题目
1. 精馏操作过程中操作线为直线,主要是因为( )A. 理论板假设B. 恒摩尔流假设C. 塔顶泡点回流D. 理想溶液2. 进料状态变化将引起 y-x 相图上变化的线有( )A. 平衡线和对角线B. 平衡线和 q 线C. 精馏段操作线和 q 线D. 提馏段操作线和 q 线3. 精馏塔全回流操作时,第一块塔板下降液体组成为 0.93,则第二块塔板上升气体组成为( )A. 0.91B. 0.88C. 0.93D. 0.95
1. 精馏操作过程中操作线为直线,主要是因为( )
A. 理论板假设
B. 恒摩尔流假设
C. 塔顶泡点回流
D. 理想溶液
2. 进料状态变化将引起 y-x 相图上变化的线有( )
A. 平衡线和对角线
B. 平衡线和 q 线
C. 精馏段操作线和 q 线
D. 提馏段操作线和 q 线
3. 精馏塔全回流操作时,第一块塔板下降液体组成为 0.93,则第二块塔板上升气体组成为( )
A. 0.91
B. 0.88
C. 0.93
D. 0.95
题目解答
答案
1. 精馏塔操作线为直线的主要原因是恒摩尔流假设(B),而非理论板假设或理想溶液。
2. 进料状态变化会影响提馏段操作线和q线,而平衡线与对角线不变,故选D。
3. 全回流时,操作线为 $ y = x $,第一块塔板 $ x_1 = 0.93 $,则 $ y_1 = 0.93 $,第二块塔板 $ y_2 = x_2 = 0.93 $。
答案:
1. B. 恒摩尔流假设
2. D. 提馏段操作线和q线
3. C. 0.93
解析
本题主要考查精馏操作的基本原理和相关概念,包括操作线为直线的原因、进料状态对相图上各线的影响以及全回流操作时塔板气液组成的关系。
- 精馏操作过程中操作线为直线的原因:
- 操作线方程是基于物料衡算得到的。在精馏操作中,恒摩尔流假设是指在精馏塔内,精馏段内上升蒸汽的摩尔流量和下降液体的摩尔流量各自保持不变,提馏段内上升蒸汽的摩尔流量和下降液体的摩尔流量各自保持不变。
- 以精馏段操作线方程为例,根据精馏段的物料衡算:$V = L + D$,$V y_{n + 1}=L x_{n}+D x_{D}$,将$V = L + D$变形为$V = L(1+\frac{D}{L})$,代入$V y_{n + 1}=L x_{n}+D x_{D}$可得$y_{n + 1}=\frac{L}{V}x_{n}+\frac{D}{V}x_{D}$,因为恒摩尔流假设下$L$和$V$为常数,所以$\frac{L}{V}$和$\frac{D}{V}$也为常数,操作线方程是关于$x_{n}$和$y_{n + 1}$的一次函数,其图像为直线。
- 理论板假设是用于简化精馏塔的计算,假设离开每块理论板的气液两相达到平衡,但它不是操作线为直线的原因。塔顶泡点回流只是精馏操作的一种常见方式,与操作线是否为直线无关。理想溶液是指溶液中各组分分子间的作用力相等,它主要影响相平衡关系,而不是操作线的线性。所以精馏操作过程中操作线为直线主要是因为恒摩尔流假设,答案选B。
- 进料状态变化对y - x相图上各线的影响:
- 平衡线表示气液两相达到平衡时的组成关系,它只与物系的性质和温度、压力等条件有关,与进料状态无关。对角线表示$y = x$,是相图的一条辅助线,也与进料状态无关。
- $q$线方程为$y=\frac{q}{q - 1}x-\frac{x_{F}}{q - 1}$,其中$q$为进料热状态参数,不同的进料状态(如冷液进料、泡点进料、气液混合进料、露点进料、过热蒸汽进料)对应不同的$q$值,所以进料状态变化会使$q$线发生变化。
- 提馏段操作线方程是根据提馏段的物料衡算得到的,进料状态的变化会影响提馏段的物料流量和组成,从而使提馏段操作线发生变化。而精馏段操作线只与塔顶馏出液组成、回流比等有关,与进料状态无关。所以进料状态变化将引起y - x相图上提馏段操作线和$q$线变化,答案选D。
- 精馏塔全回流操作时塔板气液组成的关系:
- 全回流是指塔顶上升蒸汽经冷凝后全部回流至塔内,此时$D = 0$,$L = V$。
- 精馏段操作线方程$y_{n + 1}=\frac{L}{V}x_{n}+\frac{D}{V}x_{D}$,因为$D = 0$,$L = V$,所以操作线方程变为$y_{n + 1}=x_{n}$。
- 已知第一块塔板下降液体组成为$x_1 = 0.93$,根据操作线方程$y_1 = x_1 = 0.93$,又因为第二块塔板上升气体组成$y_2$与第一块塔板下降液体组成$x_1$满足操作线关系,即$y_2 = x_1 = 0.93$。所以第二块塔板上升气体组成为$0.93$,答案选C。