.Ractual>Rdesign?B.Ractual<Rdesign?C.相等?D.視塔壓而定答案：A解析：過冷回流使塔內(nèi)回流量大于設(shè)計(jì)值，等效R增大。18.（單選）在精餾塔控制方案中，采用溫敏板溫度作為間接質(zhì)量指標(biāo)時(shí)，溫敏板一般位于A.進(jìn)料板附近?B.塔頂?shù)?～5板?C.塔底第3～5板?D.再沸器出口答案：B解析：塔頂段組成變化陡峭，溫度對(duì)輕組分濃度敏感，且滯后小。19.（單選）當(dāng)進(jìn)料組成xF波動(dòng)±5%，若要求xD保持±0.2%不變，最有效的控制策略是A.前饋-反饋串級(jí)?B.單回路PID?C.手動(dòng)調(diào)節(jié)?D.增大回流比答案：A解析：前饋可快速補(bǔ)償xF擾動(dòng)，反饋消除模型誤差，串級(jí)抑制再沸器滯后。20.（單選）在共沸精餾中，若加入的共沸劑與原料形成最低共沸物，則共沸劑應(yīng)從A.塔頂加入?B.塔中部加入?C.塔底加入?D.與進(jìn)料混合加入答案：A解析：最低共沸物沸點(diǎn)最低，優(yōu)先從塔頂移出，共沸劑需靠近塔頂引入。21.（填空）某苯-甲苯精餾塔，xD=0.995，xW=0.015，α=2.48，全回流時(shí)芬斯克方程求得Nmin=__________（保留一位小數(shù)）。答案：7.2解析：Nmin=ln[(xD/(1?xD))·((1?xW)/xW)]/lnα=ln[0.995/0.005×0.985/0.015]/ln2.48=7.2。22.（填空）若塔頂產(chǎn)品流量D=50kmol·h?1，回流比R=2.5，則精餾段液相流量L=__________kmol·h?1。答案：125解析：L=R·D=2.5×50=125。23.（填空）當(dāng)板效率EMV=0.55，實(shí)際板數(shù)NP=40，則理論板數(shù)NT=__________。答案：22解析：NT=NP·EMV=40×0.55=22。24.（填空）在萃取精餾中，溶劑乙二醇（常壓沸點(diǎn)197℃）從塔頂?shù)?板引入，其目的是__________。答案：抑制塔頂溶劑損失，保持塔內(nèi)溶劑濃度，提高相對(duì)揮發(fā)度。25.（填空）若再沸器采用0.4MPa飽和蒸汽加熱，其溫度為143.6℃，塔底溫度110℃，則傳熱溫差ΔT=__________℃。答案：33.6解析：ΔT=143.6?110=33.6。26.（填空）當(dāng)塔頂真空度為80kPa，當(dāng)?shù)卮髿鈮?01kPa，則塔頂絕壓為__________kPa。答案：21解析：Pabs=101?80=21kPa。27.（填空）在多元虛擬二元法中，若LK回收率0.97，HK回收率0.05，則輕非關(guān)鍵組分LNK的回收率近似為__________。答案：1.0解析：清晰分割假設(shè)下LNK全部進(jìn)入塔頂。28.（填空）若篩板塔孔徑d0=5mm，板厚δ=2mm，孔中心距t=15mm，按正三角形排列，則開孔率φ=__________%。答案：10.1解析：φ=(πd02/4)/(t2sin60°)=π×25/(4×225×0.866)=0.101→10.1%。29.（填空）當(dāng)填料塔液泛點(diǎn)壓降ΔPf=1200Pa·m?1，取設(shè)計(jì)壓降為液泛點(diǎn)70%，則設(shè)計(jì)壓降為__________Pa·m?1。答案：840解析：840=1200×0.7。30.（填空）在間歇精餾恒塔頂組成操作中，若回流比R隨時(shí)間線性增加，則餾出液累積量與瞬時(shí)流量關(guān)系積分式為__________。答案：∫?^tDdt=∫_{R0}^{Rt}(D(R)dR)/k，其中k=dR/dt=常數(shù)。31.（簡答）闡述在精餾塔設(shè)計(jì)中“最小理論板數(shù)”與“最小回流比”二者對(duì)能耗的影響機(jī)制，并給出定量比較示例。答案：最小理論板數(shù)Nmin對(duì)應(yīng)全回流工況，此時(shí)再沸器熱負(fù)荷Q→∞，但塔高無限；最小回流比Rmin對(duì)應(yīng)無限多板，Q亦→∞。實(shí)際設(shè)計(jì)取R=(1.2～1.5)Rmin，板數(shù)N=Nmin·(R+1)/(R?Rmin)^0.6。以苯-甲苯為例，Rmin=1.38，若取R=1.5×1.38=2.07，則N=7.2×(2.07+1)/(2.07?1.38)^0.6=7.2×3.07/0.69^0.6≈22板；再沸器熱負(fù)荷Q∝V=(R+1)D=3.07×50=153.5kmol·h?1。若R降至1.2×1.38=1.66，則N=7.2×2.66/0.28^0.6≈38板，V=2.66×50=133kmol·h?1，塔高增加73%，但Q降低13%?？梢奟對(duì)能耗更敏感，而N主要影響設(shè)備投資。32.（簡答）說明在熱泵精餾中“塔頂壓縮-塔底膨脹”方案與“塔底壓縮-塔頂膨脹”方案的熱力學(xué)差異，并給出適用場合。答案：前者將塔頂?shù)蜏卣羝麎嚎s升溫后用作再沸器熱源，壓縮比大、功耗高，但冷凝器負(fù)荷可降至零，適用于塔頂溫度低于環(huán)境溫度、需冷凍水的場合；后者將塔底高溫液體節(jié)流降壓降溫后用作冷凝器冷源，壓縮比小、功耗低，但再沸器仍需外加熱源，適用于塔底溫度高于環(huán)境溫度、且工廠有低壓蒸汽可用的場合。熱力學(xué)上，前者COP=λ/(Δhcomp)隨塔頂塔底溫差增大而急劇下降，后者COP=λ/(Δhexp)幾乎不受溫差影響，但需考慮節(jié)流損失。33.（簡答）在共沸精餾塔序列設(shè)計(jì)中，為何常采用“雙塔流程”而非單塔？以乙醇脫水為例說明物料與能量集成要點(diǎn)。答案：單塔無法跨越共沸點(diǎn)。雙塔流程：塔A加入苯共沸劑，塔頂移出三元最低共沸物，冷凝分層后富苯相回流，富水相去塔B回收苯；塔A底得無水乙醇。能量集成：塔A冷凝器與塔B再沸器熱耦合，塔B頂溫92℃，塔A底溫112℃，用塔B頂蒸汽預(yù)熱塔A進(jìn)料，可節(jié)能28%。物料集成：富水相經(jīng)潷析器分相后，苯循環(huán)量僅為乙醇流量的5%，減少苯損失。34.（簡答）解釋為何在高真空精餾中采用“降膜再沸器”而非熱虹吸式，并給出臨界熱通量計(jì)算式。答案：高真空下液體密度低、汽化潛熱大，熱虹吸驅(qū)動(dòng)力不足，降膜再沸器靠重力成膜，壓降小、停留短，可抑制熱敏分解。臨界熱通量qmax=0.94·λ·ρv·[σg(ρL?ρv)/ρv2]^0.25，其中σ為表面張力，λ為潛熱，ρv、ρL分別為汽液密度。35.（簡答）在多元精餾動(dòng)態(tài)模擬中，為何“組分滯后”現(xiàn)象比“溫度滯后”更顯著？如何校正？答案：組分滯后源于塔板持液對(duì)輕組分的“存儲(chǔ)-釋放”效應(yīng)，時(shí)間常數(shù)τ≈M/(L+V)，而溫度滯后僅與傳熱系數(shù)有關(guān)，τT≈MCp/hA，通常τ>τT。校正方法：引入“效率動(dòng)態(tài)”模型，EMV(t)=EMV,ss·[1?exp(?t/τ)]，或采用集總參數(shù)近似，將持液量M按輕組分分配系數(shù)修正。36.（計(jì)算）某丙烷-丙烯分離塔，進(jìn)料F=100kmol·h?1，z=0.65（丙烯），xD=0.98，xW=0.05，飽和液體進(jìn)料，α=1.16，R=1.25Rmin。求：(1)最小回流比Rmin；(2)理論板數(shù)N（用Gilliland關(guān)聯(lián)）；(3)再沸器熱負(fù)荷QR（丙烯汽化潛熱λ=18.4kJ·mol?1）。答案：(1)q=1，xq=z=0.65，yq=1.16×0.65/(1+0.16×0.65)=0.684，Rmin=(0.98?0.684)/(0.684?0.65)=8.68。(2)R=1.25×8.68=10.85，Nmin=ln[(0.98/0.02)(0.95/0.05)]/ln1.16=52.3，X=(R?Rmin)/(R+1)=2.17/11.85=0.183，Gilliland：Y=0.75(1?X^0.5668)=0.75(1?0.183^0.5668)=0.52，N=(Nmin+Y)/(1?Y)=(52.3+0.52)/0.48≈110板。(3)全塔物料衡算：D=F(z?xW)/(xD?xW)=100(0.65?0.05)/(0.98?0.05)=64.5kmol·h?1，V=(R+1)D=11.85×64.5=764kmol·h?1，QR=V·λ=764×18.4=1.41×10^4kJ·h?1=3.91kW。37.（計(jì)算）一座甲醇-水常壓精餾塔，原塔板數(shù)NP=50，EMV=0.60，擬改用金屬孔板波紋填料，其HETP=0.35m，要求分離效果不變，求填料層高度及年節(jié)能效益。已知：原塔再沸器耗汽1.2t·h?1（蒸汽價(jià)180元·t?1），年操作8000h，填料造價(jià)3000元·m?3，設(shè)備折舊10年。答案：理論板數(shù)NT=50×0.60=30，填料高度Z=30×0.35=10.5m，填料體積V=10.5×(π/4)×D2，原塔徑D由氣速計(jì)算得1.8m，V=10.5×2.54=26.7m3，投資=26.7×3000=8.01×10^4元。改用填料后壓降降低，塔釜溫度由110℃降至107℃，再沸器ΔT由33℃增至36℃，傳熱系數(shù)不變，耗汽量與ΔT成反比，耗汽新=1.2×33/36=1.1t·h?1，年節(jié)汽=(1.2?1.1)×8000=800t，年節(jié)省=800×180=1.44×10^5元，投資回收期=8.01×10^4/1.44×10^5=0.56年≈6.7月，10年凈收益=144×10?8=136萬元，效益顯著。38.（計(jì)算）某廠采用雙效精餾分離異丙醇-水，兩塔壓分別為1.0bar、0.2bar，高壓塔頂蒸汽作為低壓塔再沸器熱源。已知高壓塔頂溫度95℃，低壓塔底溫度85℃，傳熱溫差10℃，高壓塔頂潛熱λ=1100kJ·kg?1，低壓塔需熱量Q=2.5×10^6kJ·h?1，求高壓塔頂蒸汽量及系統(tǒng)節(jié)能率（與單效相比）。答案：蒸汽量m=Q/λ=2.5×10^6/1100=2273kg·h?1，單效需外部蒸汽量相同，雙效中高壓塔再沸器仍需外部蒸汽，設(shè)高壓塔再沸器負(fù)荷等于低壓塔，則總耗汽=2273kg·h?1，單效總耗汽=2×2273=4546kg·h?1，節(jié)能率=(4546?2273)/4546=50%。39.（計(jì)算）在萃取精餾中用DMF分離正庚烷-甲苯，溶劑比S/F=3.0，溶劑入塔溫度80℃，進(jìn)料溫度95℃，塔頂溫度110℃，求溶劑顯熱占再沸器總負(fù)荷比例。已知：溶劑比熱2.2kJ·kg?1·K?1，潛熱380kJ·kg?1，正庚烷潛熱320kJ·kg?1，F(xiàn)=100kmol·h?1，平均分子量98。答案：溶劑流量S=3×100×98=29400kg·h?1，顯熱QS=S·Cp·ΔT=29400×2.2×(110?80)=1.94×10^6kJ·h?1，塔頂蒸汽量V≈(R+1)D，設(shè)R=2，D=50kmol·h?1=4900kg·h?1，潛熱QV=4900×320=1.57×10^6kJ·h?1，再沸器總負(fù)荷QR=QS+QV=3.51×10^6kJ·h?1，顯熱比例=1.94/3.51=55%。40.（綜合設(shè)計(jì)）設(shè)計(jì)一座年產(chǎn)30萬噸聚合級(jí)乙烯（99.9%）的乙烯-乙烷精餾塔，進(jìn)料來自裂解裝置，壓力2.3MPa，溫度?25℃，組成：乙烯92%、乙烷7.5%、甲烷0.5%。要求：(1)確定塔壓、塔頂塔底溫度；(2)計(jì)算最小理論板數(shù)及實(shí)際板數(shù)（EMV=0.85