中国矿业大学化工原理习题—蒸馏

一、单选题

1．蒸馏是分离（ ）混合物的单元操作。 B

A 气体；B 液体；C 固体；D 刚体。

2．蒸馏是利用各组分的（ ）不同的特性实现分离的目的。 A 溶解度；B 等规度；C 挥发度；D 调和度。

3．在二元混合液中，（ ）的组分称为易挥发组分。 A

A 沸点低；B 沸点高；C 沸点恒定；D 沸点变化。

4．在二元混合液中，沸点低的组分称为（ ）组分。 C

A 可挥发；B 不挥发；C 易挥发；D 难挥发。

5．在二元混合液中，（ ）的组分称为难挥发组分。 B

A 沸点低；B 沸点高；C 沸点恒定；D 沸点变化。

6．在二元混合液中，沸点高的组分称为（ ）组分。 D

1

C

A 可挥发；B 不挥发；C 易挥发；D 难挥发。

7．（ ）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。 A

A 液相回流；B 进料；C 侧线抽出；D 产品提纯。

8．液相回流是保证（ ）过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。 B

A 吸收；B 精馏；C 传热；D 过滤。

9．在（ ）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。 C

A 冷凝器；B 蒸发器；C 再沸器；D 换热器。

10．在再沸器中溶液（ ）而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。 C

A 部分冷凝；B 全部冷凝；C 部分气化；D 全部气化。

11．在再沸器中溶液部分气化而产生（ ），是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。 D

2

A 上升物料；B 上升组分；C 上升产品；D 上升蒸气。

12．再沸器的作用是提供一定量的（ ）流。 D

A 上升物料；B 上升组分；C 上升产品；D 上升蒸气。

13．（ ）的作用是提供一定量的上升蒸气流。 C

A 冷凝器；B 蒸发器；C 再沸器；D 换热器。

14．（ ）的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的液相回流。 A

A 冷凝器；B 蒸发器；C 再沸器；D 换热器。

15．冷凝器的作用是提供（ ）产品及保证有适宜的液相回流。 B

A 塔顶气相；B 塔顶液相；C 塔底气相；D 塔底液相。

16．冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（ ）回流。 A 气相；B 液相；C 固相；D 混合相。

17．在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（ ）。 C

3

B

A 浮阀板；B 喷射板；C 加料板；D 分离板。

18．在精馏塔中，加料板以上的塔段称为（ ）。 A

A 精馏段；B 提馏段；C 进料段；D 混合段。

19．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（ ）。 B

A 精馏段；B 提馏段；C 进料段；D 混合段。

20．在精馏塔中，加料板（ ）的塔段称为精馏段。 A

A 以上；B 以下；C 以外；D 以内。

21．在精馏塔中，加料板（ ）的塔段（包括加料板）称为提馏段。 B

A 以上；B 以下；C 以外；D 以内。

22．（ ）是指离开这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。 C

A 浮阀板；B 喷射板；C 理论板；D 分离板。

4

23．理论板是指离开这种板的（ ）相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。 D

A 气固两相；B 液固两相；C 气液固三相；D 气液两相。

24．理论板是指（ ）这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。

A 离开；B 进入；C 混合；D 接触。 A

25．理论板是指离开这种板的气液两相相互（ ），而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。 B

A 混合；B 成平衡；C 接触；D 分离。

26．回流比的（ ）值为全回流。 A

A 上限；B 下限；C 平均；D 混合。

27．回流比的上限值为（ ）。 C

A 内回流；B 外回流；C 全回流；D 最小回流比。

28．回流比的（ ）值为最小回流比。 B

5

A 上限；B 下限；C 平均；D 混合。

29．回流比的下限值为（ ）。 D

A 内回流；B 外回流；C 全回流；D 最小回流比。

30．某二元混合物，进料量为100 kmol/h，xF = 0.6，要求塔顶xD 不小于0.9，则塔顶最大产量为（ ）。 B

A 60 kmol/h；B 66.7 kmol/h；C 90 kmol/h；D 100 kmol/h。

二、填空题

1．蒸馏是分离（ ）最常用的方法。 液相混合物

2．蒸馏是利用溶液中各组分（ ）的差异, 使各组分得到分离。 沸点

3．利用溶液中各组分沸点的差异而将其分离的操作称为（ ）。 蒸馏

4．溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为（ ）温度。 泡点

5．气相混合物被冷却到有第一滴液滴析出时的温度称为（ ）温度。 露点

6

6．对于二元理想溶液, 若轻组分含量越高, 则泡点温度（ ）。 越低

7．对于二元理想溶液, 若轻组分含量（ ）, 则泡点温度越低。 越高

8．对于二元理想溶液, 若重组分含量越高, 则泡点温度（ ）。 越高

9．对于二元理想溶液, 若重组分含量（ ）, 则泡点温度越低。 越低

10．对于二元理想溶液, α大, 说明该物系（ ）。 容易分离

11．对于二元理想溶液, 相对挥发度大, 说明该物系（ ）。 容易分离

12．对于二元理想溶液, x-y图上的平衡曲线离对角线越近, 说明该物系（ ）。

不容易分离

13．在相同的外压及温度下, 沸点越低的物质其饱和蒸气压（ ）。 越高

14．在相同的外压及温度下, 沸点越低的物质（ ）挥发。 容易

15．完成一个精馏操作的两个必要条件是（ ）和塔底上升蒸气。 塔顶液相回流

16．完成一个精馏操作的两个必要条件是（ ）液相回流和塔底上升蒸气。 塔顶

7

17．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶（ ）回流和塔底上升蒸气。 液相

18．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相（ ）和塔底上升蒸气。 回流

19．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和（ ）。 塔底上升蒸气

20．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和（ ）上升蒸气。 21．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和塔底（ ）蒸气。 22．完成一个精馏操作的两个必要条件是塔顶液相回流和塔底上升（ ）。 23．为完成精馏操作，需要在（ ）设置冷凝器。 塔顶

24．为完成精馏操作，需要在塔顶设置（ ）。 冷凝器

25．为完成精馏操作，需要在（ ）设置再沸器。 塔底

26．为完成精馏操作，需要在塔底设置（ ）。 再沸器

27．设计一精馏塔时, 回流比选的大，则塔板数（ ）。 少

28．精馏操作中, 回流比的上限称为（ ）。 全回流

8

塔底

上升

蒸气

29．精馏操作中, 回流比的下限称为（ ）。 最小回流比

30．精馏操作中，全回流时塔顶的产品量（ ）。 为零

31．精馏操作中，再沸器相当于一块（ ）板。 理论板

32．用逐板计算法求理论板层数时，用一次（ ）方程就计算出一层理论板。

相平衡

33．用图解法求理论板层数时，（ ）代表一层理论板。 一个梯级

34．精馏操作中，当 q = 0.6 时, 表示进料中的（ ）含量为60%。 液相35．对于正在操作中的精馏塔，若加大操作回流比，则塔顶产品浓度会（ ）。三、简答

1．简述简单蒸馏与精馏的区别。

简单蒸馏是一次部分气化与部分冷凝，而精馏则是多次部分气化与部分冷凝。

2．完成一个精馏操作需要哪两个必要条件?

9

提高

需要塔顶液相回流与塔底上升的蒸气。

3．精馏塔的塔顶和塔底为什么要分别设置冷凝器和再沸器?

冷凝器提供液相产品与液相回流，再沸器提供塔内上升的蒸气。

4．设计一精馏塔时, 回流比选取的大小对塔板数有何影响?

回流比越大，达到要求的分离精度所需要的塔板数越少。

5．精馏操作中, 回流比的上、下限各是什么情况?

上限是全回流，下限是最小回流比。

6．精馏操作中，在下限操作时，能否达到所要求的分离精度? 为什么?

不能，若要达到所要求的分离精度需要有无穷多块理论板，实际上是不可能的。

7．精馏操作中，在上限操作时对实际生产有无意义? 一般在什么情况下采用?

在上限操作时，产品量为零，对实际生产无意义，一般在科研、装置开工期间或紧急停工时采用。

8．什么是理论板?

10

理论板是指离开这种板的气液两相相互成平衡，而且塔板上的液相组成也可视为均匀的。

9．为什么再沸器相当于一块理论板?

在再沸器中，物料又一次部分气化，气液两相达到平衡，与理论板的效果相同。

10．用逐板计算法求理论板层数时, 为什么用一次相平衡方程就计算出一层理论板?

使用一次相平衡方程，就意味着物料达到一次气液平衡，就相当于越过一块理论板。

11．用图解法求理论板层数时, 为什么一个梯级代表一层理论板?

每一个梯级与平衡线相交一次，表示汽、液两相达到一次平衡, 因此代表一层理论板。

12．对于正在操作中的精馏塔, 若改变其操作回流比, 对塔顶产品浓度会有何影响?

回流比越大，塔顶产品浓度越高。

13．设计一精馏塔时, 进料量对塔板层数有无影响? 为什么?

进料量对塔板层数无影响，影响塔板层数的因素主要有进料和产品的浓度、进料热状况以及回流比。

11

14．用q代表进料热状况, 说明 q = 0，q = 1，0＜q＜1 时的意义。

q = 0 表示饱和气相进料，q = 1 表示饱和液相进料，0＜q＜1表示气液混合进料。

15．塔板的作用是什么?

塔板的作用是提供气液接触的场所。

四、计算

1．苯和甲苯在92℃时的饱和蒸气压分别为143.73 kN/m2和57.6 kN/m2。求：苯的摩尔分率为0.4, 甲苯的摩尔分率为0.6的混合液在92℃时各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸气组成。此溶液可视为理想溶液。

解：由拉乌尔定律 PA = 143.73×0.4 = 57.492 kN/m2，PB = 57.6×0.6 = 34.56 kN/m2

系统压力 P = PA + PB = 57.492 + 34.56 = 92.052 kN/m2

平衡蒸气组成 YA = PA/P = 57.492/92.052 = 0.625，YB = PB/P = 34.56/92.052 = 0.375

2．将含24%（摩尔百分数，下同）易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含95%易挥发组分, 釜液含3%易挥发组分。送至冷凝器的蒸气量为 850 kmol/h，流入精馏塔的回流液为670 kmol/h。求：

12

（1）每小时能获得多少kmol的馏出液?

（2）回流比为多少?

（3）塔底产品量?

解：（1）V = L+D，D = V-L = 850-670 = 180 kmol/h

（2）R = L/D = 670/180 = 3.72

（3）F = D+W，FXF = DXD+WXW

即 F = 180+W，0.24F = 0.95×180 +（F-180）× 0.03

解得 F = 788.6 kmol/h，W = 788.6-180 = 608.6kmol/h

3．每小时将15000 kg含苯40%（质量%，下同）和甲苯60%的溶液在连续精馏塔中进行分离，要求釜残液中含苯不高于2%，塔顶馏出液中苯的回收率为97.1%。求馏出液和釜残液的流量和组成，以摩尔流量和摩尔流率表示。（苯的分子量为78，甲苯的分子量为92）

解：进料组成

xF40/780.4440/7860/92

13

釜残液组成

xw2/780.02352/7898/92

原料液的平均分子量 MF = 0.44×78 + 0.56×92 = 85.8 kg/kmol

进料量 F = 15000/85.8 = 175 kmol/h

由题意 DxD/FxF = 0.971

所以 DxD = 0.971×175×0.44 （a）

全塔总物料衡算为 D + W = 175 （b）

全塔苯的衡算为 DxD + 0.0235W = 175×0.44 （c）

联立式a、b、c，解得 W = 95 kmol/h

D = 80 kmol/h

xD = 0.935

4．在连续精馏塔中分离由二硫化碳和四氯化碳所组成的混合液。已知原料液流量F为4000 kg/h，组成xF 为0.3（二硫化碳的质量分率，下同）。若要求釜液组成xw 不大于0.05，馏出液中二硫化碳的

14

回收率为88%，求馏出液的流量和组成，分别以摩尔流量和摩尔流率表示。（二硫化碳的分子量为76，四氯化碳的分子量为154）

解：进料组成

xF30/760.464830/7670/154

釜残液组成

xw5/760.09645/7695/154

原料液的平均分子量 MF = 0.4648×76 + 0.5352×154 = 117.75 kg/kmol

进料量 F = 4000/117.75 = 33.97 kmol/h

由题意 DxD/FxF = 0.88

所以 DxD = 0.88×33.97×0.4648 （a）

全塔总物料衡算为 D + W = 33.97 （b）

全塔苯的衡算为 DxD + 0.0964W = 33.97×0.4648 （c）

联立式a、b、c，解得 W = 19.65 kmol/h

D = 14.32 kmol/h

15

xD = 0.97（摩尔分率）

5．氯仿（CHCl3）和四氯化碳（CCl4）的混合物在一连续精馏塔中分离。馏出液中氯仿的浓度为0.95（摩尔分率），馏出液流量为50 kmol/h，平均相对挥发度= 1.6，回流比R = 2。求：

（1）塔顶第二块塔板上升的气相组成；

（2）精馏段各板上升蒸气量V及下降液体量L（以kmol/h表示）。

氯仿与四氯化碳混合液可认为是理想溶液。

解：（1）由题知，y1 = xD = 0.95，R = 2

由相平衡方程

ynxn11xn， 得

xnyn1yn

即

x1y10.950.921y11.61.610.95

由精馏段操作线方程

yn1R1xnxDR1R1

则

y22121x1xD0.920.950.93212133

16

（2）V = L + D，L/D = R，V =（R + 1）D

∴ V = 3×50 = 150 kmol/h， L = 2×50 = 100 kmol/h

6．一连续精馏塔，泡点进料。已知操作线方程如下：

精馏段 y = 0.8 x + 0.172

提馏段 y = 1.3 x – 0.018

求原料液、馏出液、釜液组成及回流比。

解：由精馏段操作线方程

yn1R1xnxDR1R1

R10.8xD0.172R1R1，得 R = 4； ，得 xD = 0.86

将提馏段操作线方程与对角线方程 y = x 联立

y1.3x0.018yx 解得 x = 0.06，即 xw = 0.06

将两操作线方程联立

17

y0.8x0.172y1.3x0.018 解得 x = 0.38

因是泡点进料，q = 1，q线垂直，两操作线交点的横坐标即是进料浓度，

∴ xF = 0.38

7．某连续精馏操作中，已知操作线方程为：

精馏段：y = 0.723x + 0.263

提馏段：y = 1.25x – 0.0187

若原料液于露点温度下进入精馏塔中，求原料液、馏出液和釜残液的组成及回流比。

解：由精馏段操作线方程

yn1R1xnxDR1R1

R10.723xD0.263R1R1，得 R = 2.61； ，得 xD = 0.95

将提馏段操作线方程与对角线方程 y = x 联立

y1.25x0.0187yx 解得 x = 0.07，即 xw = 0.07

18

将两操作线方程联立

y0.723x0.263y1.25x0.0187 解得 x = 0.535，y = 0.65

因是露点进料，q = 0，q线水平，两操作线交点的纵坐标即是进料浓度，

∴ xF = 0.65

8．用一连续精馏塔分离由组分A、B所组成的理想混合液。原料液中含A 0.44，馏出液中含A 0.957（以上均为摩尔分率）。已知溶液的平均相对挥发度为2.5，最小回流比为1.63，说明原料液的热状况，并求出q值。

解：采用最小回流比时，精馏段操作线方程为

yn1Rmin1xnxDRmin1Rmin1

即

y1.631x0.9570.62x0.3641.6311.631

由相平衡方程

ynxn11xn， 得

y2.5x2.5x12.51x11.5x

联立两方程

y0.62x0.3642.5xy11.5x， 解得 x = 0.367，y = 0.592

19

此点坐标（0.367，0.592）即为（xq，yq）。

因 xF = 0.44，即xq＜xF＜yq，说明进料的热状况为气液混合进料。

由q线方程

yq1xxFq1q1，

此线与平衡线的交点即是操作线与平衡线的交点

有

0.592q10.3670.44q1q1

解出 q = 0.676

9．今有含苯40%和甲苯60%(摩尔百分数，下同)的混合液, 欲用精馏塔分离出含苯95%的塔顶产品。进料为饱和液体, 塔内平均相对挥发度为2.5。若操作回流比取为最小回流比的1.5倍, 写出精馏段操作线方程。此溶液可视为理想溶液。

解：因是泡点进料，xq = xF

xq11xq由相平衡方程

yq2.50.40.62512.510.4

最小回流比

RminxDyqyqxq0.950.6251.440.6250.4

20

回流比 R = 1.5Rmin = 1.5×1.44 = 2.16

精馏段操作线方程

y2.161x0.950.684x0.32.1612.161

10．用连续精馏塔每小时处理100 kmol含苯40%和甲苯60%的混合物，要求馏出液中含苯90%，残液中含苯1%（组成均以mol%计），求：

（1）馏出液和残液的流率（以kmol/h计）；

（2）饱和液体进料时，若塔釜的气化量为132 kmol/h，写出精馏段操作线方程。

FDW解：（1）FxFDxDWxW 代入数据

100DW1000.40.9D0.01W

解此方程组，得 D = 43.8 kmol/h，W = 56.2 kmol/h

（2）饱和液体进料时，V = V’，即V = 132 kmol/h，则

L = V – D = 132 – 43.8 = 88.2 kmol/h

R = L/D = 88.2/43.8 = 2

21

精馏段操作线方程

yRR21xxDx0.90.667x0.3R1R12121

22