题目
精馏系统设计时,适当增大操作压强而理论板数不变,则塔顶冷凝器热负荷( ),塔底再沸器热负荷( )A. 增大,增大B. 减小,减小C. 不变,不变D. 增大,减小
精馏系统设计时,适当增大操作压强而理论板数不变,则塔顶冷凝器热负荷( ),塔底再沸器热负荷( )
A. 增大,增大
B. 减小,减小
C. 不变,不变
D. 增大,减小
题目解答
答案
A. 增大,增大
解析
本题考查精馏系统中操作压强对塔顶冷凝器和塔底再沸器热负荷的影响,解题思路是根据压强变化对物系相平衡的影响,进而分析对精馏过程中气液流量和热负荷的影响。
1. 压强对物系相平衡的影响
在精馏系统中,当适当增大操作压强时,物系的相对挥发度会减小。相对挥发度 $\alpha$ 是衡量两组分分离难易程度的指标,其表达式为:
$\alpha=\frac{y_{A}/x_{A}}{y_{B}/x_{B}}$
其中,$y_{A}$ 和 $y_{B}$ 分别是气相中两组分的摩尔分数,$x_{A}$ 和 $x_{B}$ 分别是液相中两组分的摩尔分数。相对挥发度减小意味着两组分的分离变得更加困难。
2. 理论板数不变时气液流量的变化
由于理论板数不变,为了达到相同的分离要求(塔顶和塔底产品组成不变),在相对挥发度减小的情况下,需要更多的气液接触来实现分离。这就要求增大气相和液相的流量。
3. 对塔顶冷凝器热负荷的影响
塔顶冷凝器的热负荷 $Q_{C}$ 计算公式为:
$Q_{C}=Vr_{C}$
其中,$V$ 是塔顶上升蒸汽的摩尔流量,$r_{C}$ 是塔顶蒸汽的冷凝热。因为增大了操作压强后气相流量 $V$ 增大,而冷凝热 $r_{C}$ 一般变化不大,所以塔顶冷凝器热负荷 $Q_{C}$ 增大。
4. 对塔底再沸器热负荷的影响
塔底再沸器的热负荷 $Q_{R}$ 计算公式为:
$Q_{R}=Lr_{R}$
其中,$L$ 是塔底下降液体的摩尔流量,$r_{R}$ 是塔底液体的汽化热。由于增大了操作压强后液相流量 $L$ 增大,汽化热 $r_{R}$ 一般变化不大,所以塔底再沸器热负荷 $Q_{R}$ 增大。