519.操作中的精馏塔,若选用的回流比小于最小回流比,则[ ]

这是一道关于化工原理中精馏操作特性的经典题目。以下是对该题的详细解析： ### 核心概念回顾 在精馏操作中，**回流比 ($R$)** 是一个关键的操作参数，它直接影响分离效果和产品纯度。 * **最小回流比 ($R_{min}$)**：是指在指定的分离要求（即规定的塔顶产品组成 $x_D$ 和塔底产品组成 $x_W$）下，完成分离任务所需的理论板数为无穷多时的回流比它是实现指定分离任务的极限条件。 * **正常操作范围通常选择 $R > R_{min}$**（通常取 $1.1 \sim 2.0$ 倍的最小回流比），以保证在有限的塔板数下达到预期的分离效果。 ### 逻辑推导 题目设定的情景是：**操作中的精馏塔**（意味着塔板数 $N$ 是固定的），选用的回流比 **小于** 最小回流比 ($R < R_{min}$)。 1. **分离能力下降**： 当回流比减小时，精馏段操作线的斜率 $\frac{R}{R+1}$ 减小，提馏段操作线的斜率 $\frac{L'}{V'}$ 增大。这导致操作线向平衡线靠近。 * 在 $R = R_{min}$ 时，操作线与平衡线出现“夹点”（pinch point），此时需要无穷多块理论板才能达到分离要求。 * 当 $R < R_{min}$ 时，对于固定塔板数的实际塔来说，气液两相在塔内的传质推动力大大减弱，塔的分离能力严重不足，无法维持原本设计的分离程度。 2. 对产品组成的影响： 由于分离效果变差，轻组分（易挥发组分）不能有效地富集到塔顶，重组分（难挥发组分也不能有效地留在塔底。具体表现为： * **塔顶产品 ($x_D$)**：原本应该高纯度的轻组分中混入了更多的重组分，导致轻组分摩尔分数 **减小**。 * **塔底产品 ($x_W$)**：原本应该高纯度的重组分中残留了更多的轻组分。注意，$x_W$ 通常指塔底产品中**轻组分**的摩尔分数（或者如果是指重组分纯度，则纯度下降）。在化工原理的标准符号体系中，$x$ 通常代表**易挥发组分（轻组分）**的摩尔分数。 * 如果 $x_W$ 代表塔底流出液中**轻组分**的含量：因为分离不好，更多轻组分漏到了塔底，所以 $x_W$ **增加**。 * （注：即使 $x_W$ 被理解为重组分纯度，其纯度也是下降的，但根据选项 D 的描述习惯，$x_D$ 和 $x_W$ 均指代**轻组分**的浓度分布是这类题目的常规逻辑。） **综上所述：** * 塔顶轻组分浓度 $x_D$ 下降（纯度降低）。 * 塔底轻组分浓度 $x_W$ 上升（即塔底产品中跑掉的轻组分变多了，纯度降低）。 ### 选项分析 * **A. 不能操作**：错误。物理上塔仍然可以运行，液体依然可以回流，气体依然可以上升，只是达不到预期的分离指标，属于“不合格操作”，而非物理上的“不能操作”。 * **B. $x_D, x_W$ 均增加**：错误。物料守恒决定了如果塔顶轻组分少了，塔底轻组分必然增多（相对于理想分离状态），两者变化趋势相反（针对轻组分浓度而言，一个降一个升；或者针对各自主要成分的纯度而言，均下降）。 * **C. $x_D, x_W$ 均不变**：错误。回流比改变必然引起操作线变化，进而改变分离效果。 * **D. $x_D$ 减小, $x_W$ 增加**：正确。这里 $x_D$ 和 $x_W$ 均指**易挥发组分（轻组分）**的摩尔分数。分离效果变差导致塔顶得到的轻组分不纯（$x_D$ 减小），塔底流失的轻组分变多（$x_W$ 增加）。 ### 结论 当实际操作回流比小于最小回流比时，塔的分离能力不足以维持原定的分离要求，导致塔顶产品中轻组分浓度降低，塔底产品中轻组分浓度升高。 故正确答案为 **D**。