五、问答题：；1、试分析精馏过程中回流比大小对操作费与设备费的；取较小回流比时，为达到一定的分离程度需要的理论板；2、在设计连续精馏塔时，欲保持馏出液组成xD和易；（３）提高加料温度t，回流比R保持不变＿＿＿＿＿；(1)ＮT↓；(2)α↓，ＮT↑；(3)ｑ↓，Ｎ；xD、塔底残液xW如何变化？试定性分析；理由：由F不变、D增加可知W变小；由F、q、R不；增大而
五、问答题：
1、试分析精馏过程中回流比大小对操作费与设备费的影响并说明适宜回流比如何确定。
取较小回流比时，为达到一定的分离程度需要的理论板层数要多，使设备费高，随回流比加大，所需理论板数减少，使设备费降低，同时操作费增加；但若继续加大回流比，则会因塔径，换热器的加大，而使设备费又将上升。操作回流比Ｒ应尽可能使设备费与操作费总和为最小，通常取R＝（1.1～2）Rmin。
2、在设计连续精馏塔时，欲保持馏出液组成xD和易挥发组分的收率η不变，试定性判断分别改变如下操作参数（其它参数不变）时所需理论板层数将如何变化： （１）加大回流比R，＿＿＿＿； （２）提高操作压强P，＿＿＿＿；
（３）提高加料温度t，回流比R保持不变＿＿＿＿＿； （４）增加生产能力30％（仍能正常操作）。＿＿＿＿
(1)ＮT↓；
(2)α↓，ＮT↑；
(3)ｑ↓，ＮT↑；
(4)不变 3、精馏操作时，若F、xF、q、R均不变，而将塔顶产品量D增加，其结果将导致塔顶组成
xD、塔底残液xW如何变化？试定性分析。 xD、xW均下降。
理由：由F不变、D增加可知W变小；由F、q、R不变，可知V=(R+1)D+(q-1)F随D
增大而增大，因而，提馏段操作线斜率提高，xW↓。
L'V'+WW
将变小，提馏段理论板分离能力==1+
V'V'V'
至于xD的变化情况需用排除法确定，过程如下：R不变，则精馏段操作线斜率不变。假设xD不变或变大，作图可知，理论板数均比原工况时的多（见附图1、2），这与理论板数固定相
矛盾。所以，xD只能变小。
4、某板式精馏塔，提馏段ｎ'板上液相浓度为Xn，试在下面y-x图中表示该板下一层板
上升的汽相组成y，n+1。如ｎ'板为理论板，标示出ｎ'板上升蒸汽的组成。如n'板为实际板，定性标示出n'板上升蒸汽组成。
5、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。
6、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。
7、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。
8、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。 9、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。
10、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。 11、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。 12、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。
13、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。
14、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。
15、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。 16、塔板的作用是什么?
塔板的作用是提供气液接触的场所。
六、计算题： 1、（15分）
分离苯一甲苯混合液，原料液中含苯0.5（摩尔分率，下同），泡点进料，馏出液中要求含苯0.95，塔顶用分凝器一全凝器流程（如图），测得塔顶回流液中含苯0.88
，离开塔顶第
一层理论板的液体含苯0.79，求：
(1)操作条件下平均相对挥发度α； (2)操作回流比R；
(3)最小回流比Rmin。
将xD=0.95,xL=0.88代入得：
1+(α-1)xL
1+(α-1)?0.88
αxL2.59?0.79
(2)设离开第一块理论板的汽相组成为y1，y1===0.907
1+(α-1)xL1+1.59?0.79
?Vy1=LxL+DxD?V?0.907=L?0.88+D?0.95??
?V=L+D=(R+1)D
即 ?V=(R+1)D
?L=RD?L=RD
（5分） （3）q=1,
αxF2.59?0.5==0.721
1+(α-1)xF1+1.59?0.5
xD-yF0.95-0.721=*==1.04
（5分） yF-xF0.721-0.5
2、（15分）
由一层理论板及塔釜组成的常压连续回收塔，每小时加入甲醇水溶液100kmol，其中甲醇含量为0.3（摩尔分率，下同），要求塔顶得到甲醇含量为0.6的馏出液。塔顶采用全凝器，泡点进料，塔内只有一层理论板，料液就在这一板上加入，且不用回流。在操作范围内，相对挥发度α=5.8。试求： （1）釜液组成；
（2）馏出液量（kmol/h）。
解：（1）如图所示。
x1===0.205
α-(α-1)y15.8-4.8?0.6L'=F,V'=V=D
WxFxF-DxDL'F
yW='x1-W=x- 1
VV'DD.3-D?0.6=?0.205- DD
1+(α-1)xW1+4.8xW
F(xF-xW)100?(0.3-xW)30-100xW
xD-xW0.6-xW0.6-xW
5.8xW9.5?(0.6-xW)
将式2、3代入式1得：
1+4.8xW30-100xW
解之得：xW=0.0914
xW=0.396（舍去）
（2）将xW=0.0914代入式3得：
D=41.01kmol/h
3、（15分）
在常压连续精馏塔内分离苯和甲苯混合液，混合液的流量为1000kmol/h，其中含苯40%，要求塔顶馏出液中含苯90%，塔釜残液中含苯2%（均为摩尔分率）。泡点进料，塔顶冷凝器为全凝器，塔釜间接蒸汽加热，取回流比为最小回流比的1.5倍。全塔平均相对挥发度为2.5。试求：
（1）塔顶与塔底产品量D、W； （2）回流比R；
（3）从上往下数的塔内第二块理论板上升气体组成；
（4）若在塔操作中，将进料状态改为饱和蒸汽进料，而保持F、R、D、xF不变，此时能否完成分离任务？为什么？ 解：（1）
Fx=Dx+WxDW?F
100?0.4=D?0.9+W?0.02?
?D=43.2kmol/h
W=56.8kmol/h?
αxe2.5?0.4
==0.62 5｛2｝泡点进料，xe=xF=0.4
1+α-1?0.4xe1+1.5
x-ye0.9-0.625Rmin=D==1.22
ye-xe0.625-0.4
R=1.5?Rmin=1.5?1.22=1.83
xR1.830.9xn+D=xn+=0.65x+（3）精馏段操作线方程：
R+1R+12.832.83y10.9
==0.78 3y1=xD=0.9
α-(α-1)y12.-51.?50.9
y2=0.65x1+0.318=0.65?0.783+0.318=0.827
（4）F、R、D不变，而进料状态由饱和液体改为饱和蒸汽时，q↓，故V'=(R+1)D
L'V'+WW
+(q-1)F随q↓而↓，==1+↑，提馏段塔板分离能力↓，xW必↑，又由全塔物
V'V'V'
料衡算可知，xD↓。可见不能完成分离任务。
（5分） 4、（15分）
由一层理论板与塔釜组成的连续精馏塔，每小时向塔釜加入含甲醇40%（摩尔分率）的甲醇水溶液100kmol，塔顶采用全凝器，塔釜间接蒸汽加热，回流比R=3，要求塔顶馏出液组成xD=0.84，在操作条件下的平衡关系为y=0.45x+0.55，求：
（1）塔釜组成x；
（2）每小时能获得的馏出液量D。 解：（1）y1=xD=0.84
y1-0.550.84-0.55
y2=x1+D=?0.644+=0.693 （4分）
R+1R+144y-0.550.693-0.55xW=2==0.318
D=5、（15分）
F(xF-xW)100?(0.4-0.318)==15.7kmol/h
xD-xW0.84-0.318
组成为xF=0.45的原料以汽液混合状态进入精馏塔，其中气液摩尔比为1:2，塔顶，塔顶易挥发组分回收率为95%，回流比R=1.5Rmin，塔xD=0.95（以上均为摩尔分率）
釜间接蒸汽加热，相对挥发度α=2.5，试求：
(1)原料中汽相和液相组成； (2)列出提馏段操作线方程；
解：(1)设原料中汽相组成为ye，液相组成为xe，则
2?1y+xe=xFe?33?
将xF=0.45，α=2.5代入得：
1+(α-1)xe??
2?1y+xe=0.45e?3?3
?解之得：xe=0.375
2x-ye0.95-0.6
==1.556 R=1.5Rmin=1.5?1.556=2.334
3ye-xe0.6-0.375
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从双组分精馏的图解法计算(见精馏)可知：增大回流比可减少分离所需的理论板数。但回流比的增大，必要求塔釜产生的蒸气量相应增加。回流比增大的上限是全回流即进入冷凝器的蒸气在冷凝后全部返回塔中。在全回流条件下，分离所需的理论板数最少。当回流比减小至某一数值时，理论上为达到指定分离要求所需板数趋于无穷大，这是回流比的下限，称为最小回流比[cdhmin]。当操作回流比下降到小于最小回流比时，就不能达到规定的分离要求。最小回流比不仅取决于分离要求，还与料液的相对挥发度和料液组成以及进料的热状态有关。对于相对挥发度在全塔接近常数的料液的分离，最小回流比[cdhmin]可由下列两式（常称安德伍德方程）算出：M AiXfi∑ ——— = 1-Qi-1 A-θ (1)M AiXdi∑ ——— = Rmin+1i-1 Ai-θ (2)式中 为组分对某一基准组分的相对挥发度；为料液中组分的摩尔分率;[286-10]为组分在塔顶产品中的摩尔分率；为进料的热状态参数(进料变为饱和蒸气所耗热量与它的汽化热之比。显然，进料为饱和液体时=1,为饱和蒸气时=0)，为料液所含组分数，为由式(1)确定的参变数，其值介于两个关键组分的相对挥发度之间。所谓关键组分是料液中对分离起关键作用的两个组分，也即生产要求把料液在此两组分间分割开来。对于双组分物料,关键组分就是此两组分。由式(1)求出 值以后，代入式(2)即可算出最小回流比。在污水处理中，下列几种情况为回流：1、利用污水厂的出水，或生物处理单元的出水稀释进水的做法；2、利用沉淀池的污泥来补充生物处理单元内活性污泥浓度（即微生物浓度）的做法。回流水量或泥量与进水量之比称为回流比。
理论板数/回流比
作图求回流比回流比与分离所需理论板数的关系（见图[理论板数与回流比的关系]）表明：回流比从最小值逐渐增大的过程中，所需理论板数起初急剧减少，设备费用亦明显下降，足以补偿能耗费用的增加；但当回流比继续增大时，所需理论板数减少趋势缓慢 (其极限值是全回流所需要的最少理论板数),此时设备费用的减少将不能补偿能耗费用的增加。回流比的选择是一个经济问题，是在操作费（主要取决于能耗）和设备费（塔板数以及再沸器和冷凝器的传热面积）之间作出权衡。实际使用的回流比通常为最小回流比的1.1～2.0倍。操作中精馏塔的分离能力，主要取决于回流比的大小。增大回流比，就可提高产品纯度，但也增加了能耗。改变回流比，是调节精馏塔操作的方便而有效的手段。
精馏核心/回流比
精馏 相关仪器在精馏分离的整个过程中，回流比是精馏的核心，回流比是精馏设计和操作的重要参数。回流比的大小不仅影响所需的理论塔板数、塔径、塔板的结构尺寸，还影响加热蒸汽和冷却水的消耗量。回流比的选取范围是在最小回流比至无穷大之间。若选取的回流比太大，不仅使加热蒸汽及冷却水的消耗量增大，操作费增大，还可能影响塔径，使设备投资费用也增大。而且回流比太大使塔在操作时改变的难度加大，调节塔的分离能力的作用也大大减小。因此，无论从经济上考虑，还是操作上考虑，在精馏设计或操作时都应选取适宜的回流比。因而找到最佳回流比在设计过程中很重要。
回流比控制器/回流比
回流比控制器是一种可安装在蒸馏塔内或塔外、用于分流的一种装置。该设备用芯片控制电磁阀的开启和关闭时间来控制回流的多少，能减轻操作工劳动强度，直观、易操控，易优选工艺指标，易维护，运行可靠，工艺重复方便，可在任时间段内任意调节回流量，能准确塔内回流量与采出量的比例调节。适用间歇式及连续式操作的常规精馏以及萃取精馏.恒沸精馏等殊精馏过程。特别适用高凝.高沸精馏。好的电磁线圈和结构部件、加上好的设计方案和制造工艺，使得好的回流比控制器比一般的更加方便耐用、控制精准！
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直接水蒸汽加热的精馏塔适用于＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的情况。
与＿＿＿＿＿＿＿回流相对应的理论塔板数最少。
在塔顶为全凝器的连续精馏塔中，完成一定分离任务需Ｎ块理论板。如按下图设计，在相
同操作条件下，完成相同的分离任务，则所需理论板数为＿＿＿＿＿＿。
答：难挥发组分为水，且要求釜液中易挥发组分浓度很低；全；
水蒸汽蒸馏的先决条件是料液与水____________。这样可以__________体系的沸点。
在回流比不变的情况下，为了提高塔顶产品浓度，可以
__________
回流液温度。
向连续精馏塔加料可能有＿＿＿种不同的热状况。当进料为气液混合物且气液摩尔比为
２比３时，则进料热状况参数ｑ值为＿＿＿＿。
答：不互溶；降低；降低；五种；
设计二元理想溶液精馏塔时，若Ｆ，Ｘ
不变，则随原料中液相分率
的增加其最小回流比＿＿＿＿＿＿＿＿。
在相同回流比下，总理论板数＿＿＿＿；精馏段理论板数＿＿＿＿；塔顶冷凝器热负
荷＿＿＿＿＿＿；塔釜热负荷＿＿＿＿＿。
答：下降；下降；下降；不变；上升。
①理想溶液的特点是同分子之间的作用力＿＿＿＿异分子之间的作用力，形成的溶液＿
＿＿容积效应和热效应。
②精馏塔设计时，当回流比加大时，所需要的理论板数＿＿＿＿＿＿＿，同时蒸馏釜中
所需要的加热蒸汽消耗量＿＿＿＿，塔顶冷凝器中冷却剂消耗量＿＿＿＿，所需塔径＿＿
＿＿＿＿。
答：①等于，无；②减少，增加，增加，增大。
简单蒸馏的主要特点是①＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿；②＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。简单蒸
馏操作时易挥发组分的物料衡算式是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
答：①不稳定操作；②
wx=(w-dw)(x-dx)+ydw
精馏塔的塔顶温度总低于塔底温度，其原因之一＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
因之二＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。
精馏设计中，回流比越＿＿＿，所需理论板数越少，操作能耗＿＿＿＿。随着回流比的
逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿变化过程。
答：易挥发组分的浓度塔顶高于塔底，相应的沸点较低；存在压降使塔底压力高于塔
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