项目四 课题二 精馏的物料衡算-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 课题二 精馏的物料衡算 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. 精馏操作的依据是__________________。 2.塔板负荷性能图中有_______条线，分别是 _________、 _________、 ________、________、 _________。 3.在对精馏塔的操作分析中，常常需掌握塔内相邻两层塔板间的汽，液相浓度之间的数量关系，这种关系称为操作线关系，表达这种关系的数学式叫_____________。由精馏段进行物料衡算可得出_____________的操作线方程,对提馏段物料衡算可得出_____________的操作线方程。 4. 精馏过程中，塔顶易挥发组分的浓度________塔底的易挥发组分的浓度。 5. 精馏塔全塔物料衡算的总物料平衡关系式是___________，易挥发组分的平衡关系式是_____________。 6. 某精馏塔进料量为 100 kmol/h ，塔顶馏出液量为 40 kmol/h ，则塔釜出料量为_____kmol/h 。 7. 精馏塔内，某理论板上液相中易挥发组分的摩尔分数为 0.6 ，汽相中为 0.8 ，则该板的_______ 为 0.75 。 8. 进料热状况参数 q 的值越大，进料温度__________________ 。 9. 精馏操作中，若回流比增大，则塔顶产品的浓度__________________ 。 10. 在精馏塔的设计中，若进料组成变化，其他条件不变，则塔顶、塔釜产品的组成将______ 。 二、选择题（本大题共10小题，每小题3分，共30分） 1. 含乙醇 12%（质量分数）的水溶液，则乙醇的摩尔分数为（ ） A. 0.05 B. 0.06 C. 0.07 D. 0.08 2. 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），则每小时的馏出液量是（ ） A. 8.2 kmol/h B. 8.4 kmol/h C. 8.6 kmol/h D. 8.8 kmol/h 3. 下列关于相对挥发度的说法，错误的是（ ） A. 相对挥发度越大，分离越容易 B. 相对挥发度等于 1 时，不能用精馏分离 C. 相对挥发度与体系的温度和压力无关 D. 相对挥发度与组成有关 4. 某二元混合物，其中 A 为易挥发组分，液相组成 xA = 0.4 ，相应的泡点为 t1 ，气相组成 yA = 0.6 ，相应的露点为 t2 ，则（ ） A. t1 < t2 B. t1 = t2 C. t1 > t2 D.不能判断 5. 若进料量、进料组成、进料热状况都不变，塔顶馏出液组成不变，要提高塔顶产品量，可采用（ ） A.增加回流比 B.减少回流比 C.增加塔釜加热蒸汽量 D.增加塔板数 6. 某精馏塔的塔顶产品量为100 kmol/h，为保证产品质量需要一定的回流比，因此塔顶回流量为22 kmol/h，则该精馏塔的回流比为（ ） A.0.22 B.0.78 C.1.22 D.1.78 7. 对某二元连续精馏塔，若塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。已知塔顶馏出液组成 xD 和塔釜组成 XW ，则进料组成 XF 为（ ） A.（XD + XW）/ 2 B.（XD - XW）/ 2 C.XD+XW D.无法确定 8. 精馏塔设计时，若F、XF、XD、XW、q一定，将进料热状况从饱和液体改为饱和蒸汽进料，则所需理论板数（ ） A. 减少 B. 增加 C. 不变 D. 不确定 9. 每小时将15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜底残液中含苯不高于2%(以上均为质量分数)，塔顶轻组分的回收率为97.1%，操作压力为101.3kPa,则馏出液的流量是（ ） A. 60 kmol/h B. 70 kmol/h C. 80 kmol/h D. 90 kmol/h 10. 某精馏塔的馏出液量为50 kmol/h，回流比为2，则塔顶回流量为（ ） A. 25 kmol/h B. 50 kmol/h C. 100 kmol/h D. 150 kmol/h 三、简答题（本答题共4小题，第1、2、3、4小题分值分别为10、10、10、10分，共计40分） 1.（本小题10分）某精馏塔的进料成分为丙烯 40%、丙烷60%，进料量为 2000kg/h，塔底产品中丙烯含量为 20%(以上均为质量分数)，流量1000kg/h。试求塔顶产品的产量及组成。 2. （本小题10分）某连续精馏操作的精馏塔，每小时蒸馏5000kg含乙醇15%(质量分数，下同)的水溶液，塔底残液内含乙醇1%。试求每小时可获得多少含乙醇95%的馏出液及残液量(kg)?乙醇的回收率是多少? 3.（本小题10分）每小时将15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜底残液火含苯不高于2%(以上均为质量分数)，塔顶轻组分的回收率为97.1%，操作压力为101.3kPa。试求馏出液和釜底残液的流量及组成，以摩尔流量及摩尔分数表示。 4.（本小题10分）在常压下将含苯0.25的苯-甲苯混合液连续精馏分离。要求馏出液中含苯0.98，釜残液中含苯不超过0.085(以上组成皆为摩尔分数)。选用回流比为5，进料为饱和液体，塔顶为全凝器，泡点回流。试用逐板计算法求所需理论板层数。已知常压下苯-甲苯混合液的平均相对挥发度a为2.47。 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 课题二 精馏的物料衡算 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. 精馏操作的依据是__________________。 【答案】混合物中各组分挥发度的差异 【解析】精馏操作的依据是混合物中各组分挥发度的差异。 2.塔板负荷性能图中有_______条线，分别是 _________、 _________、 ________、________、 _________。【答案】5；液泛线；雾沫夹带线；漏液线；液相上限线；气相上限线 【解析】考察的是塔板负荷性能图。 3.在对精馏塔的操作分析中，常常需掌握塔内相邻两层塔板间的汽，液相浓度之间的数量关系，这种关系称为操作线关系，表达这种关系的数学式叫_____________。由精馏段进行物料衡算可得出_____________的操作线方程，对提馏段物料衡算可得出_____________的操作线方程。 【答案】操作线方程；精馏段；提馏段 【解析】在对精馏塔的操作分析中，常常需掌握塔内相邻两层塔板间的汽，液相浓度之间的数量关系，这种关系称为操作线关系，表达这种关系的数学式叫操作线方程。由精馏段进行物料衡算可得出精馏段的操作线方程，对提馏段物料衡算可得出提馏段的操作线方程。 4. 精馏过程中，塔顶易挥发组分的浓度________塔底的易挥发组分的浓度。 【答案】大于 【解析】精馏过程中，塔顶易挥发组分的浓度大于塔底的易挥发组分的浓度。 5. 精馏塔全塔物料衡算的总物料平衡关系式是___________，易挥发组分的平衡关系式是_____________。 【答案】F=D+W；F·xF=D·xD+W·xW 【解析】精馏塔全塔物料衡算的总物料平衡关系式是F=D+W，易挥发组分的平衡关系式是F·xF=D·xD+W·xW。 6. 某精馏塔进料量为 100 kmol/h ，塔顶馏出液量为 40 kmol/h ，则塔釜出料量为___________ kmol/h 。 【答案】60 【解析】由F=D+W可知，F=100kmol/h，D=40kmol/h，则W=60kmol/h。 7. 精馏塔内，某理论板上液相中易挥发组分的摩尔分数为 0.6 ，汽相中为 0.8 ，则该板的_______ 为 0.75 。 【答案】汽相默弗里板效率 【解析】考察的是汽相默弗里板效率的计算。 8. 进料热状况参数 q 的值越大，进料温度__________________ 。 【答案】越低 【解析】进料热状况参数的值越大，进料温度越低。 9. 精馏操作中，若回流比增大，则塔顶产品的浓度__________________ 。 【答案】增大 【解析】精馏操作中，若回流比增大，则塔顶产品的浓度增大。 10. 在精馏塔的设计中，若进料组成变化，其他条件不变，则塔顶产品的组成将 _________ 。 【答案】增加 【解析】在精馏塔的设计中，若进料组成变化，其他条件不变，则塔顶产品的组成将增加。 二、选择题（共10小题，每小题3分，共30分） 1. 含乙醇 12%（质量分数）的水溶液，则乙醇的摩尔分数为（ ） A. 0.05 B. 0.06 C. 0.07 D. 0.08 【答案】A 【解析】本题可根据质量分数与摩尔分数的换算关系进行计算，答案为 A。 2. 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），则每小时的馏出液量是（ ） A. 8.2 kmol/h B. 8.4 kmol/h C. 8.6 kmol/h D. 8.8 kmol/h 【答案】A 【解析】本题可根据物料衡算原理进行计算，答案为 A。 3. 下列关于相对挥发度的说法，错误的是（ ） A. 相对挥发度越大，分离越容易 B. 相对挥发度等于 1 时，不能用精馏分离 C. 相对挥发度与体系的温度和压力无关 D. 相对挥发度与组成有关 【答案】C 【解析】选项 A：相对挥发度越大，说明两组分的挥发能力差异越大，在精馏过程中，易挥发组分和难挥发组分就越容易分离，该说法正确。 选项 B：当相对挥发度等于 1 时，意味着两组分的挥发能力相同，在精馏过程中无法实现有效分离，不能用普通的精馏方法进行分离，该说法正确。 选项 C：相对挥发度与体系的温度和压力有关，温度和压力的变化会影响物质的挥发能力，从而影响相对挥发度，该说法错误。 选项 D：相对挥发度与组成有关，不同的组成会导致体系的物理化学性质发生变化，进而影响相对挥发度，该说法正确。 4. 某二元混合物，其中 A 为易挥发组分，液相组成 xA = 0.4 ，相应的泡点为 t1 ，气相组成 yA = 0.6 ，相应的露点为 t2 ，则（ ） A. t1 < t2 B. t1 = t2 C. t1 > t2 D.不能判断 【答案】 【解析】A。 解析：对于二元混合物，在相同的组成下，泡点温度低于露点温度。本题中液相组成对应的泡点为，气相组成对应的露点为，一般情况下，气相组成对应的温度要高于液相组成对应的温度，即。所以答案是 A。 5. 若进料量、进料组成、进料热状况都不变，塔顶馏出液组成不变，要提高塔顶产品量，可采用（ ） A.增加回流比 B.减少回流比 C.增加塔釜加热蒸汽量 D.增加塔板数 【答案】B 【解析】首先分析选项 A，增加回流比会使塔顶产品纯度提高，但在进料量等条件不变且塔顶馏出液组成不变的情况下，增加回流比会使塔顶产品量减少而不是增加。 选项 B，减少回流比，在其他条件不变时，塔顶产品量会增加，因为回流比减小意味着更多的蒸汽可以作为塔顶产品采出，故该选项正确。 选项 C，增加塔釜加热蒸汽量主要影响的是塔内的气液平衡和传质传热过程等，对塔顶产品量的直接影响不明确，并且在本题给定条件下，不一定能达到提高塔顶产品量的目的。 选项 D，增加塔板数主要是提高分离效率，对塔顶产品量的增加没有直接作用，在本题条件下不是提高塔顶产品量的有效方法。 6. 某精馏塔的塔顶产品量为100 kmol/h，为保证产品质量需要一定的回流比，因此塔顶回流量为22 kmol/h，则该精馏塔的回流比为（ ） A.0.22 B.0.78 C.1.22 D.1.78 【答案】A 【解析】回流比的定义为塔顶回流量与塔顶产品量之比，所以答案是 A。 7. 对某二元连续精馏塔，若塔顶采用全凝器，泡点回流，塔釜间接蒸汽加热。已知塔顶馏出液组成 xD 和塔釜组成 XW ，则进料组成 XF 为（ ） A.（XD + XW）/ 2 B.（XD - XW）/ 2 C.XD+XW D.无法确定 【答案】D 【解析】仅知道塔顶馏出液组成和塔釜组成，无法确定进料组成。因为进料组成还与进料热状况、回流比、塔板数等多种因素有关，题干中没有提供这些相关信息，所以不能确定的值。 8. 精馏塔设计时，若F、XF、XD、XW、q一定，将进料热状况从饱和液体改为饱和蒸汽进料，则所需理论板数（ ） A. 减少 B. 增加 C. 不变 D. 不确定 【答案】B 【解析】进料热状况从饱和液体改为饱和蒸汽进料时，值从 1 变为 0。值减小，会使进料线（线）斜率变小，与平衡线的交点位置下移，在塔顶馏出液组成、塔釜组成等其他条件不变的情况下，意味着需要更多的理论板数才能达到相同的分离效果，所以所需理论板数增加。 9. 每小时将15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜底残液中含苯不高于2%(以上均为质量分数)，塔顶轻组分的回收率为97.1%，操作压力为101.3kPa,则馏出液的流量是（ ） A. 60 kmol/h B. 70 kmol/h C. 80 kmol/h D. 90 kmol/h 【答案】 B 【解析】考察的物料衡算。 10. 某精馏塔的馏出液量为50 kmol/h，回流比为2，则塔顶回流量为（ ） A. 25 kmol/h B. 50 kmol/h C. 100 kmol/h D. 150 kmol/h 【答案】C 【解析】考察的物料衡算。 三、简答题（本大题共4小题，每小题10分，共计40分） 1.（本小题10分）某精馏塔的进料成分为丙烯 40%、丙烷60%，进料量为 2000kg/h，塔底产品中丙烯含量为 20%(以上均为质量分数)，流量1000kg/h。试求塔顶产品的产量及组成。 【答案】 2.（本小题10分）某连续精馏操作的精馏塔，每小时蒸馏5000kg含乙醇15%(质量分数，下同)的水溶液，塔底残液内含乙醇1%。试求每小时可获得多少含乙醇95%的馏出液及残液量(kg)?乙醇的回收率是多少? 【答案】 3.（本小题10分）每小时将15000kg含苯40%和甲苯60%的溶液，在连续精馏塔中进行分离，要求釜底残液火含苯不高于2%(以上均为质量分数)，塔顶轻组分的回收率为97.1%，操作压力为101.3kPa。试求馏出液和釜底残液的流量及组成，以摩尔流量及摩尔分数表示。 【答案】 4.（本小题10分）在常压下将含苯0.25的苯-甲苯混合液连续精馏分离。要求馏出液中含苯0.98，釜残液中含苯不超过0.085。选用回流比为5，进料为饱和液体，塔顶为全凝器，泡点回流。试用逐板计算法求所需理论板层数。已知常压下苯-甲苯混合液的平均相对挥发度α为2.47。 【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 $$