《化工分離工程》試卷及答案

1、一、填空(每空2分,共20分)1. 如果設計中給定數(shù)值的物理量的數(shù)目等于 設計變量 ，設計才有結果。2. 在最小回流比條件下，若只有重組分是非分配組分，輕組分為分配組分，存在著兩個恒濃區(qū)，出現(xiàn)在 精鎦段和進料板 位置。3. 在萃取精鎦中，當原溶液非理想性不大時，加入溶劑后，溶劑與組分1形成具有較強 正 偏差的非理想溶液，與組分2形成 負偏差或理想 溶液 ，可提高組分1對2的相對揮發(fā)度。4. 化學吸收中用增強因子表示化學反應對傳質速率的增強程度，增強因子E的定義是 化學吸收的液相分傳質系數(shù)（kL）/無化學吸收的液相分傳質系數(shù)（k0L） 。5. 對普通的N級逆流裝置進行變量分析，若組分數(shù)為C個，建

2、立的MESH方程在全塔有 NC+NC+2N+N=N(2C+3) 個。6. 熱力學效率定義為 ； 實際的分離過程是不可逆的，所以熱力學效率必定 于1。7. 反滲透是利用反滲透膜選擇性的只透過 溶劑 的性質，對溶液施加壓力，克服 溶劑的滲透壓 ，是一種用來濃縮溶液的膜分離過程。二、推導(20分)1. 由物料衡算，相平衡關系式推導圖1單級分離基本關系式。 式中： Ki相平衡常數(shù)；氣相分率（氣體量/進料量）。2. 精餾塔第j級進出物料如圖1，建立MESH方程。三、簡答(每題5分,共25分)1. 什么叫相平衡？相平衡常數(shù)的定義是什么？由混合物或溶液形成若干相，這些相保持物理平衡而共存狀態(tài)。熱力學上看物系

3、的自由焓最小；動力學上看相間表觀傳遞速率為零。Ki=yi/xi 。2. 關鍵組分的定義是什么；在精餾操作中，一般關鍵組分與非關鍵組分在頂、釜的分配情況如何？由設計者指定濃度或提出回收率的組分。LK絕大多數(shù)在塔頂出現(xiàn)，在釜中量嚴格控制；HK絕大多數(shù)在塔釜出現(xiàn)，在頂中量嚴格控制；LNK全部或接近全部在塔頂出現(xiàn)；HNK全部或接近全部在塔釜出現(xiàn)。3. 在吸收過程中，塔中每級汽、液流量為什么不能視為恒摩爾流？吸收為單相傳質過程，吸收劑吸收了氣體中的溶質而流量在下降過程中不斷增加，氣體的流量相應的減少，因此氣液相流量在塔內都不能視為恒定。4. 在精餾塔中設中間換熱器為什么會提高熱力學效率？在中間再沸器所加

4、入的熱量其溫度低于塔底加入熱量的溫度，在中間冷凝器所引出的熱量其溫度高于塔頂引出熱量的溫度，相對于無中間換熱器的精餾塔傳熱溫差小，熱力學效率高。5. 反應精餾的主要優(yōu)點有那些？（1）產(chǎn)物一旦生成立即移出反應區(qū)；（2）反應區(qū)反應物濃度高，生產(chǎn)能力大；（3）反應熱可由精餾過程利用；（4）節(jié)省設備投資費用；（5）對于難分離物系通過反應分離成較純產(chǎn)品。四、計算(1、2題10分，3題15分，共35分)1. 將含苯0.6（mol分數(shù)）的苯（1）甲苯（2）混合物在101.3kPa下絕熱閃蒸，若閃蒸溫度為94，用計算結果說明該溫度能否滿足閃蒸要求？ 已知：94時P10=152.56kPa P20=61.59k

5、Pa 2. 已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常壓、54下形成共沸物，共沸組成X2=0.65(mol分率), 在此條件下：求該系統(tǒng)的活度系數(shù)。3. 氣體混合物含乙烷0.50、丙烷0.4、丁烷0.1（均為摩爾分數(shù)），用不揮發(fā)的烴類進行吸收，已知吸收后丙烷的吸收率為81%，取丙烷在全塔的平均吸收因子A=1.26，求所需理論板數(shù)；若其它條件不變，提高平均液汽比到原來的2倍，此時丙烷的吸收率可達到多少。2006-2007學年第2學期考試參考答案 （A）卷一、填空(每空2分,共20分)1. 設計變量 。2. 精鎦段和進料板。3. 正 ；負偏差或理想。4. 化學吸收的液相分傳質系數(shù)（kL）/無化學吸收的液相

6、分傳質系數(shù)（k0L）。5. NC+NC+2N+N=N(2C+3) 。6. ； 小 。7. 溶劑 ；溶劑的滲透壓 。二、 推導(20分)1. 設物料衡算式： (1)相平衡關系式： (2) (3)將（3）代入（1） 整理： (4) 將（2）代入（1） 整理： (5)2 三、 簡答(每題5分,共25分)1. 由混合物或溶液形成若干相，這些相保持物理平衡而共存狀態(tài)。熱力學上看物系的自由焓最??；動力學上看相間表觀傳遞速率為零。Ki=yi/xi 。2.由設計者指定濃度或提出回收率的組分。LK絕大多數(shù)在塔頂出現(xiàn)，在釜中量嚴格控制；HK絕大多數(shù)在塔釜出現(xiàn)，在頂中量嚴格控制；LNK全部或接近全部在塔頂出現(xiàn)；HN

7、K全部或接近全部在塔釜出現(xiàn)。2. 吸收為單相傳質過程，吸收劑吸收了氣體中的溶質而流量在下降過程中不斷增加，氣體的流量相應的減少，因此氣液相流量在塔內都不能視為恒定。3. 在中間再沸器所加入的熱量其溫度低于塔底加入熱量的溫度，在中間冷凝器所引出的熱量其溫度高于塔頂引出熱量的溫度，相對于無中間換熱器的精餾塔傳熱溫差小，熱力學效率高。4. （1）產(chǎn)物一旦生成立即移出反應區(qū)；（2）反應區(qū)反應物濃度高，生產(chǎn)能力大；（3）反應熱可由精餾過程利用；（4）節(jié)省設備投資費用；（5）對于難分離物系通過反應分離成較純產(chǎn)品。四、計算(1、2題10分，3題15分，共35分)1. 同時存在，為汽液平衡態(tài),滿足閃蒸條件。2

8、.3. 一、填空(每空2分,共20分)1. 傳質分離過程分為 平衡分離過程和速率分離過程兩大類。2. 一個多組分系統(tǒng)達到相平衡的條件是所有相中的 溫度、壓力相同，各相組分的逸度相同 。3. 在變量分析中，固定設計變量通常指進料物流的變量和裝置的壓力。4. 某二元系常壓下汽液平衡數(shù)據(jù)在yx圖中摘錄如下：x1=0.25時，y1=0.35；x1=0.8時，y1=0.62，該系統(tǒng)一定形成共沸物，這是因為在y-x圖中，平衡線與對角線相交 （也可其它表示法） 。5. 三對角線矩陣法用于多組分多級分離過程嚴格計算時，以方程解離法為基礎，將MESH 方程按類型分為三組，即 、 、和 。6. 精鎦和吸收操作在傳

9、質過程上的主要差別是 。7. 在ABC三組分精餾中，有 個分離方案。8. 超濾是以壓力差為推動力，按粒徑不同 選擇分離溶液中所含的微粒和大分子的膜分離操作。二、分析(20分)1對再沸器（圖1）進行變量分析，得出：，回答對可調設計變量如何指定。 2.溶液中1，2組分形成均相共沸物，分析共沸時活度系數(shù)與飽和蒸汽壓之間的關系可用式：表示。三、簡答(每題5分,共20分)1. 常壓下分離苯、甲苯、二甲苯混合物，用活度系數(shù)法計算該物系相平衡常數(shù)K的簡化形式是什么方程？并說明理由。（提示：）2. 在萃取精餾中，由相對揮發(fā)度表達式分析，為什么在加入萃取劑后會提高原溶液的相對揮發(fā)度？3. 精餾過程的熱力學不可逆

10、性主要由哪些原因引起？4. 在固定床吸附過程中，什么是透過曲線？在什么情況下，吸附劑失去吸附能力需再生？四、計算(1、2題15分，3題10分，共40分)1. 已知某精鎦塔進料組成和操作條件下的平均相對揮發(fā)度如下：組分ABCD摩爾分率0.060.170.320.451.002.581.991.000.84已知塔頂B的回收率為95，塔釜C的濃度為0.9，按清晰分割法物料衡算；不對非關鍵組分校核，計算最少理論板數(shù)。2. 用水萃取精餾醋酸甲酯（1）與甲醇（2）二組分溶液，若XS=0.8，餾出液量為100kmol/h，且餾出液中不含水，回流比取1.1，溶劑看成不揮發(fā)組分，計算水的加入量。3. 某氣體混合

11、物含甲烷95，正丁烷5，現(xiàn)采用不揮發(fā)的烴油進行吸收，油氣比為11，進塔溫度均為37，吸收塔壓力為304kPa, 今要從氣體中吸收80的丁烷，求所需理論板數(shù)。已知該條件下：2006-2007學年第二學期考試參考答案（B）卷一、填空(每空2分,共20分)1. 平衡分離過程和速率分離過程 。2. 溫度、壓力相同，各相組分的逸度相同。3. 進料物流的變量和裝置的壓力 。4. 在y-x圖中，平衡線與對角線相交 （也可其它表示法）。5. 修正的M方程 、 S方程 、和修正的H方程 。6. 精餾為雙向傳質，吸收為單向傳質 。7. 2 。8. 粒徑不同 。二、分析(20分)1 指定：溫度、熱負荷、氣化分率等之一均可。2. 共沸時：三、簡答1答：常壓下分離苯、甲苯、二甲苯混合物，為低壓下分子結構相似物系，汽液相都為理想系，有： 2答：在萃取精餾中，原溶液 汽相為理想氣體，液相為非理想溶液， 對于特定物系，不可改變，要使只有增加，加S后可使。加入萃取劑后會提高原溶液