专题15 精馏操作影响因素与常见故障处理 2027山东省《化工与环境类 （化工操作单元） 45分钟训练卷》（原卷版+解析版）

2027版山东省（春季高考）化工与环境类《化工单元操作》45分钟专题训练卷，试卷命题与山东省春季高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固化工与环境类理论知识，熟悉考试题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为春季高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加山东省春季高考化工与环境类的学生。45分钟专题训练卷，欢迎同学和老师们下载使用。 《化工单元操作》 五、蒸馏 专题15精馏操作影响因素与常见故障处理 时间：45分钟 总分：100分 班级___________姓名__________学号__________成绩________ 一、单项选择题（本大题共25小题，每题2分，共50分） 1. ______是保证精馏过程连续稳定操作的必要条件之一。（ ） A. 液相回流 B. 进料 C. 侧线抽出 D. 产品提纯 【答案】A 【解析】精馏过程依靠上升蒸汽与下降液体在塔内逆流接触实现传质。液相回流能提供塔内下降液相，是保证精馏连续稳定操作和获得分离效果的必要条件之一。 2. 降低回流比会导致：（ ） A. 塔顶产品纯度提高 B. 塔底产品纯度降低 C. 能耗降低 D. 理论板数减少 【答案】C 【解析】降低回流比可减少能耗，但会影响产品纯度。 3. 以下哪种情况会使提馏段操作线更靠近平衡线（ ） A. 增大塔顶回流比 B. 减小塔顶回流比 C. 增大塔底采出量 D. 减小进料量 【答案】B 【解析】操作线越靠近平衡线，传质推动力越小，完成同样分离所需理论板数越多。减小塔顶回流比会使塔内汽液流量关系改变，使操作线更接近平衡线，因此选B。 4. 精馏塔中，最小回流比是指（ ） A. 全回流时的回流比 B. 产品纯度为0时的回流比 C. 理论板数为无穷多时的回流比 D. 操作费用最低时的回流比 【答案】C 【解析】最小回流比对应理论板数无穷大的极限情况。 5. 精馏操作中，若进料组成、流量、回流比等不变，仅将操作压力降低，则塔顶产品组成（ ） A. 不变 B. 降低 C. 升高 D. 先升高后降低 【答案】C 【解析】在进料组成、流量和回流比等条件不变时，降低操作压力通常会增大体系的相对挥发度，使轻、重组分更易分离，因此塔顶轻组分含量升高，塔顶产品组成升高。 6. 精馏塔适宜进料位置下移，可能是由于（ ） A. 进料由饱和液体变为饱和蒸汽 B. 塔顶产品采出量减少 C. 塔底产品采出量增加 D. 进料中轻组分含量减少，且进料温度降低 【答案】A 【解析】进料由饱和液体变为饱和蒸汽时，进料热状况参数q减小，进料板附近汽液流量分配发生变化，适宜进料位置通常会下移，以更好地匹配塔内组成分布。 7. 精馏塔进料位置的选择主要取决于：（ ） A. 进料组成 B. 进料温度 C. 塔径大小 D. 回流比 【答案】A 【解析】进料板位置应根据进料组成与塔内组成最接近处确定。 8. 对于一定的分离专题，在回流比和馏出液组成不变时，当进料热状态改变时，精馏段操作线（ ） A. 斜率改变 B. 截距改变 C. 斜率、截距均改变 D. 位置不变 【答案】D 【解析】精馏段操作线方程为，其中斜率为，截距为。在回流比R和馏出液组成xD不变时，进料热状态的改变只会改变q线及进料板附近的汽液流量分配，不会改变精馏段操作线的斜率和截距，因此精馏段操作线位置不变，选D。 9. 以下关于精馏塔进料热状况的说法，错误的是（ ） A. 冷液进料有助于提高塔的分离效果 B. 饱和蒸汽进料时，q值等于0 C. 气液混合物进料的q值在0到1之间 D. 过热蒸汽进料时，进料温度低于露点温度 【答案】D 【解析】过热蒸汽进料的温度应高于其露点温度，而不是低于露点温度。饱和蒸汽进料时q值为0，气液混合物进料时q值介于0到1之间，因此错误说法是D。 10. 已知某精馏塔进料组成为0.35（摩尔分率），馏出液组成为0.9，相对挥发度为2.2，冷液进料，且进料热状况参数，其最小回流比为（ ） A. 1.12 B. 1.34 C. 1.63 D. 1.78 【答案】C 【解析】相平衡关系为。q线方程为。联立两式：，解得 xq≈0.3889，代入q线得 yq≈0.5833。最小回流比时精馏段操作线通过点(xD,xD)和夹点(xq,yq)，其斜率。又，故 。故选C。 11. 全回流操作时，回流比R为：（ ） A. R=0 B. R=1 C. R→∞ D. R=设计值 【答案】C 【解析】全回流时塔顶产品采出量D=0，回流比R=L/D，因此R趋于无穷大，选C。 12. 全回流操作应维持至：（ ） A. 塔顶温度稳定 B. 塔压稳定 C. 塔底液位稳定 D. 塔顶温度、塔压、塔底液位均稳定 【答案】D 【解析】这些参数都稳定表明塔内达到平衡状态。 13. 精馏塔中气液两相呈：（ ） A. 并流接触 B. 逆流接触 C. 错流接触 D. 混流接触 【答案】B 【解析】塔内上升蒸汽与下降液体呈逆流接触，这是精馏的基本流动方式。 14. 对于一定的分离任务，回流比增大时，完成分离所需的理论塔板数（ ） A. 减少 B. 增多 C. 不变 D. 先增后减 【答案】A 【解析】回流比增大，操作线远离平衡线，传质推动力增大，完成同样分离所需理论板数减少，但冷凝器和再沸器负荷增大、能耗增加，故选A。 15. 精馏塔中，从塔顶到塔底，各层塔板上液体中易挥发组分的浓度变化趋势是（ ） A. 逐渐增大 B. 逐渐减小 C. 保持不变 D. 先增大后减小 【答案】B 【解析】塔顶轻组分含量最高，随塔板自上而下，轻组分不断被分离进入气相，液体中易挥发组分浓度逐渐减小，故选B。 16. 精馏塔氮气置换合格的标准是氧含量低于：（ ） A. 5% B. 2% C. 1% D. 0.5% 【答案】D 【解析】化工装置一般要求置换后氧含量≤0.5%（v/v）。 17. 下列哪项是水运试车的主要目的？（ ） A. 检查系统严密性和畅通性 B. 检查仪表灵敏度 C. 验证分离效果 D. 培训操作人员 【答案】A 【解析】水运试车是以水代替生产物料进行系统运行检查，主要用于检查设备、管道、阀门等系统的严密性、畅通性及运行状态，并可辅助检查仪表和操作配合情况；设备强度主要通过水压试验等方式检验。故选A。 18. 精馏塔操作中，塔釜残液中轻组分含量升高，首先应（ ） A. 适当增大回流比，提高提馏段分离效果 B. 减小回流比，减少塔内液流量 C. 降低塔釜加热量 D. 增大塔顶采出量 【答案】A 【解析】塔釜残液中轻组分含量升高，说明提馏段分离不充分，可适当增大回流比，增加塔内下降液量、强化汽液接触，使轻组分更多进入塔顶，故选A。 19. 精馏塔塔釜再沸器的作用是（ ） A. 加热塔釜液产生上升蒸汽，维持塔内汽液逆流接触和传质 B. 冷凝塔顶蒸汽 C. 储存塔底产品 D. 调节进料温度 【答案】A 【解析】再沸器（蒸馏釜）加热塔釜液产生上升蒸汽，为精馏塔提供气相回流，维持塔内汽液逆流接触和传质；冷凝塔顶蒸汽靠冷凝器，故选A。 20. 系统泄压时应控制速率不超过：（ ） A. 0.1MPa/min B. 0.3MPa/min C. 0.5MPa/min D. 1.0MPa/min 【答案】A 【解析】快速泄压可能损坏设备。 21. 关于精馏装置的操作弹性，说法正确的是（ ） A. 只与塔板类型有关 B. 是指装置能稳定操作的最大处理量 C. 操作弹性越大，装置适应负荷变化能力越强 D. 与回流比无关 【答案】C 【解析】精馏装置的操作弹性是指装置在一定范围内适应负荷变化并保持稳定操作的能力。操作弹性越大，说明装置对处理量、回流比等操作条件波动的适应能力越强。 22. 板式塔中，漏液现象会导致（ ） A. 板效率升高 B. 压降降低 C. 传质效果下降 D. 处理能力提高 【答案】C 【解析】漏液使气液接触不充分，降低传质效率。 23. 精馏塔操作中，若塔顶温度升高，可能的原因是（ ） A. 回流量增大 B. 进料组成中轻组分含量增加 C. 塔釜加热量减小 D. 塔顶采出量增大 【答案】D 【解析】精馏塔塔顶温度升高通常说明塔顶产品中轻组分含量降低、重组分含量升高，或塔顶压力升高。在塔压基本稳定时，若塔顶采出量增大，相当于回流比降低，塔内回流液量不足，精馏段分离能力下降，重组分更易进入塔顶，使塔顶温度升高。故选D。 24. 精馏塔操作中，回流比增加时，通常会发生什么（ ） A. 塔顶产品质量提高，能耗减少 B. 塔顶产品质量提高，能耗增加 C. 塔底产品质量提高，能耗减少 D. 塔底产品质量提高，能耗增加 【答案】B 【解析】回流比增加时，塔内液相回流量增大，汽液接触和分离效果增强，通常可提高塔顶产品质量；但同时冷凝和再沸负荷增加，能耗也会增加。 25. 塔内物料排空时应特别注意：（ ） A. 排空速度 B. 残留物性质 C. 天气状况 D. 排空时间 【答案】B 【解析】残留物的毒性、腐蚀性等特性决定处理方式，最为关键。 二、简答题（本大题共2小题，每题10分，共20分） 26. 精馏塔正常操作中，塔顶产品纯度下降，可能的原因有哪些？应采取哪些处理措施？ 【答案】可能原因：回流比过小或回流量不足；塔顶采出量过大；进料组成、进料量或进料温度波动；冷凝器冷凝效果差；塔板漏液、堵塞或雾沫夹带严重等。处理：适当增大回流比、减少塔顶采出量，稳定进料条件，检查冷凝器及塔板状况，排除异常后逐步恢复正常操作。 【解析】塔顶产品纯度下降说明精馏段分离能力不足或塔内传质条件恶化。回流比过小、塔顶采出量过大都会使回流液量减少，精馏段操作线靠近平衡线、分离推动力减小；进料组成、进料量或进料温度波动会破坏塔内物料与热量平衡；冷凝器冷凝效果差会使回流液温度升高、回流量减少；塔板漏液、堵塞或雾沫夹带严重则直接降低塔板效率。处理时应先稳定操作参数，适当增大回流比、减少塔顶采出量，再检查冷凝器与塔板状况，排除故障后逐步恢复正常操作。 27. 在精馏塔实际操作中，如何判断进料热状况是否合适？ 【答案】在精馏塔实际操作中，可通过以下方式判断进料热状况是否合适。观察产品质量指标，若塔顶产品纯度持续不达标且塔釜产品中轻组分含量较低，可能是进料热状况导致精馏段分离能力不足，如进料中蒸气比例过高；若塔釜产品质量不达标且塔顶产品中重组分含量较高，可能是提馏段分离效果不佳，如进料中液体比例过高。监测塔内温度分布，若进料板附近温度异常波动，与理论温度偏差较大，也可能表明进料热状况不合适。此外，还可通过分析塔内气液流量是否在设备设计范围内、再沸器和冷凝器的负荷是否合理等，综合判断进料热状况是否合适，必要时对进料热状况进行调整 。 【解析】进料热状况是否合适，不能只看进料温度本身，应结合塔的分离效果和操作状态综合判断。若进料过冷或液相比例过大，会增加塔内液相负荷，可能使提馏段负荷偏大、再沸器负荷增加，并导致塔釜或塔顶产品质量波动；若进料过热或气相比例过大，会增加气相负荷，可能造成塔压差升高、雾沫夹带或精馏段分离效果变差。现场可通过塔顶和塔釜产品组成是否达标、进料板附近温度是否平稳且符合设计值、塔压差是否异常、冷凝器和再沸器负荷是否合理、塔内气液负荷是否接近操作上限等指标判断。若这些参数持续偏离正常范围，应检查并调整进料预热或冷却条件，使进料热状况与设计要求相符。 三、计算题（本大题共1小题，每题15分，共15分） 28. 某连续精馏塔分离苯—甲苯混合液，进料量为 100 kmol/h，进料中苯的摩尔分数为 0.45。要求塔顶产品中苯的摩尔分数为 0.95，塔釜残液中苯的摩尔分数为 0.05。正常操作回流比为 3.0，运行中回流流量计显示回流量为 90 kmol/h。（1）计算塔顶产品量和塔釜残液量。（2）计算正常回流量，并判断当前回流比是否低于设定值。（3）说明回流比偏低对塔顶产品质量的影响，并提出一项处理措施。 【答案】（1）塔顶产品量为 44.44 kmol/h，塔釜残液量为 55.56 kmol/h。（2）正常回流量为 133.32 kmol/h；当前回流比为 2.03，低于设定值。（3）回流比偏低会使塔顶产品中甲苯含量升高、苯纯度下降；应检查回流泵、回流阀及冷凝回流管线，并适当增大回流量。 【解析】（1）由 ，，联立得 ，。（2）正常回流量 ；实际 ，低于设定。（3）回流不足会降低精馏分离能力，应先核对回流量并检查回流系统。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题15分，共15分） 29. 某化工厂甲醇—水连续精馏塔采用全凝器操作。正常进料量为 6000 kg/h，进料中甲醇质量分数为 0.40，要求塔顶馏出液中甲醇质量分数为 0.95，塔釜液中甲醇质量分数为 0.03。当前回流比为 2.5，精馏段上升蒸气量可近似按 计算。该塔允许最大上升蒸气量为 8200 kg/h。运行中发现塔压差由 18 kPa 升至 28 kPa，塔顶产品甲醇质量分数降至 0.90，塔釜液甲醇质量分数升至 0.06。（1）计算塔顶馏出液量、塔釜液量和精馏段上升蒸气量。（2）判断该塔是否处于正常稳定操作，并说明最可能出现的故障。（3）提出该故障的现场处理措施，至少写出 3 点。 【答案】 （1） 全塔物料衡算：，甲醇组分衡算： 。。 。。 （2）该塔不处于正常稳定操作。上升蒸气量 8445.64 kg/h 超过允许值 8200 kg/h，超限约 3.0%，结合塔压差明显升高、塔顶和塔釜产品质量变差，最可能为液泛或严重雾沫夹带。（3）应适当降低再沸器加热蒸汽量，减少上升蒸气负荷；必要时降低进料量，减轻塔内气液负荷；短时间适当降低回流量，待压差恢复后再逐步调整回流比；检查冷凝器、再沸器、塔板、降液管和塔内是否堵塞；稳定进料温度和组成，避免操作大幅波动。 【解析】（1）先用全塔总物料衡算和甲醇组分衡算求馏出液量，再求塔釜液量，最后按回流比计算蒸气负荷。（2）蒸气量超限且压差升高，说明塔内气液接触异常，产品组成变差符合液泛或严重夹带特征。（3）处理重点是先降负荷、稳压差，再检查换热设备、塔内构件和进料条件。 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 $ 2027版山东省（春季高考）化工与环境类《化工单元操作》45分钟专题训练卷，试卷命题与山东省春季高考紧密相关，精选具有代表性和典型性的高考常考题。旨在帮助学生系统地复习和巩固化工与环境类理论知识，熟悉考试题型和命题规律，提高解题能力和应试技巧，为春季高考取得优异成绩打下坚实的基础，本训练卷适用于即将参加山东省春季高考化工与环境类的学生。45分钟专题训练卷，欢迎同学和老师们下载使用。 《化工单元操作》 五、蒸馏 专题15精馏操作影响因素与常见故障处理 时间：45分钟 总分：100分 班级___________姓名__________学号__________成绩________ 一、单项选择题（本大题共25小题，每题2分，共50分） 1. ______是保证精馏过程连续稳定操作的必要条件之一。（ ） A. 液相回流 B. 进料 C. 侧线抽出 D. 产品提纯 2. 降低回流比会导致：（ ） A. 塔顶产品纯度提高 B. 塔底产品纯度降低 C. 能耗降低 D. 理论板数减少 3. 以下哪种情况会使提馏段操作线更靠近平衡线（ ） A. 增大塔顶回流比 B. 减小塔顶回流比 C. 增大塔底采出量 D. 减小进料量 4. 精馏塔中，最小回流比是指（ ） A. 全回流时的回流比 B. 产品纯度为0时的回流比 C. 理论板数为无穷多时的回流比 D. 操作费用最低时的回流比 5. 精馏操作中，若进料组成、流量、回流比等不变，仅将操作压力降低，则塔顶产品组成（ ） A. 不变 B. 降低 C. 升高 D. 先升高后降低 6. 精馏塔适宜进料位置下移，可能是由于（ ） A. 进料由饱和液体变为饱和蒸汽 B. 塔顶产品采出量减少 C. 塔底产品采出量增加 D. 进料中轻组分含量减少，且进料温度降低 7. 精馏塔进料位置的选择主要取决于：（ ） A. 进料组成 B. 进料温度 C. 塔径大小 D. 回流比 8. 对于一定的分离专题，在回流比和馏出液组成不变时，当进料热状态改变时，精馏段操作线（ ） A. 斜率改变 B. 截距改变 C. 斜率、截距均改变 D. 位置不变 9. 以下关于精馏塔进料热状况的说法，错误的是（ ） A. 冷液进料有助于提高塔的分离效果 B. 饱和蒸汽进料时，q值等于0 C. 气液混合物进料的q值在0到1之间 D. 过热蒸汽进料时，进料温度低于露点温度 10. 已知某精馏塔进料组成为0.35（摩尔分率），馏出液组成为0.9，相对挥发度为2.2，冷液进料，且进料热状况参数，其最小回流比为（ ） A. 1.12 B. 1.34 C. 1.63 D. 1.78 11. 全回流操作时，回流比R为：（ ） A. R=0 B. R=1 C. R→∞ D. R=设计值 12. 全回流操作应维持至：（ ） A. 塔顶温度稳定 B. 塔压稳定 C. 塔底液位稳定 D. 塔顶温度、塔压、塔底液位均稳定 13. 精馏塔中气液两相呈：（ ） A. 并流接触 B. 逆流接触 C. 错流接触 D. 混流接触 14. 对于一定的分离任务，回流比增大时，完成分离所需的理论塔板数（ ） A. 减少 B. 增多 C. 不变 D. 先增后减 15. 精馏塔中，从塔顶到塔底，各层塔板上液体中易挥发组分的浓度变化趋势是（ ） A. 逐渐增大 B. 逐渐减小 C. 保持不变 D. 先增大后减小 16. 精馏塔氮气置换合格的标准是氧含量低于：（ ） A. 5% B. 2% C. 1% D. 0.5% 17. 下列哪项是水运试车的主要目的？（ ） A. 检查系统严密性和畅通性 B. 检查仪表灵敏度 C. 验证分离效果 D. 培训操作人员 18. 精馏塔操作中，塔釜残液中轻组分含量升高，首先应（ ） A. 适当增大回流比，提高提馏段分离效果 B. 减小回流比，减少塔内液流量 C. 降低塔釜加热量 D. 增大塔顶采出量 19. 精馏塔塔釜再沸器的作用是（ ） A. 加热塔釜液产生上升蒸汽，维持塔内汽液逆流接触和传质 B. 冷凝塔顶蒸汽 C. 储存塔底产品 D. 调节进料温度 20. 系统泄压时应控制速率不超过：（ ） A. 0.1MPa/min B. 0.3MPa/min C. 0.5MPa/min D. 1.0MPa/min 21. 关于精馏装置的操作弹性，说法正确的是（ ） A. 只与塔板类型有关 B. 是指装置能稳定操作的最大处理量 C. 操作弹性越大，装置适应负荷变化能力越强 D. 与回流比无关 22. 板式塔中，漏液现象会导致（ ） A. 板效率升高 B. 压降降低 C. 传质效果下降 D. 处理能力提高 23. 精馏塔操作中，若塔顶温度升高，可能的原因是（ ） A. 回流量增大 B. 进料组成中轻组分含量增加 C. 塔釜加热量减小 D. 塔顶采出量增大 24. 精馏塔操作中，回流比增加时，通常会发生什么（ ） A. 塔顶产品质量提高，能耗减少 B. 塔顶产品质量提高，能耗增加 C. 塔底产品质量提高，能耗减少 D. 塔底产品质量提高，能耗增加 25. 塔内物料排空时应特别注意：（ ） A. 排空速度 B. 残留物性质 C. 天气状况 D. 排空时间 二、简答题（本大题共2小题，每题10分，共20分） 26. 精馏塔正常操作中，塔顶产品纯度下降，可能的原因有哪些？应采取哪些处理措施？ 27. 在精馏塔实际操作中，如何判断进料热状况是否合适？ 三、计算题（本大题共1小题，每题15分，共15分） 28. 某连续精馏塔分离苯—甲苯混合液，进料量为 100 kmol/h，进料中苯的摩尔分数为 0.45。要求塔顶产品中苯的摩尔分数为 0.95，塔釜残液中苯的摩尔分数为 0.05。正常操作回流比为 3.0，运行中回流流量计显示回流量为 90 kmol/h。（1）计算塔顶产品量和塔釜残液量。（2）计算正常回流量，并判断当前回流比是否低于设定值。（3）说明回流比偏低对塔顶产品质量的影响，并提出一项处理措施。 四、综合应用题（本大题共1小题，每题15分，共15分） 29. 某化工厂甲醇—水连续精馏塔采用全凝器操作。正常进料量为 6000 kg/h，进料中甲醇质量分数为 0.40，要求塔顶馏出液中甲醇质量分数为 0.95，塔釜液中甲醇质量分数为 0.03。当前回流比为 2.5，精馏段上升蒸气量可近似按 计算。该塔允许最大上升蒸气量为 8200 kg/h。运行中发现塔压差由 18 kPa 升至 28 kPa，塔顶产品甲醇质量分数降至 0.90，塔釜液甲醇质量分数升至 0.06。（1）计算塔顶馏出液量、塔釜液量和精馏段上升蒸气量。（2）判断该塔是否处于正常稳定操作，并说明最可能出现的故障。（3）提出该故障的现场处理措施，至少写出 3 点。 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 $