项目四 课题一 精馏基础知识-章节过关卷-《化工单元操作》（化工版第三版）（原卷版+解析版）

《化工单元操作》（化工版第三版） 项目四 精馏 课题一 精馏基础知识 时间：60分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、填空题（本大题共10小题，每小题3分，共30分） 1.精馏是一种利用混合物中各组分 的不同而将其分离的方法。 2.常见的蒸馏操作方式有 、 、 和 。 3.精馏的实质就是 和 ，使混合液得到较完全分离，以获得接近纯组分的一种操作过程。 4.下图为连续精馏过程和塔内物料流动示意图，则该装置由 、 、 组成，加料板将精馏塔分为两个部分，分别是 、 。 5. 精馏过程中， （填写“轻组分”或“重组分”）从塔顶采出， （填写“轻组分”或“重组分”）从塔釜采出。 6.间歇精馏和平衡蒸馏的主要区别在于 ；精馏操作中，若保持回流比不变，那么馏出液 ；若保持馏出液组成不变，回流比需要不断 。 7. 进料热状况有五种，分别是 、 、 、 、 。 8. 精馏塔的性能参数主要有 、 、 等。 9. 精馏操作的操作方式可分为 和 。 10. 当精馏塔的操作达到稳定时，进料量等于 。 二、选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分） 1. 精馏的原理是利用混合物中各组分（ ）不同实现分离的操作。 A. 沸点 B. 挥发度 C. 密度 D. 溶解度 2.为了简化精馏计算，使精馏的操作线为直线，常做如下（ ）假设。 A.理论板假定 B.理想物系 C.泡点进料 D.恒摩尔流假定 3.在其他操作条件不变的情况下，若将精馏塔顶的过冷液体回流改为泡点回流，则塔顶馏出产品的组成xD（ ） A.变大 B.变小 C.不变 D.不确定 4.在精馏塔中，以下不能引发降液管液泛现象的是（ ） A.塔板间距过小 B.严重漏液 C.过量雾沫夹带 D.气、液负荷过大 5.连续精馏操作稳定后，若塔釜温度指示增高(高于原操作温度)，会造成（ ） A.轻组分损失增加 B.塔顶馏出物中轻组分含量下降 C塔底产品质量不合格 D.可能造成塔板严重漏液 6.在其他条件不变的情况下，加大回流比，塔顶馏出液中轻组分含量将（ ） A.不变 B.变小 C.变大 D.不确定 7.以下关于精馏塔的操作，先后顺序正确的是（ ） A.先启动再沸器回热，再开始进料 B.先停冷却水，再停产品采产 C.先停再沸器，再停进料 D.全回流操作稳定后，再调节至适宜回流比 8.用连续精馏分离某二元混合物，已知进料量为100kmol/h，进料组成xp=0.6，若要求塔顶馏出液组成rp不小于0.9，则塔顶最大产量为（ ） A. 60kmol/h B.66.7kmol/h 90kmol/h D.100kmol/h 9.对于连续精馏操作，进料热状况参数q的变化，将引起（ ）的变化。 A.相平平衡线 B.回流比 C.进料量 D.操作线 10.完成指定的精馏分离任务所需要的理论塔板数与（ ）无关。 A.进料量 B.进料热状态 C.进料液组成 D.进料位置 三、简答题（本答题共4小题，第1、2、3、4小题分值分别为7、13、10、10分，共计40分） 1.（本小题7分）简述精馏的概念和原理。 2.（本小题13分）简述精馏塔的操作线方程及物理意义。 3.（本小题10分）回流比及进料热状况对精馏塔的操作有什么影响？ 4.（本小题10分）每小时将20kmol含乙醇40%的酒精水溶液进行精馏，要求馏出液中含乙醇89%，残液中含乙醇不大于3%（以上均为摩尔分数），试求每小时馏出液量和残液量。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$ 《化工单元操作》（化工版第三版） 项目四 精馏 课题一 精馏基础知识 时间：60分钟 总分：100分 班级 姓名 学号 成绩 一、填空题（共10小题，每小题3分，共30分） 1.精馏是一种利用混合物中各组分 的不同而将其分离的方法。 【答案】挥发度 【解析】精馏是一种利用混合物中各组分挥发度的不同而将其分离的方法。 2.常见的蒸馏操作方式有 、 、 和 。 【答案】简单蒸馏；平衡蒸馏；精馏；特殊蒸馏 【解析】常见的蒸馏操作方式有简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊蒸馏。 3.精馏的实质就是 和 ，使混合液得到较完全分离，以获得接近纯组分的一种操作过程。 【答案】多次部分汽化；多次部分冷凝 【解析】精馏的实质就是多次部分汽化和多次部分冷凝，使混合液得到较完全分离，以获得接近纯组分的一种操作过程。 4.下图为连续精馏过程和塔内物料流动示意图，则该装置由 、 、 组成，加料板将精馏塔分为两个部分，分别是 、 。 【答案】精馏塔；冷凝器；再沸器；精馏段；提馏段 【解析】连续精馏过程和塔内物料流动示意图，则该装置由精馏塔、冷凝器、再沸器组成，加料板将精馏塔分为两个部分，分别是精馏段、提馏段。 5. 精馏过程中， （填写“轻组分”或“重组分”）从塔顶采出， （填写“轻组分”或“重组分”）从塔釜采出。 【答案】轻组分；重组分 【解析】精馏过程中，轻组分从塔顶采出，重组分从塔釜采出。 6.间歇精馏和平衡蒸馏的主要区别在于 ；精馏操作中，若保持回流比不变，那么馏出液 ；若保持馏出液组成不变，回流比需要不断 。 【答案】间歇精馏是一种非连续的操作过程，而平衡蒸馏是一种连续稳定的操作方式；降低；增大 【解析】间歇精馏和平衡蒸馏的主要区别在于间歇精馏是一种非连续的操作过程，而平衡蒸馏是一种连续稳定的操作方式。精馏操作中，若保持回流比不变，那么馏出液降低；若保持馏出液组成不变，回流比需要不断增大。 7. 进料热状况有五种，分别是 、 、 、 、 。 【答案】0 < q < 1;q > 1;q < 0; q = 1;q=0 【解析】进料热状况有五种，分别是0 < q < 1;q > 1;q < 0; q = 1;q=0。 8. 精馏塔的性能参数主要有 、 、 等。 【答案】理论塔板数；实际塔板数；回流比 【解析】精馏塔的性能参数主要有理论塔板数、实际塔板数、回流比。 9. 精馏操作的操作方式可分为 和 。 【答案】连续精馏；间歇精馏 【解析】精馏操作的操作方式可分为连续精馏、间歇精馏。 10. 当精馏塔的操作达到稳定时，进料量等于 。 【答案】塔顶馏出液量与塔底残液量之和 【解析】当精馏塔的操作达到稳定时，进料量等于塔顶馏出液量与塔底残液量之和。 二、选择题（共10小题，每小题3分，共30分） 1. 精馏的原理是利用混合物中各组分（ ）不同实现分离的操作。 A. 沸点 B. 挥发度 C. 密度 D. 溶解度 【答案】B 【解析】精馏的原理是利用混合物中各组分溶解度不同实现分离的操作。 2.为了简化精馏计算，使精馏的操作线为直线，常做如下（ ）假设。 A.理论板假定 B.理想物系 C.泡点进料 D.恒摩尔流假定 【答案】D 【解析】恒摩尔流假定包括恒摩尔汽化和恒摩尔溢流。恒摩尔汽化是指在精馏塔内，在没有热量损失和热交换的情况下，精馏段内每层塔板上升的蒸汽摩尔流量都相等，提馏段内每层塔板上升的蒸汽摩尔流量也都相等；恒摩尔溢流是指精馏段内每层塔板下降的液体摩尔流量都相等，提馏段内每层塔板下降的液体摩尔流量也都相等。 3.在其他操作条件不变的情况下，若将精馏塔顶的过冷液体回流改为泡点回流，则塔顶馏出产品的组成xD（ ） A.变大 B.变小 C.不变 D.不确定 【答案】B 【解析】过冷液体回流：当回流液为过冷液体时，它进入塔顶后，除了与上升蒸汽进行正常的质量和热量交换外，还需要吸收一部分热量来达到泡点温度。这部分热量来自上升的蒸汽，使得上升蒸汽中的一部分易挥发组分（轻组分）被冷凝下来，返回塔内，从而使塔顶馏出产品中的轻组分纯度更高。 泡点回流：回流液为泡点状态，它与上升蒸汽进行热量和质量交换时，没有过冷液体那种额外的冷却作用。此时，上升蒸汽中的轻组分被冷凝的程度相对较小，塔顶馏出产品中的轻组分纯度相对较低。 4.在精馏塔中，以下不能引发降液管液泛现象的是（ ） A.塔板间距过小 B.严重漏液 C.过量雾沫夹带 D.气、液负荷过大 【答案】B 【解析】严重漏液是指液体从塔板的缝隙等非正常通道流下，而不是通过降液管正常下流。漏液主要影响塔板的传质效率，使塔板上的气液接触不充分，不会导致降液管内液体积累而引发液泛。所以严重漏液不能引发降液管液泛现象。 5.连续精馏操作稳定后，若塔釜温度指示增高(高于原操作温度)，会造成（ ） A.轻组分损失增加 B.塔顶馏出物中轻组分含量下降 C塔底产品质量不合格 D.可能造成塔板严重漏液 【答案】C 【解析】在连续精馏操作中，塔釜温度升高意味着塔釜内液体的汽化程度增加。这是因为塔釜的热量主要用于使液体汽化，温度升高，提供了更多的汽化潜热，使更多的液体变为蒸汽上升。 对塔底产品质量的影响：随着塔釜温度升高，更多的轻组分被汽化上升进入精馏段，导致塔底产品中轻组分含量减少，重组分相对富集。如果塔釜温度过高，会使得塔底产品中重组分的纯度不符合要求，造成塔底产品质量不合格。 6.在其他条件不变的情况下，加大回流比，塔顶馏出液中轻组分含量将（ ） A.不变 B.变小 C.变大 D.不确定 【答案】C 【解析】从传质的角度来看，在精馏塔内，上升的蒸汽与下降的回流液在塔板上进行充分的热量和质量交换。回流液的主要作用是将上升蒸汽中的重组分冷凝下来，使其回到塔内，同时自身的轻组分汽化进入上升蒸汽中。当回流比增大时，有更多的回流液来洗涤上升的蒸汽，使得上升蒸汽中的轻组分纯度更高。 7.以下关于精馏塔的操作，先后顺序正确的是（ ） A.先启动再沸器回热，再开始进料 B.先停冷却水，再停产品采产 C.先停再沸器，再停进料 D.全回流操作稳定后，再调节至适宜回流比 【答案】D 【解析】全回流操作是指塔顶的冷凝液全部返回塔内，没有产品采出。这种操作可以让精馏塔快速达到稳定的状态，使塔内的气液分布和传质过程达到相对平衡。在全回流操作稳定后，再调节至适宜的回流比，可以根据分离要求有效地控制产品的质量和产量。这个顺序是正确的，符合精馏塔的正常操作流程。 8.用连续精馏分离某二元混合物，已知进料量为100kmol/h，进料组成xp=0.6，若要求塔顶馏出液组成不小于0.9，则塔顶最大产量为（ ） A. 60 kmol/h B.66.7 kmol/h C.90 kmol/h D.100 kmol/h 【答案】B 【解析】考察的是对物料衡算的掌握程度。 9.对于连续精馏操作，进料热状况参数q的变化，将引起（ ）的变化。 A.相平平衡线 B.回流比 C.进料量 D.操作线 【答案】D 【解析】对于连续精馏操作，进料热状况参数q的变化，将引起操作线的变化。 10.完成指定的精馏分离任务所需要的理论塔板数与（ ）无关。 A.进料量 B.进料热状态 C.进料液组成 D.进料位置 【答案】A 【解析】进料量主要影响精馏塔的生产能力，但不会影响完成特定分离任务所需的理论塔板数。理论塔板数是基于物系的相平衡关系、进料组成和分离要求等来确定的。只要物系的性质（如相对挥发度）、进料组成和分离要求（如塔顶和塔底产品的纯度要求）不变，无论进料量是多少，完成该分离任务所需的理论塔板数是固定的。 三、简答题（本大题共4小题，第1、2、3、4小题分值分别为7、13、10、10分，共计40分） 1.（本小题7分）简述精馏的概念和原理。 【答案】 （1）概念 精馏是一种利用混合物中各组分挥发度的差异，通过多次部分汽化和部分冷凝，使混合物分离成较纯或接近纯态组分的操作过程。它是化工生产中最常用的分离方法之一，主要用于分离液体混合物，例如石油化工中分离原油中的各种烃类、酿酒工业中提纯酒精等。 （2）原理 挥发度差异：在一定温度和压力下，混合物中的不同组分具有不同的挥发度。挥发度通常用饱和蒸气压来衡量，饱和蒸气压高的组分容易汽化，称为易挥发组分；饱和蒸气压低的组分不易汽化，称为难挥发组分。 2.（本小题13分）简述精馏塔的操作线方程及物理意义。 【答案】 （1） 精馏段 操作线方程： 物理意义： 描述气液组成关系：它描述了在精馏段内，相邻两块塔板之间上升的气相组成与下降的液相组成之间的定量关系。在精馏过程中，气相在上升过程中与下降的液相进行热量和质量交换，该方程表明了这种交换后气液组成是如何变化的 （2） 提馏段 操作线方程： 物理意义： 和精馏段操作线方程类似，提馏段操作线方程描述了提馏段内相邻两块塔板之间上升的气相组成与下降的液相组成之间的关系。它反映了在提馏段中，随着气相上升和液相下降，气液之间的质量和热量交换导致的组成变化规律。 3.（本小题10分）回流比及进料热状况对精馏塔的操作有什么影响？ 【答案】 （1） 回流比的影响： 回流比是指精馏塔塔顶返回塔内的回流液流量与塔顶产品采出量之比。它是精馏操作的一个重要参数。 对产品质量的影响： 当回流比增大时，精馏塔内下降的液体流量增加，上升的蒸汽与更多的液体接触，进行充分的热量和质量交换。这使得塔顶易挥发组分的纯度提高，因为更多的难挥发组分被回流液带回塔内。例如，在分离乙醇-水混合物时，增大回流比可以使塔顶得到纯度更高的乙醇产品。 - 同时，塔底难挥发组分的纯度也会提高。因为回流比增大，塔顶采出量相对减少，进入塔底的液体中易挥发组分减少，经过多次部分汽化和部分冷凝，塔底产品中难挥发组分更纯。 对塔的生产能力和操作费用的影响： 回流比增大，会增加精馏塔内的液体流量和蒸汽流量，这意味着需要更大的塔径来保证气液两相能够正常流动，从而增加了设备投资。同时，由于回流比增大，再沸器和冷凝器的热负荷增加，需要消耗更多的能量来提供汽化热和冷凝热，使得操作费用增加。相反，当回流比过小时，塔内气液接触不充分，分离效果变差，产品纯度降低。但此时设备尺寸和操作费用可能会相对较小。 （2） 进料热状况的影响： q = 1为饱和液体进料：进料全部进入精馏塔的提馏段，此时精馏段的气相流量和提馏段的液相流量与回流比和塔顶采出量有关，且提馏段的液相流量较大，有利于难挥发组分的分离。 q = 0为饱和蒸汽进料：进料全部进入精馏段，会使精馏段的气相流量增加，液相流量相对减小，这可能会影响气液接触效果和分离效率。而且提馏段的液相流量减小，不利于难挥发组分的分离。 0 < q < 1为气液混合物进料：进料中的气相部分进入精馏段，液相部分进入提馏段，这会改变精馏段和提馏段的气液流量分布，对分离过程产生复杂的影响。 q>1为过冷液体进料：对塔内气液流量的影响：冷液进料时，进料温度低于泡点温度。这种情况下，进料进入塔后会使提馏段的液体流量增加。因为冷液需要吸收热量才能达到泡点，这部分热量主要来自于再沸器产生的上升蒸汽，导致提馏段的蒸汽流量也会相应增加。而精馏段的气液流量主要由回流比决定，相对变化较小。 q < 0过热蒸汽进料对塔内气液流量的影响：过热蒸汽进料时，进料温度高于露点温度。进料进入精馏塔后，首先要冷却到露点温度，这会消耗精馏段的上升蒸汽的热量，使得精馏段的气相流量减少，液相流量也会减少。同时，提馏段的气液流量也会受到间接影响，因为整个塔内的气液平衡被改变。例如，在分离乙烯 - 乙烷的精馏塔中，过热蒸汽进料会使精馏段的气液流量显著下降，影响气液接触和传质过程。 4.（本小题10分）每小时将20kmol含乙醇40%的酒精水溶液进行精馏，要求馏出液中含乙醇89%，残液中含乙醇不大于3%（以上均为摩尔分数），试求每小时馏出液量和残液量。 【答案】 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$