2023年全國(guó)碩士研究生考試考研英語(yǔ)一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁(yè)
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1、2024年4月1日,第六章 蒸餾,1,第六章蒸餾例題,2024年4月1日,第六章 蒸餾,2,例題1,如圖一分離某二元物系的精餾塔,塔頂冷凝方式有以下三種,(a)為全凝器,(b) (c)為分凝器。在三種冷凝方式下,塔頂?shù)谝粔K板上升的氣體量及組成相同。試比較回流液溫度t1、t2、t3,回流液濃度xL1 、 xL2 、 xL3,塔頂產(chǎn)品濃度xD1 、 xD2 、 xD3的大小。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,3,解:,由圖可見(jiàn):,2024

2、年4月1日,第六章 蒸餾,4,圖(c)所示過(guò)程:與圖(b)所示過(guò)程相似,故有yD3=XD3,且yD3與XL3呈平衡關(guān)系。根據(jù)冷凝下來(lái)的液相量與未冷凝量的氣相量之比為2:1以及杠桿原理,冷凝過(guò)程在t-x-y相圖中可用線段33’表示,且線段,圖(b)所示過(guò)程:為分凝器,故有yD2=XD2,且yD2與XL2呈平衡關(guān)系。根據(jù)冷凝下來(lái)的液相量與未冷凝量的氣相量之比為1:1以及杠桿原理,冷凝過(guò)程在t-x-y相圖中可用線段22’表示,且線段22被線段

3、VL等分,即,解:圖(a)所示過(guò)程:為全凝器,故有y1=XD1=XL1,其冷凝過(guò)程在t-x-y相圖中可用VL表示。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,5,例題2:,在一兩組分連續(xù)精餾塔中,進(jìn)入精餾段中某層理論板n的氣相組成yn+1為0.75,從該板流出的液相組成xn為0.65(均為摩爾分?jǐn)?shù)),塔內(nèi)氣液比V/L=2,物系的相對(duì)揮發(fā)度α為2.5。試求:(1)從該板上升的蒸汽組成yn;(2)流入該板的液相組成xn-1 ;(3)回流比R.

4、,2024年4月1日,第六章 蒸餾,6,解:(1)yn與xn符合相平衡關(guān)系,即 (2)求回流比R:,(3)由精餾段操作線方程 得:,,∴R=1,2024年4月1日,第六章 蒸餾,7,解得 xD=0.85,解得 xn-1=0.796,2024年4月1日,第六章 蒸餾,8,在常壓連續(xù)精餾塔中分離苯-甲苯混合物,原料中含苯

5、0.44(摩爾分?jǐn)?shù)),進(jìn)料量為100kmol/h,操作條件下的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.5,精餾段操作線方程為y=0.71x+0.278,提餾段操作線方程為y=1.44x-0.0044。試求:(1)塔頂餾出液組成xD和塔釜?dú)堃航M成xw。(2)q線方程,并說(shuō)明進(jìn)料熱狀況;(3)提餾段氣、液相負(fù)荷(流量)(kmol/h),例題3,2024年4月1日,第六章 蒸餾,9,例題4:,在一連續(xù)精餾塔內(nèi)分離某兩組分理想溶液。已知進(jìn)料組成為0.5(摩爾

6、分?jǐn)?shù),下同),釜?dú)堃航M成為0.05;塔頂采用全凝器,操作回流比為最小回流比的1.777倍;操作條件下物系的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.303;精餾段操作線方程為y=0.72x+0.275。試求:(1)塔頂產(chǎn)品的餾出率;(2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)q。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,10,先求餾出液組成xD:,由精餾段方程可知:,解:(1)塔頂易揮發(fā)組分的餾出率,,,,,R=2.571xD=0.982,再求餾出率的D/F:,由物料衡算可知:,,

7、,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,11,(2)進(jìn)料熱狀況參數(shù)q,由題給的條件R=1.777Rmin,可得,Rmin=R/1.777=1.44,,,,,xq=0.5=xF,因xq==xF,故可知進(jìn)料為飽和液體進(jìn)料,即q=1,2024年4月1日,第六章 蒸餾,12,(2001石大)在一連續(xù)常壓精餾塔中分離某混合液,要求xD=0.94,xW=0.04。已知此塔進(jìn)料q線方程為y=6x-1.5,采用回流比為最小回流比的1.2倍,混合液在本題

8、條件下的相對(duì)揮發(fā)度為2。求: ⑴精餾段操作線方程;⑵若塔底產(chǎn)品量W=150kmol/h,求進(jìn)料量F和塔頂產(chǎn)品量D;⑶提餾段操作線方程。,例題5,2024年4月1日,第六章 蒸餾,13,解:⑴解方程組:,,,,,精餾段操作線方程為:,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,14,⑵,,,又,,,物平:,,,⑶,,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,15,例題6:,操作中的精餾塔,將加料口由原來(lái)的最佳位置進(jìn)料向下移動(dòng)幾塊塔板,其余操作條

9、件不變(包括F、xF、q、D、R),此時(shí)塔頂產(chǎn)品濃度 xD 、塔底產(chǎn)品濃度xw 將如何變化?解釋:向下移動(dòng)幾塊塔板,由原來(lái)的最佳位置進(jìn)料變成了非最佳位置進(jìn)料。根據(jù)最佳進(jìn)料位置的性質(zhì)可知:在相同的F、xF、q、D、R條件下,要達(dá)到同樣的分離要求xD 、 xw ,非最佳位置進(jìn)料時(shí)需更多的理論板,也就是說(shuō),同樣的理論板不可能達(dá)到原來(lái)的分離要求。加料口由原來(lái)的最佳位置進(jìn)料向下移動(dòng)幾塊塔板后xD ↓。xw的變化:由物料衡算式FxF=DxD+

10、Wxw可知,當(dāng)F、xF、D不變時(shí),若xD ↓,則xw↑。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,16,例題7,在一具有N塊理論板的精餾塔中分離苯-甲苯混合液。進(jìn)料量F=100kmol/h,進(jìn)料中苯的摩爾分率為0.45 ,泡點(diǎn)進(jìn)料,加料板為第四塊理論板(從上往下數(shù)),塔釜上升蒸汽量為140kmol/h,回流比為2.11。已測(cè)得塔頂餾出液中苯的摩爾分率為0.901。試求:(1)精餾段、提餾段的操作線方程;(2)離開(kāi)第1—4塊理論板的苯的液相

11、組成;(3)此時(shí)加料位置是否合適?(4)若位置進(jìn)料向下移動(dòng)一塊理論板,其余操作條件不變,則塔頂產(chǎn)品濃度 xD 將如何變化?(已知苯-甲苯體系的相對(duì)揮發(fā)度為2.47。),2024年4月1日,第六章 蒸餾,17,解:(1)精餾段操作線方程為:提餾段操作線方程為:,2024年4月1日,第六章 蒸餾,18,(2)第4塊板加料,因此求y2、y3、y4用精餾段操作線方程,求y5才用提餾段操作線方程.平衡線方程為,2024

12、年4月1日,第六章 蒸餾,19,(3)由于q=1,因此進(jìn)料線與精餾段操作線的交點(diǎn)d的橫坐標(biāo)xd=xF=0.45.因?yàn)閤3=0.5264,x4=0.4257,所以x4<xd<x3。從而第4塊板為加料板位置,合適。(4)偏離最佳加料位置,而F、xF、q、V’、R不變,使全塔分離能力下降,即xD↓,xW↑。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,20,例題8(00石大),在連續(xù)操作的精餾塔中分離苯—甲苯溶液。塔釜采用間接蒸汽加熱,

13、塔頂為全凝器,泡點(diǎn)回流。飽和蒸汽進(jìn)料,其中含苯0.35(摩爾分率,下同),流量為100kmol/h。塔頂餾出液量為40 kmol/h.系統(tǒng)的相對(duì)揮發(fā)度為2.5,且知精餾段操作線方程為y=0.8x+0.16。試求:(1)提餾段操作線方程;(2)若塔頂?shù)谝粔K板下降的液體中含苯0.70,求該板以氣相組成表示的板效率EMV;(3)若塔釜停止供應(yīng)蒸汽,保持回流比不變,當(dāng)塔板數(shù)無(wú)限多時(shí),塔底殘液的濃度為多少?,2024年4月1日,第六章 蒸餾

14、,21,解(1)D=40kmol/h, W=F-D=60kmol/h 有R=4 xD=0.8L=RD=160kmol/h V=(R+1)D=200kmol/hL’=L=160kmol/h V’=V-(1-q)F=200-100=100kmol/h,,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,22,(2)x1=0.7 y2=0.8×0.7+0.16=0.72 y1=xD=0.8,,,

15、2024年4月1日,第六章 蒸餾,23,(3)塔釜停止供應(yīng)蒸汽,塔板數(shù)無(wú)窮多、R=4不變時(shí), V’=0 ,V’=V-(1-q)F=0→V=F=(R+1)D故有 5D=100 D=20kmol/h W=80kmol/h 塔釜停止供應(yīng)蒸汽,則只有精餾段,無(wú)提餾段,又因塔板數(shù)無(wú)窮多,故必有恒濃區(qū),恒濃區(qū)可能出現(xiàn)在的部位有兩處:一是進(jìn)料處,二是塔頂。 若在進(jìn)料處,yq=xF=0.35,代入精餾段操作線方程:y=0

16、.8x+0.4xD得 xD=1.042>1,不可能。故恒濃點(diǎn)不可能在進(jìn)料處。故恒濃點(diǎn)在塔頂,則xD=1,由物料衡算得,,Xq=0.177,2024年4月1日,第六章 蒸餾,24,例題9(02石大),用一連續(xù)精餾塔分離苯—甲苯混合液。進(jìn)料為含苯0.4(質(zhì)量分率,下同)的飽和液體,質(zhì)量流率為1000kg/h。要求苯在塔頂產(chǎn)品中輕組分的回收率為98%,塔底產(chǎn)品中含苯不超過(guò)0.02。若塔頂采用全凝器,飽和液體回流,回流比取為最小回流

17、比的1.25倍,塔底采用再沸器。全塔操作條件下,苯對(duì)甲苯的平均相對(duì)揮發(fā)度為2.46,塔板的液相莫弗里(Murphree)板效率為70%,并假設(shè)塔內(nèi)恒摩爾溢流和恒摩爾汽化成立。試求:(1) 從塔頂數(shù)起第二塊板上汽、液相的摩爾流率各為多少?(2) 從塔頂數(shù)起第二塊實(shí)際板上升氣相的組成為多少?,2024年4月1日,第六章 蒸餾,25,解:(1) 題中濃度均以苯的摩爾分率表示,流量以kmol/h表示,,,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,

18、26,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,27,R=1.25×1.2=1.5(2)從塔頂數(shù)起第二塊實(shí)際板上升氣相的組成,2024年4月1日,第六章 蒸餾,28,,,2024年4月1日,第六章 蒸餾,29,例題10(天大03年考研試題),某制藥廠用板式精餾塔回收含量為75%(摩爾分?jǐn)?shù),下同)的廢丙酮液媒。該精餾塔共有實(shí)際塔板數(shù)28層,塔頂采用全凝器,泡點(diǎn)回流;塔底采用再沸器間接加熱。因在常壓下操作,該分離物可視為二元理

19、想物系,其相對(duì)揮發(fā)度為1.8?,F(xiàn)場(chǎng)測(cè)得一組數(shù)據(jù)為如下:餾出液中丙酮的含量 96% 釜?dú)堃褐斜暮?5%精餾段液相負(fù)荷40kmol/h 精餾段氣相負(fù)荷60kmol/h提餾段液相負(fù)荷66kmol/h 提餾段氣相負(fù)荷60kmol/h試根據(jù)以上數(shù)據(jù)核算:(1)丙酮的回收率;(2)操作回流比與最小回流比的比值;(3)該板式塔的理論塔板數(shù)。提示:吉利蘭圖中的曲線可用下式表示:Y=0.5458-0.5914X+0.0

20、027/X其中:X=(R-Rmin)/(R+1), Y=(N-Nmin)/(N+2),2024年4月1日,第六章 蒸餾,30,解(1)丙酮的回收率η:,D=V-L=60-40=20kmol/h,W=L’-V’=66-60=6kmol/h,又 XD=0.96 xF=0.75,F=D+W=20+6=26kmol/h,(2)R/Rmin:,R=L/D=40/20=2,2024年4月1日,第六章 蒸餾,31,,V=V’=60k

21、molh,q=1,,Xq=xF=0.75,,代入 得:,代入 得:,2024年4月1日,第六章 蒸餾,32,(3)板式塔的理論塔板數(shù),X=(R-Rmin)/(R+1)=(2-1.239)/(2+1)=0.2537,Y=(N-Nmin)/(N+2),Y=0.5458-0.5914X+0.0027/X=0.4064,=(N-9.4

22、16)/(N+2)=0.4064,,N=17.23,2024年4月1日,第六章 蒸餾,33,例題11,某A、B混合液用連續(xù)精餾塔加以分離。已知混合物中含A為0.5,進(jìn)料量為1000kmol/h,要求塔頂產(chǎn)品中A的濃度不低于0.9,塔釜濃度不大于0.1(以上均為摩爾分?jǐn)?shù)),泡點(diǎn)進(jìn)料,塔頂采用全凝器,泡點(diǎn)回流;塔底采用再沸器間接加熱?;亓鞅葹?.(1)寫出塔的操作線方程;(2)若要求塔頂采出量為580kmol/h,能否得到合格產(chǎn)品?為什

23、么?(3)假定精餾塔具有無(wú)窮多理論塔板,塔頂采出量為250kmol/h,此時(shí)塔底產(chǎn)品xW能否等于零?為什么?,2024年4月1日,第六章 蒸餾,34,解:(1)略(2)若要求塔頂采出量為580kmol/h,當(dāng)料液中的輕組分全部進(jìn)入塔頂產(chǎn)品時(shí),塔頂產(chǎn)品所能達(dá)到的最大濃度為 xD=FxF/D=1000*0.5/580=0.86<0.9 故不能得到合格產(chǎn)品。(3)因假定精餾塔具有無(wú)窮多理論塔板,故可假定塔頂

24、產(chǎn)品組成xD=1.0,因塔頂采出量為D=250kmol/h,故塔頂輕組分的采出量為DxD=250kmol/h,而進(jìn)料中含的輕組分FxF=250kmol/h,除去塔頂帶出去的那部分外,其余的服從物料衡算而進(jìn)入塔底釜液中,故xW不可能為零,其值為xW =(500-250)/(1000-250)=0.333.,2024年4月1日,第六章 蒸餾,35,如圖為一塔板的負(fù)荷性能圖,OP為操作線,P為操作點(diǎn)。請(qǐng)指出:(1)圖中各條線的名稱。(2)在指

25、定的回流比下,塔的操作上下限各有什么因素決定?操作彈性?(3)如果設(shè)計(jì)的操作點(diǎn)位于圖中的P點(diǎn),試說(shuō)明產(chǎn)生這種情況的原因及改進(jìn)此設(shè)計(jì)的方法。,例題11,2024年4月1日,第六章 蒸餾,36,答:(1)圖中各線為:1-液相負(fù)荷下限線;2-泄漏線;3-液相負(fù)荷上限線;4-液泛(淹塔)線;5-過(guò)量霧沫夾帶線;6-操作線。(2)操作線與圖中的曲線2、4相交,說(shuō)明氣相負(fù)荷上限由液泛線控制,氣相負(fù)荷下限由泄漏線控制。操作彈性=VA/VB (

26、3)操作點(diǎn)P不在適宜操作區(qū)內(nèi),主要原因是存在過(guò)量霧沫夾帶及降液管中清液層高度過(guò)高??赏ㄟ^(guò)適當(dāng)增大板間距、增大塔徑、增大塔板開(kāi)孔率等方法加以改進(jìn)。,2024年4月1日,第六章 蒸餾,37,霧沫夾帶是指______的現(xiàn)象。正常操作的板式塔,霧沫夾帶量應(yīng)控制為_(kāi)_____kg液/kg干氣。影響霧沫夾帶的主要因素是_________。,氣體通過(guò)塔板上的液層后,將部分較小的液滴夾帶至上層塔板的現(xiàn)象;0.1;板間距、空塔氣速、氣液相的物性等(答出兩

27、個(gè)因素即可)。,例題12,2024年4月1日,第六章 蒸餾,38,練習(xí),1、操作中的精餾塔,若保持F、xF、q、R不變,減小W,則L/V( ),L’( )。(03年天大)2、用某精餾塔分離兩組分溶液,規(guī)定產(chǎn)品組成xD 、xW 。當(dāng)進(jìn)料組成為xF1時(shí),相應(yīng)的回流比為R1;當(dāng)進(jìn)料組成為xF2時(shí),相應(yīng)的回流比為R2。若xF1〈xF2 ,進(jìn)料熱狀況不變,則 R1( ) R2。3、精餾塔的操作中,若F、xF

28、、q、D、加料板位置、V不變,而使操作壓力增加,則xD ( ),xW ( )。4、某精餾塔設(shè)計(jì)時(shí),將塔釜由間接蒸汽加熱→直接蒸氣加熱,而F、 xF、D/F、q、R、 xD不變,則W/F( ), xW ( ),提餾段操作線斜率( ),NT( ).,減小、增加,〉,不變、增加,增加、減小、不變、增多,2024年4月1日,第六章 蒸餾,39,5、精餾塔的操作中,若F、xF、q、D保持不

29、變,增加回流比,則xD ( ),xW ( ),V( ),L/V( )。6、某連續(xù)精餾塔,若精餾段操作線方程的截距等于零,則回流比等于( ),餾出液流量等于( ),操作線方程(  ?。?。7、某兩組份物系,相對(duì)揮發(fā)度α=3,在全回流條件下進(jìn)行精餾操作,對(duì)第n、n+1兩層理論板(從塔頂往下計(jì)),若已知yn=0.4,則yn+1=(

30、 )。全回流操作通常適用于( )或( )。8、在某精餾塔中,分離物系相對(duì)揮發(fā)度α=2.5的兩組份溶液,操作回流比條件為3,若測(cè)得第2、3層塔板(從塔頂往下計(jì))的液相組成x2=0.45,x3=0.4,餾出液組成xD=0.96,則第3層塔板的氣相默弗里效率EMV3=( ).9、現(xiàn)場(chǎng)某連續(xù)精餾塔,操

31、作一段時(shí)間后由于再沸器結(jié)垢使傳熱能力下降,此時(shí)餾出液組成將( ),釜液的組成將( );若要求維持原來(lái)的餾出液的組成,應(yīng)采取的措施( ),同時(shí)采取此措施帶來(lái)的后果是( ),0.182,精餾開(kāi)工階段,實(shí)驗(yàn)研究場(chǎng)合,44.1%,增加,減小,增加,∞,0,yn+1

32、=xn,增加,下降,增大,降低塔頂采出量,塔頂產(chǎn)品的回收率下降,2024年4月1日,第六章 蒸餾,40,10、(09天大)在精餾塔的塔頂采用分凝器和全凝器。塔頂上升蒸汽(組成為y1,易揮發(fā)組分的摩爾分?jǐn)?shù),下同)進(jìn)入分凝器,在分凝器中部分冷凝,凝液(組成xL)于飽和溫度下作為回流返回塔內(nèi),未冷凝的蒸汽(組成為yD )送入全凝器中全部冷凝。凝液(組成xD)作為塔頂產(chǎn)品。則y1與xL間滿足( )關(guān)系, yD與xL間滿足( )關(guān)系, y

33、D與xD間滿足( )關(guān)系。 A、平衡 B、操作 C、相等 D、不確定11、 (02大連理工)現(xiàn)設(shè)計(jì)一連續(xù)精餾塔,現(xiàn)保持塔頂組成和輕組分回收率不變,若采用較大的回流比,則理論塔板數(shù)將( ),而加熱蒸汽的消耗量將( );若進(jìn)料中組成變輕,則進(jìn)料位置應(yīng)( )使xD和輕組分的回收率不變;若將進(jìn)料物料焓增大,則理論板數(shù)將( ),塔底再沸器熱負(fù)荷將( ).,B,A,C,減小,增大,上移,增加

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