化工原理复习

六、蒸馏

★习题：蒸馏是分离的一种方法，其分离依据是混合物中各组分的，分离的条件是。

答案：均相液体混合物挥发性差异造成气液两相系统

★习题：在t-x-y图中的气液共存区内，气液两相温度，但气相组成液相组成，而两相的量可根据来确定。

答案：相等大于杠杆规则

★习题：当气液两相组成相同时，则气相露点温度液相泡点温度。

答案：大于（每空1分）

★习题：双组分溶液的相对挥发度α是溶液中的挥发度对

的挥发度之比，若α=1表示。物系的α值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈对角线。

答案：易挥发组分难挥发组分不能用普通蒸馏方法分离远离

★习题：工业生产中在精馏塔内将过程和

过程有机结合起来而实现操作的。而是精馏与普通精馏的本质区别。

答案：多次部分气化多次部分冷凝回流

★习题：精馏塔的作用是。

答案：提供气液接触进行传热和传质的场所。

★习题：在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为，其作用是

；加料板以下的塔段（包括加料板）称为

，其作用是

答案：精馏段提浓上升蒸汽中易挥发组分

提馏段提浓下降液体中难挥发组分

★习题：离开理论板时，气液两相达到状态，即两相相等，

互成平衡。

答案：平衡温度组成

★习题：精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1）和

（2）。

答案：塔顶易挥发组分含量高塔底压力高于塔顶

★习题：精馏过程回流比R的定义式为；对于一定的分离任务来说，当R= 时，所需理论板数为最少，此种操作称为；而

时，所需理论板数为∞。

答案： R= D ∞ 全回流 Rmin

★习题：精馏塔有进料热状况，其中以进料q值最大，进料温度

答案：五种冷液体小于

★习题：某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于

，馏出液流量等于

答案： ∞ 零 yn+1=xn

★习题：在操作的精馏塔中，第一板及第二板气液两相组成分别为y1,x1及y2,x2；则它们的大小顺序为最大，__________最小。

答案： y1 y2 x1 x2

★习题：对于不同的进料热状况，xq、yq与xF的关系为

（1）冷液进料：xxF ，yxF ；大于大于

（2）饱和液体进料：xxF ，yxF ；等于大于

（3）气液混合物进料：xq xF ，yq xF f ；小于大于

（4）饱和蒸汽进料：xxF ，yxF ；小于等于

（5）过热蒸汽进料：xq xF ，yq xF ；小于小于

★习题：精馏操作时，增大回流比R，其他操作条件不变，则精馏段液气比

（A ），馏出液组成xD ( A ),釜残液组成xW (D ).

A 增加 B 不变 C 不确定 D减小 L V

★习题：精馏塔的设计中，若进料热状况由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体进料，回流比及其他条件维持不变，则所需的理论塔板数NT（ A ），提馏段下降液体流量L/（ C ）。

A 减小 B 不变 C 增加 D 不确定

★习题：对于饱和蒸汽进料，则有L（A ）L ，V（ B ）V。

A 等于 B 小于 C 大于 D 不确定

★习题：精馏塔中由塔顶向下的第n-1，n，n+1层塔板，其气相组成关系为（C ）

A yn+1>yn>yn-1 B yn+1=yn=yn-1

C yn+1

★习题：某两组分混合物，其中A为易挥发组分，液相组成xA=0.4，相应的泡点温度为t1，气相组成yA=0.4，相应的露点温度为t2，则（A ）

A t1 t1 D 不能判断

★习题：完成某分离任务需理论板数为NT=7（包括再沸器），若ET=50%，则塔内需实际板数（不包括再沸器）为（ C ）

A 14 层 B 10层 C 12层 D 无法确定

★习题：若进料量、进料组成、进料热状况都不变，要提高xD，可采用（ C ）

A、减小回流比 B、增加提馏段理论板数

C、增加精馏段理论板数 D、塔釜保温良好

★习题：在精馏操作中，若进料位置过高，会造成（ C ）

A、釜残液中易挥发组分含量增高

B、实际板数减少

C、馏出液中难挥发组分含量增高

D、各组分含量没有变化

★习题：精馏塔采用全回流时，其两操作线（ A ）

A、与对角线重合

B、距平衡线最近

C、斜率为零

D、在y轴上的截距为1

★习题：精馏的两操作线都是直线，主要是基于（ D ）

A、理论板的概念

B、理想溶液

C、服从拉乌尔定律

D、恒摩尔流假设

★习题：当xF、xD、xW和q一定时，若减小回流比R，其他条件不变，则（ B ）

A、精馏段操作线的斜率变小，两操作线远离平衡线

B、精馏段操作线的斜率变小，两操作线靠近平衡线

C、精馏段操作线的斜率变大，两操作线远离平衡线

D、精馏段操作线的斜率变大，两操作线靠近平衡线

判断题

1. 理想溶液中组分的相对挥发度等于同温度下两纯组分的饱和蒸汽压之比（ √ ）

2.从相平衡x-y图中可以看出，平衡曲线距离对角线越近，则表示该溶液越容易分离（×）

3.用于精馏计算的恒摩尔液流假定，就是指从塔内两段每一层塔板下降的液体摩尔流量都相等（×）

4.精馏段操作线的斜率随回流比的增大而增大，所以当全回流时精馏段操作线斜率为无穷大（×）

5.用图解法求理论塔板数时，适宜的进料位置应该在跨过两操作线交点的梯级上（√）

6.当进料量、进料组成及分离要求都一定时，两组分连续精馏塔所需理论塔板数的多少与（1）操作回流比有关（√ ）（2）原料液的温度有关（√ ）

7. 对于精馏塔的任何一层理论板来说，其上升蒸汽的温度必然等于其下降液体的温度（√）

8．当F、xF一定时，只要规定了分离程度xD和xW，则D和W也就被确定了（√）

9. 当精馏操作的回流比减少至最小回流比时，所需理论板数为最小（×）

10. 在精馏操作中，若进料的热状况不同，则提馏段操作线的位置不会发生变化（×）

★习题：

简述在定压下，苯－甲苯混和液的t－x－y图中的两条曲线和三个区域的名称。

答案：答：图中有两条曲线：下方曲线为t－x线，称为饱和液体线或泡点线；上方曲线为t－y线，称为饱和蒸气线或露点线。

两条曲线将t－x－y图分成三个区域：饱和液体线以下区域称为液相区；饱和蒸气线以上区域称为过热蒸气区；两曲线之间的区域称为气、液共存区。

★习题：简述精馏原理，实现精馏定态操作的必要条件是什么？

答案：答：精馏原理：精馏是利用组分挥发度的差异，同时进行多次部分气化和多次部分冷凝的过程。上升蒸气流和液体回流是造成气、液两相以实现精馏定态操作的必要条件。

★习题：连续精馏流程中主要由哪些设备所组成？还有哪些辅助设备？

答案：答：主要由精馏塔、塔顶冷凝器和塔底再沸器等设备组成。辅助设备有：原料液预热器、产品冷却器、回流液泵等。

★习题：简述恒摩尔流假定。在精馏计算中有何意义？

答案：答：恒摩尔流假定是指在精馏塔的精馏段和提馏段内，本段内各板上升蒸气摩尔流量相等，下降液体摩尔流量相等，但两段之间不一定相等。

意义是精馏的计算都是以恒摩尔流为前提的，这样可简化精馏计算。

★习题：写出实际生产中加入精馏塔的原料的五种热状况及它们的q值。

答案：答：原料的五种热状况为：（1）冷液进料，q>1。

（2）饱和液体进料，又称泡点进料，q＝1。

（3）气、液混合物进料，q＝0～1。

（4）饱和蒸气进料，又称露点进料，q＝0。

（5）过热蒸气进料，q

★习题：何谓适宜回流比？在精馏设计计算中怎样确定？其范围如何？

答案：答：精馏操作费用和设备投资费用之和为最低时的回流比，称为适宜回流比。

在精馏设计计算中，一般不进行经济衡算，常采用经验值。（1.5分）

据生产数据统计，适宜回流比的范围可取为：R＝（1.1～2）Rmin。（1.5分）

★习题：什么时全塔效率ET？在精馏设计中ET如何确定？

答案：答：全塔效率ET又称总塔板效率，是指一定分离任务下，所需理论塔板数NT和实际板数NP

N的比值，即ET＝P×100％。

在精馏设计中，由于影响ET的因素非常复杂，故一般用经验或半经验公式估算，也可采用生产实际或经验数据。

★习题：简述什么叫填料精馏塔的等板高度HETP？

答案：答：假想在填料塔内，将填料层分为若干个高度单元，每个单元的作用相当于一层理论板，此单元填料高度称为理论板当量高度，又称为等板高度，以HETP表示。

★习题：通常对特定的精馏塔和物系，影响精馏操作的因素有哪些？

答案：答：影响因素有：（1）塔内操作压强（2）进、出塔的物料流量（3）回流比（4）进料组成和热状况（5）再沸器和冷凝器的传热性能和条件（6）设备散热情况（每个影响因素给0.5分，6个共3分） ★习题：简述间歇精馏的操作方式和适用场合。

答案：答：间歇精馏的操作方式有三种：（1）恒回流比操作。（2）恒馏出液组成操作。（3）以上两种操作联合的组合式操作（每点1分，合计3分）

适用场合：小批量、多品种的生产或实验场合，也适用于多组分的初步分离。

★习题：简述什么叫恒沸精馏？

答案：答：在混和液（恒沸液）中加入第三组分（称为夹带剂），该组分与原混和液中的一个或两个组分形成新的恒沸液，且其沸点更低，使组分间相对挥发度增大而得以分离，这种精馏方法称为恒沸精馏。 ★习题：什么叫萃取精馏？

答案：答：萃取精馏也是在待分离的混和液中加入第三组分（称为萃取剂或溶剂），以改变原组分间的相对挥发度而得到分离。不同的是萃取剂的沸点较原料液中各组分的沸点要高，且不与组分形成恒沸液。

七、吸收

★习题吸收操作的依据是＿＿＿＿＿，以达到分离气体混合物的目的。混合气体中，能够溶解于溶剂中的组分称为＿＿＿＿＿或＿＿＿＿＿。

答案：各组分在同一种溶剂中溶解度的差异吸收质（0.5分）溶质（0.5分）

HOG

VZ51.466'KYaNOG3.41

★习题若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为＿＿＿＿＿气体。在吸收操作中＿＿压力和＿＿＿＿＿湿度可提高气体的溶解度，有利于吸收。

答案：难溶增加降低

★习题对接近常压的溶质浓度低的气液平衡系统，当总压增大时，亨利系数E＿＿＿＿＿，相平衡常数m＿＿＿＿＿，溶解度系数H＿＿＿＿＿。答案：不变减小不变

★习题由于吸收过程中气相溶质分压总是＿＿溶质的平衡分压，因此吸收操作线总在平衡线的＿＿＿＿。答案：大于上方

★习题当V，Y1，Y2及X2一定时，增加吸收剂用量，操作线的斜率＿＿＿＿，吸收推动力＿＿＿＿；此斜率又称为＿＿＿。

答案：增大增加液气比

★习题吸收因数S可表示为＿＿＿＿＿，它是＿＿＿＿＿＿＿＿＿与＿＿＿＿＿＿＿得比值。答案： Mv/L 平衡线斜率m 操作线斜率L/V

★习题当吸收剂用量为最少用量时，吸收过程的推动力为＿＿＿＿＿，则所需填料层高度将为＿＿＿。答案：零无限高

★习题双膜理论是将整个相际传质过程简化为＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

答案：经由气、液两膜层的分子扩散过程

★习题吸收过程中，KY是以＿＿＿＿＿为推动力的总吸收系数，它的平位是＿＿＿＿＿。

答案： Y-Y* Kmol/(m2﹒s)

★习题用水吸收氨-空气混合气体中的氨，它是属于＿＿＿＿＿控制的吸收过程，对于该过程来说，要提高吸收速率，则应该设法减小＿＿＿＿＿。

答案：气膜气膜阻力

★习题若总吸收系数和分吸收系数间的关系可表示为1/KL=1/KL+H/KG，其中1/KL表示＿＿＿＿＿，当＿＿＿＿＿项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。

答案：液膜阻力 H/KG

★习题在吸收过程中，由于吸收质不断进入液相，所以混合气体量由塔底至塔顶＿＿＿＿＿。在计算塔径时一般应以＿＿＿＿＿的气量为依据。答案：逐渐减少塔底

★习题求传质单元数时，对于低浓度气体吸收，当平衡线为直线可用＿＿＿＿＿法，当平衡线为弯曲程度不大的曲线时可用＿＿＿＿＿法，当平衡线为任意形状曲线时可用＿＿＿＿＿法。

答案：解析法梯形图解图解积分

选择题

1.有利于吸收操作的条件（A）

（A）温度下降，总压上升（B）温度上升，总压下降

（C）温度、总压均下降（D）温度、总压均上升

2.对于一定的物系，当温度升高时，溶解度系数H与相平衡常数m的变化（D）

3.“液膜控制”吸收过程的条件是（ B）

（A）易溶气体，气膜阻力可忽略。（B）难溶气体，气膜阻力可忽略。

（C）易溶气体，液膜阻力可忽略。（D）难溶气体，液膜阻力可忽略。

4. 吸收操作的作用是分离（ A ）

（A）气体混合物。（B）液体均相混合物。

（C）气液混合物。（D）部分互溶的液体混合物。

5. 当Y，Y1，Y2及X2一定时，减少吸收剂用量，则所需填料层高度Z与液相出口浓度X1的变化为（ A ）

（A）Z，X1均增加。（B）Z，X1均减小。

（C）Z减少，X1增加。（D）Z增加，X1减小。

6.在一符合亨利定律的气液平衡系统中，溶液在气相中的摩尔浓度与其在液相中的摩尔浓度的差值为（ D）

（A）正值。（B）负值。

（C）零。（D）不确定。

7. 在吸收操作中，吸收塔某一截面上的总推动力（以液相组成差表示）为（ A ）

（A）X*-X。（B）X-X*。

（C）Xi-X。（D）X-Xi。

8.某吸收过程，已知气膜吸收系数Ky为4﹡10Kmol／（m2﹒s），液膜吸收系数Kx为8﹡10 Kmol／（m2﹒s），由此可判断该过程（ C ）

（A）气膜控制。（B）液膜控制。

（ C）判断依据不足。（D）双膜控制。

9.在逆流吸收塔中，用清水吸收混合气中溶质组分。其液气比L／V为2.7，平衡关系可表示为Y＝1.5X（X,Y为摩尔比），溶质的回收率为90％，则液气比与最小液气比的比值为（ C ）

（A）1.5。（B）1.8。

（C）2。（D）3。

10. 在填料塔中用清水吸收混合气中的氨，但用水量减少时，气相总传质单元数NOG将（ A ）

（A）增加（B）减小（C）不变（D）不确定。

判断题

1.用水吸收空气中微量氨的操作，在一定的温度和压强下，只要用水量足够小，接触时间足够长，就能得到很浓的氨水（X）

2.用水吸收氧的操作，可视为液膜控制的吸收过程（√）

3.以气相组分或液相组成表示总推动力的总吸收速率方程式，都不能直接用于全塔计算（√）

4.定态操作的连续逆流吸收塔，其操作线方程式与塔内操作温度和压强都有关（X）

5.亨利定律是描述互成平衡的气，液两相间组成关系的。所以可用于任意条件下的气，液平衡计算（X）

6.扩散系数是物质的特性常数之一，其值可由实验测定，或从手册中查得（√）

7.在吸收计算中，为方便起见，常采用物质的量之比Y和X分别表示气，液两相的组成（√）

8.利用相平衡关系可判断过程进行的方向。若气相的实际组成Y小于与液相呈平衡的组成Y*(=mx)，则为吸收过程（X）

9.一般来说，增大吸收剂用量，降低入口温度和组成，都可增大吸收推动力，从而提高吸收率（√）

简答题

1. 简述选择吸收剂时，一般应考虑哪些因素？

答案：答：一般应考虑如下因素：

1) 吸收剂应对被分离组分有较大的溶解度。

2) 吸收剂应有较高的选择性。

3) 吸收后的溶剂应易于再生。

4) 溶剂的蒸气压更低，粘度较低，化学稳定性较高。

5) 吸收剂应尽可能价廉易得，无毒，不易燃，腐蚀性小。（每个因素1分，5个共5分）

2.写出亨利定律的四种表达式，该定律的应用条件是什么？

答案：答：亨利定律的四种表达式为：

1) p*＝E·x

2) p*＝c∕H

3) y*＝m·x

4) y*＝mx

亨利定律只能用于总压不太高时的稀溶液。

3.相平衡关系在吸收操作中有何应用？

答案：答：有下面几方面的应用：

1) 选择吸收剂和确定适宜的操作条件。

2) 判断过程进行的方向。

3) 计算过程推动力。

4) 确定过程进行的极限。（每点1分，共4分）

4.什么叫分子扩散？什么叫对流扩散？

答案：答：由于分子的无规则热运动而造成的物质传递现象称为分子扩散，简称为扩散。

对流扩散即湍流主体与相界之间的分子扩散与涡流扩散两种传质作用的总称。

5.简述双膜理论的基本论点？

答案：答：其基本论点如下：

1) 相互接触的气，液流体间存在着定态的相界面，界面两侧分别存在气膜和液膜，吸收质以分子

扩散方式通过此两膜层。

2) 在相界面处，气液两相处于平衡。

3) 膜内流体呈滞流流动，膜外流体呈湍流流动，全部组成变化集中在两个有效膜层内。－4－4

6.简述在使用吸收速率方程式时，需注意哪些事项？

答：⑴在使用总吸收速率方程式时，应注意在整个吸收过程所涉及的组成范围内，平衡关系需为直线，即应符合亨利定律。否则即使KyKx为常数，总系数仍会随组成而变化，这将不便于用来进行吸收塔的计算。

（2）吸收速率方程式只适用于表示定态操作的吸收塔内任一横截面上的速率关系，而不能直接用来描述全塔的吸收速率。

⑶必须注意各速率方程式中吸收系数与推动力的正确搭配及其单位的一致性。

（4）对于具有中等溶解度的气体而平衡关系不为直线时，不宜采用总系数表示的速率方程式。

7.分析吸收剂用量L的大小与吸收的操作费及设备费的关系，如何确定适宜液气比？

答案：答：L的大小与吸收操作费及设备费密切相关。在L>Lmin的前提下，若L增大，塔高可降低，设备费较低，但操作费较高。反之，若L减小，则操作费减低，而设备费增高。故应权衡利弊。

要确定适宜的液气比应使以上两种费用之和为最小。根据生产实践经验，一般取L∕V＝（1.1～2.0）（L∕V）min或L＝（1.1～2.0）Lmin

8.何谓气相总传质单元高度和气相总传质单元数？

答案：答：在填料层高度Z的基本计算式Z=V

KYadY2YY*，该式右端的数据V／(KyaΩ) 是过程条件1

所决定的数组，具有高度的单位称为气相总传质单元高度，以HOG表示。

式中积分项内的分子与分母具有相同的单位，整个积分值为一个无因次的纯数，称为气相总传质单元数，以NOG表示。

9.用对数平均推动力法来计算传质单元数的应用条件是什么？

答案：答：在吸收操作所涉及的组成范围内，若平衡线和操作线均为直线时，则可用对数平均推动力法来计算传质单元数。

10.影响溶质吸收率ΦA的因素有哪些？吸收塔在操作过程中可调节的因素是什么？

答案：答：影响溶质吸收率ΦA的因素有：物系本身的性质，设备情况（结构，传质面积等）及操作条件（温度，压强，液相流量及入口组成）。

因为气相入口条件不能随意改变，塔设备又固定，所以吸收塔在操作过程中可调节的因素只能改变吸收剂的入口条件，其中包括流量，组成和温度三个因素。

五、吸收计算题（15分）

在填料塔中，用纯吸收剂逆流吸收某气体混合物中的可溶组分A，已知气体混合物中溶质A的初始组成为0.05，通过吸收，气体出口组成为0.02，溶液出口组成为0.098（均为摩尔分率），操作条件下的气液平衡关系为y = 0.5x，并已知此吸收过程为气膜控制，试求：

(1) 气相总传质单元数NOG；

(2)当液体流量增加一倍时，在气量和气液进口组成不变的情况下，溶质A被吸收的量变为原来的多少倍？

(1) 属低浓气体吸收 ,x2=0 yy2L0.050.0210.306Gx0.09801 1/Am0.51.63；A0.612 0.306

NOG

1mGy1mx2mGln1mGLy2mx2L1L

(2) L增大一倍时，因吸收过程为气膜控制，故Kya不变，HOG不变，所以NOG也不变。而

1mG1.630.815；A1.224，则 A2L2

4.61y1ln111AAy21A 110.05ln11.631.634.611.630.02

10.05ln10.8150.81510.815ya

 y20.00606

L增大一倍后，溶质A被吸收的量＝Gy1y2

而原状况下溶质A被吸收的量＝Gy1y2



y1y20.050.00606Gy1y21.46(倍)Gy1y2y1y20.050.02

六、精馏计算题（20分）

含苯0.5（摩尔分率，下同）、流量为1000kmol/h的苯甲苯混合液在一常压连续操作的精馏塔内进行分离。按工艺要求塔顶馏出液中苯含量不低于0.9，苯的回收为90%，泡点进料和泡点回流，且R=1.5Rmin，=2.5。试求：

（1）塔顶、塔底产品量D、W（kmol/h）及塔底产品浓度xW；

（2）写出此操作条件下的精馏段操作线方程；

（3）写出此操作条件下的提馏段操作线方程；

（4）若在塔操作中将上述进料浓度改为0.4，而维持F、q、R、D不变，能否达到

分离要求？

（1）

Dx0.9DD0.90FxF10000.5

D500kmol/h

0DW 100

W500kmol/h

10000.5D0.9WxW

xW0.1

（2）泡点进料，xexF0.5

yexe2.50.50.71411xe11.50.5

xDye0.90.7140.869yexe0.7140.5Rmin

R1.5Rmin1.50.8691.304

精馏段操作线方程：

yn1 xR1.3040.9xnDxn0.566xn0.390R1R12.3042.304

（3）精馏段操作线与q线交点d坐标为：xdxF0.5，yd0.566xd0.3900.673 ym1xWyxWd

xdxW 故提馏段操作线方程为：xmxW

ym10.10.6730.1xm0.10.50.1

即 ym11.4325xm0.04325

或者V（R1）D2.3045001152

LRDqF1.30450010001652

则可得提溜段方程y1.434x0.0434

(4) xD 不能达到分离要求。

简答

精馏塔在一定条件下操作，若回流液由饱和液体改为冷液时，其塔顶产品组成有何变化？为什么？从泡点回流改为冷液回流时，xD ↑。其原因是：冷液回流至塔顶时，冷凝一部分蒸气，放出的潜热把冷液加热至塔顶第一板的饱和温度。冷凝部分中含难挥发组分较大，使气相易挥发组分增浓。同时，在塔顶回流比保持不变的条件下，增加了塔内的内回流，使得精馏段实际回流比增大，操作线向平衡线靠近，所需NT减少，这也有利于分离。