《化工单元操作》简单蒸馏与精馏原理（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《化工单元操作》简单蒸馏与精馏原理-讲义 1、理解精馏的原理、精馏过程 知识点一 简单蒸馏原理与流程 简单蒸馏是一种间歇、单级蒸馏操作。简单蒸馏原料液在蒸馏釜中通过间接加热使之部分汽化，产生的蒸汽进入冷凝器中冷凝，冷凝液作为馏出液产品排入接受器中。随着蒸馏过程的进行，釜液中易挥发组分的含量不断降低，与之平衡的汽相组成(即馏出液组成)也随之下降，釜中液体的泡点则逐渐升高。当馏出液平均组成或釜液组成降低至某规定值后，即停止蒸馏操作。在一批操作中，馏出液可分段收集，以得到不同组成的馏出液简单蒸馏仅对液体混合物进行一次部分汽化和冷凝，多用于液体混合物的初步分离。 简单蒸馏过程中，随着蒸馏的进行，釜液中易挥发组分浓度会（ ） A. 保持不变 B. 逐渐升高 C. 逐渐降低 D. 先升高后降低 【答案】C 【解析】简单蒸馏是间歇操作，随着易挥发组分不断被蒸出，釜液中易挥发组分浓度逐渐降低。 1. 下列关于简单蒸馏特点的描述，错误的是（ ） A. 是一种单级蒸馏操作 B. 蒸馏过程中釜内液体组成随时间变化 C. 馏出液组成始终保持恒定 D. 适用于分离沸点相差较大的混合液 【答案】C 【解析】简单蒸馏过程中，随着蒸馏进行，釜液组成变化，馏出液组成也会逐渐降低，并非始终恒定。 2. 简单蒸馏流程中，一般不包含的设备是（ ） A. 蒸馏釜 B. 冷凝器 C. 再沸器 D. 接收器 【答案】C 【解析】简单蒸馏依靠直接加热蒸馏釜内液体，不需要再沸器，再沸器常见于连续蒸馏流程。 3. 对两组分理想溶液进行简单蒸馏，若两组分的相对挥发度 α=1，蒸馏后（ ） A. 能实现完全分离 B. 不能实现分离 C. 只能分离出易挥发组分 D. 只能分离出难挥发组分 【答案】B 【解析】相对挥发度 α=1 时，两组分挥发能力相同，无法通过简单蒸馏实现分离。 1. 简单蒸馏操作中，加热方式通常采用（ ） A. 夹套加热 B. 蛇管加热 C. 直接火加热 D. 以上方式均可 【答案】D 【解析】简单蒸馏的加热方式多样，夹套加热、蛇管加热、直接火加热等都可根据实际情况使用。 2. 当简单蒸馏用于分离乙醇 - 水混合液时，随着蒸馏进行，馏出液中乙醇含量（ ） A. 一直不变 B. 逐渐增加 C. 逐渐减少 D. 先减少后增加 【答案】C 【解析】乙醇 - 水混合液蒸馏时，乙醇为易挥发组分，随着蒸馏进行，釜液中乙醇减少，馏出液中乙醇含量也逐渐减少。 3. 简单蒸馏适用于处理（ ） A. 大量液体的连续分离 B. 小批量液体的间歇分离 C. 任何规模液体的分离 D. 只适用于气体混合物分离 【答案】B 【解析】简单蒸馏是间歇操作，适合小批量液体的分离，不适合大量液体的连续分离。 · 原理：利用液体混合物中各组分的挥发度差异，通过加热使液体汽化，再冷凝收集蒸汽，实现分离。 · 流程：主要包括加热、汽化、冷凝和收集四个步骤。 · 特点：间歇操作，易挥发组分逐渐富集于气相，釜液温度升高，产品和釜液组成随时间变化。 知识点二 精馏过程原理 多次部分汽化和冷凝 精馏过程原理可用t-x-y图来说明。如图片所示，将组成为x⁸、温度为tF的某混合液加热至泡点以上，则该混合物被部分汽化，产生汽液两相，其组成分别为y1和x1,此时y₁>xp>x₁。将汽液两相分离，并将组成为yl的汽相混合物进行部分冷凝，则可得到组成为y2的汽相和组成为x2的液相。继续将组成为y2的汽相进行部分冷凝，又可得到组成为y3的汽相和组成为x3的液相，显然y3>y2>y1。如此进行下去，最终的汽相经全部冷凝后，即可获得高纯度的易挥发组分产品。同时，将组成为x'2的液相进行部分汽化，则可得到组成为y'2的汽相和组成为x'2的液相，继续将组成为x'2的液相部分汽化，又可得到组成为y's的汽相和组成为x's的液相，显然x's<x'₂<x'。如此进行下去，最终的液相即为高纯度的难挥发组分产品。液体混合物经多次部分汽化和冷凝后，便可得到几乎完全的分离，这就是精馏过程的基本原理。 精馏过程能够实现高纯度分离的关键在于（ ） A. 一次汽化和冷凝 B. 多次部分汽化和部分冷凝 C. 仅依靠加热 D. 仅依靠冷却 【答案】B 【解析】精馏是利用混合物中各组分挥发度不同，通过多次部分汽化和部分冷凝，使轻重组分多次分离，从而实现高纯度分离。 1. 精馏塔中，从下往上各层塔板上液相中轻组分浓度（ ） A. 逐渐降低 B. 逐渐升高 C. 保持不变 D. 先降低后升高 【答案】B 【解析】在精馏塔内，上升的气相与下降的液相在塔板上进行传质传热，轻组分不断从液相进入气相，所以从下往上液相中轻组分浓度逐渐升高。 2. 精馏操作中，全回流的特点不包括（ ） A. 塔顶蒸汽全部冷凝后回流至塔内 B. 无产品采出 C. 达到相同分离要求所需理论塔板数最多 D. 精馏段和提馏段操作线斜率均为 1 【答案】C 【解析】全回流时，达到相同分离要求所需理论塔板数最少，而不是最多。全回流时塔顶蒸汽全部冷凝后回流至塔内，无产品采出，精馏段和提馏段操作线斜率均为 1。 3. 以下关于精馏塔进料热状况的说法，正确的是（ ） A. 冷液体进料时，进料热状况参数 q < 0 B. 饱和液体进料时，q = 0 C. 气液混合进料时，0 < q < 1 D. 过热蒸汽进料时，q = 1 【答案】C 【解析】冷液体进料时，q > 1；饱和液体进料时，q = 1；气液混合进料时，0 < q < 1；过热蒸汽进料时，q < 0。 1. 精馏过程中，若其他条件不变，增大回流比，塔顶产品纯度会（ ） A. 降低 B. 升高 C. 不变 D. 先降低后升高 【答案】B 【解析】增大回流比，会增加精馏塔内的传质推动力，使塔顶产品中轻组分含量增加，从而提高塔顶产品纯度。 2. 精馏塔的理论塔板是指（ ） A. 实际存在的塔板 B. 气液两相达到平衡的理想化塔板 C. 具有一定开孔率的塔板 D. 安装有降液管的塔板 【答案】B 【解析】理论塔板是一种理想化的塔板，在该塔板上气液两相充分接触，传质传热过程达到平衡状态，实际塔板无法完全达到这种状态。 3. 某二元理想物系进行精馏分离，相对挥发度 α = 2.5，若塔顶产品中轻组分浓度为 0.95，与之平衡的液相中轻组分浓度为（ ） A. 0.76 B. 0.82 C. 0.90 D. 0.95 【答案】A 【解析】根据相对挥发度公式 α = y / [x (1 - y) / (1 - x)]，将 α = 2.5，y = 0.95 代入，可解得 x = 0.76 。 · 利用混合物中各组分挥发度差异，通过多次汽化和冷凝实现分离。 · 精馏塔分提馏段和精馏段，提馏段提纯重组分，精馏段提纯轻组分。 · 回流比影响分离效果，大回流比提高分离效率但能耗增加。 知识点三 精馏塔模型 设进入第n板的汽相组成和温度分别为ya+1和t+1,液相组成和温度分别为xa-1和t1,且t-1大于t-1大于与Va+1呈平衡的液相组成xa+1。由于存在温度差和浓度差，汽相发生部分冷凝，因难挥发组分更易冷凝，故汽相中部分难挥发组分冷凝后进入液相；同时液相发生部分汽化，因易挥发组分更易汽化，故液相中部分易挥发组分汽化后进入汽相。其结果是离开第n板的汽相中易挥发组分的组成较进入该板时增高，即y>va+1,而离开该板的液相中易挥发组分的组成较进入该板时降低，即x,<xa-1。由此可见，汽体通过一层塔板，即进行了一次部分汽化和冷凝过程。当它们经过多层塔板后，则进行了多次部分汽化和冷凝过程，最后在塔顶汽相中获得较纯的易挥发组分，在塔底液相中获得较纯的难挥发组分，从而实现了液体混合物的分离。 汽液两相在塔板上接触后，汽相温度降低，液相温度升高，液相部分汽化所需要的潜热恰好等于汽相部分冷凝所放出的潜热. 下列关于精馏塔理论板的说法正确的是（ ） A. 理论板是实际存在的塔板 B. 理论板上气液两相达到平衡状态 C. 理论板数越多，分离效果越差 D. 理论板与实际塔板效率无关 【答案】B 【解析】理论板是一种假设的理想化塔板，实际上并不存在，在理论板上气液两相充分接触并达到平衡状态；理论板数越多，分离效果越好；理论板概念常用于计算和评估实际塔板的效率。 1. 精馏塔操作时，若进料为饱和液体，其进料热状态参数 q 值为（ ） A. 0 B. 0.5 C. 1 D. 无穷大 【答案】C 【解析】当进料为饱和液体时，液体温度等于泡点温度，此时进料热状态参数 q = 1，表示进料全部以饱和液体形式进入精馏塔。 2. 以下哪种塔板属于喷射型塔板（ ） A. 泡罩塔板 B. 浮阀塔板 C. 筛板塔板 D. 舌形塔板 【答案】D 【解析】舌形塔板属于喷射型塔板，气体从舌孔以较高速度喷出，推动液体流动；泡罩塔板、浮阀塔板和筛板塔板主要是通过气体穿过液层鼓泡实现传质，不属于喷射型塔板。 3. 精馏塔在全回流操作时，下列说法正确的是（ ） A. 塔顶产品量最大 B. 塔底产品量最大 C. 回流比最小 D. 理论板数最少 【答案】D 【解析】全回流操作时，塔顶蒸汽全部冷凝后回流至塔内，塔底液体也全部返回塔内，此时塔顶和塔底产品量均为 0；全回流时回流比为无穷大，在一定分离要求下，全回流时所需的理论板数最少。 1.精馏塔中，提高回流比会导致（ ） A. 塔顶产品纯度降低 B. 塔底产品纯度降低 C. 能耗增加 D. 操作费用降低 【答案】C 【解析】提高回流比，塔顶产品纯度提高，塔底产品纯度降低（在其他条件不变时）；同时，回流比增大，需要更多的热量来汽化回流液，更多的冷却量来冷凝上升蒸汽，能耗增加，操作费用也会相应增加 。 2.精馏塔操作中，若塔板上出现严重的雾沫夹带现象，会导致（ ） A. 传质效率提高 B. 塔板压降减小 C. 板效率降低 D. 处理能力增大 【答案】C 【解析】雾沫夹带是指上升气流夹带液滴到上一层塔板，会使气相中轻组分含量降低，液相中重组分含量降低，导致传质效率下降，板效率降低；雾沫夹带会使塔板压降增大，处理能力下降。 3.双组分理想物系精馏中，相对挥发度 α = 1 时，表示（ ） A. 两组分容易分离 B. 两组分不能用普通精馏方法分离 C. 两组分挥发能力差异大 D. 精馏操作可以正常进行 【答案】B 【解析】相对挥发度 α 表示两组分挥发能力的差异，α = 1 时，说明两组分挥发能力相同，不能用普通精馏方法实现分离。 · 塔板设计：塔板是精馏塔的关键部件，其设计影响传质传热效率，通常采用带孔金属板或填料。 · 进料位置：进料位置对分离效果重要，一般置于塔顶或塔底。 · 温度梯度：塔内需保持适当温度梯度，塔底温度高，塔顶温度低。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$