《化工分離工程》劉佳琪復(fù)習(xí)

1、分離工程本一、填空（本大題共9小題，每空1分，共25分）1、 分離過(guò)程可分為、兩大類。2、 在平衡分離過(guò)程中，平衡關(guān)系用分離因子表示為 w。分離因子在I精餾中又稱為，在液液平衡中又稱 TOC o 1-5 h z 為。3、 對(duì)于一四組分氣液平衡物系而言，其自由度數(shù)f等于。4、吸收過(guò)程按溶質(zhì)數(shù)多少可分為和；按吸收溫度狀況可分為和。5、 超臨界流體萃取有、和 等三種操作方法。6、 閃蒸溫度必須介于物系的 與 之間。7、 吸附劑的再生方法有、。8、 結(jié)晶分離的傳質(zhì)推動(dòng)力為。9、 膜分離過(guò)程按分離體系不同可分為、。按推動(dòng)力不同可分為、。1、一烴類混合物中含有乙烷30%、丙烷30%、正丁烷40%。其安托因

2、方程參數(shù)見下表。試求30C時(shí)的泡點(diǎn)壓力及此時(shí)的氣相組成。（物系可認(rèn)為是完全理想物系）（10分）。安托因方程為：lnP二A - TBC組分ABCT(K)P(mmHg)乙烷15.66371511.42-17.16丙烷15.7261872.46-25.16丁烷15.67822154.9-34.422、將苯（A）甲苯（B）對(duì)二甲苯（C）混合物送入精餾塔分離，進(jìn)料流量為100kmol/h，組成為Z =0.4、Z =0.4、Z =0.2，要求苯在塔頂回收率為95%，甲苯在塔釜ABC的回收率為95%。組分相對(duì)平均揮發(fā)度a =2.0,試按清晰分割法求全回流條件下所需AB理論板數(shù)及塔頂與塔底的流量及組成。 （1

3、0分）3、具有三塊理論板的吸收塔，用來(lái)處理下列組成的氣體（V），在操作條件下各組分N+1平均吸收因子見下表。富氣與貧油流率均為100kmol/h，試用平均吸收因子法計(jì)算各組 分的吸收率、吸收液與尾氣的量及組成。 （14分）組分VN+1 iL0iACH2 66000.8CH3 83003n-CH41010010n-CH6140100合計(jì)100100分離工程課程試卷 5參考答案及評(píng)分細(xì)則一、填空（本大題共9小題，每空1分，共25分）（每填對(duì)一空給一分1、平衡分離過(guò)程、速率分離過(guò)程。y x K2、a = _d =匚，相對(duì)揮發(fā)度，相對(duì)選擇性。ij x y Ki jj3、4。4、單組分吸收、多組分吸收；

4、等溫吸收、非等溫吸收。5、等溫法、等壓法、吸附法。6、露點(diǎn)溫度、泡點(diǎn)溫度。7、變壓法、變溫法、惰性氣體吹掃法、置換再生法、。8、過(guò)飽和度。9、氣體、液體。濃度差、壓力差、電位差。二、簡(jiǎn)述題（本大題共5小題，每題5分，共25分）1、平衡常數(shù)與組成無(wú)關(guān)的泡點(diǎn)溫度計(jì)算過(guò)程。答：1）已知p,假設(shè)T T求出（或查出）各組分的p Si2） K二生T K由已知的x T y二Kxi piiii i3）|EKx -1| s ；降低T重新計(jì)算。iiKx -1 -s ；升高T,重新計(jì)算。ii2、平衡常數(shù)與組成有關(guān)的露點(diǎn)溫度計(jì)算過(guò)程。答: 1）已知p,假設(shè)T T求出（或查出）各組分的相應(yīng)參數(shù)及利用維里方程計(jì)算0i2）

5、由已知的y，取Y L = 1求出K ,初步算出xiiii3）校正Y L，求出K ,由已知的y T x = y /Kiiii i i4）|Ex. -1| s （s通常取為0.005） T 露點(diǎn)T5）如果牛 -1 -S ；升高T,重新計(jì)算。3、萃取精餾中提高塔頂產(chǎn)品含量的方法有哪些。答： 1）加大采出量,減小回流量。2）加大萃取劑用量3）減少進(jìn)料量4、間歇精餾中的操作方式有哪幾種,工業(yè)上主要采用哪一種。答： 1）恒回流比2）恒塔頂組成3）變優(yōu)化操作（先恒塔頂組成后恒回流比）。工業(yè)中常采用變優(yōu)化操作。5、變溫吸附的原理是什么？（以圖示表示）。答：三、 釋 題共 每小 共16答：三、 釋 題共 每小

6、共161、化4 小題， 題4分 分） 學(xué)吸附在吸附過(guò)程中吸附質(zhì)與吸附劑分子間形成化學(xué)鍵的作用。2、輕關(guān)鍵組分精餾過(guò)程由設(shè)計(jì)者指定濃度或提出分離要求（如指定回收率）的那個(gè)相對(duì)易揮發(fā)的組分。3、清晰分割餾出液中除了 HK外，沒有其他重組分，釜液中除了 LK外，沒有其他輕組分。4、物理吸收氣體溶質(zhì)溶入到吸收溶劑中，不與溶劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。 四、計(jì)算題（本大題共3 小題，共34分）1、解：B1）求出各組分的飽和蒸氣壓，由：InP二A - tC，T=303.15K,得：（3分）2）求泡點(diǎn)壓力，因?yàn)槲锵悼梢钥醋骼硐胛锵?，由拉烏爾定律，得到：?分）P = po x + po x + po x = 32171

7、x 0.3 + 8025 x 0.3 + 2120 x 0.4 = 12906.8mmHg3）求平衡常數(shù)K，求氣相組成y烷。因?yàn)槲锵悼梢钥醋骼硐胛锵?，可得：?分）ii2、解：1）按清晰分割進(jìn)行塔頂及塔底組分分配，由所給定條件可知，苯為輕關(guān)鍵組分，甲苯 為重關(guān)鍵組分，由所給定的回收率可知：（4分）苯在塔頂?shù)牧繛椋篸 二 f x 0.95 二 40 x 0.95 二 38kmol / hLL苯在塔底的量為：b = f - d = 40 - 38 = 2kmol / hLLL甲苯在塔底的量為：b 二 f x 0.95 二 40 x 0.95 二 38kmol / hHH甲苯在塔頂?shù)牧繛椋篸二f -

8、b二40 - 38二2kmol/hH H H對(duì)一二甲苯在塔底的量為：b = f = 20kmol / hCC對(duì)一二甲苯在塔頂?shù)牧繛椋?02）塔頂、塔底的流量及組成的計(jì)算（3 分）B = b + b + b = 2 + 38 + 20 = 60kmol /h n x = 0.0333;x = 0.6333;x = 0.3334L H CBLBHBC3）全回流下理論板數(shù)的計(jì)算（3 分）3、解：1）計(jì)算各組分吸收率，由0二AN+1 -Ai，可得：（4分）iAN+1 1iv v =v v =Q v （4 分）N+l,i 1,i i N+l,i各組分被吸收量的計(jì)算，由Q，可得:ivN+1,iv v =0

9、 v = 0.6612 x 60 = 39.672kmol / h n v = 60 39.672 = 20.328kmol/ hN +1,乙烷1,乙烷乙烷 N +1,乙烷1,乙烷vv=0 v= 0.975 x 30 = 29.25kmol / h n v= 30 29.25 = 0.75kmol / hN +1, 丙烷1, 丙烷丙烷 N +1, 丙烷1, 丙烷vv =0 v=0.9991x10=9.91kmol/hnv =109.91=0.09kmol/hN +1,正丁烷1,正丁烷正丁烷 N +1,正丁烷1,正丁烷3）尾氣和吸收液的流量的組成計(jì)算（6 分） 由以上計(jì)算可知尾氣量為：V =Zv

10、 = 20.328 + 0.75 + 0.09 = 21.168kmol / h TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark54 o Current Document 11, i尾氣中各組分含量為： y =v /V = 20.328/21.168 =0.9603乙烷1,乙烷 1吸收液的量為： L = L +（V V ） = 100 + 100 21.168 = 178.832kmol / hN 0N +11吸收液中各組分含量為： x =l /L = 39.672 /178.832 = 0.2218N ,乙烷N ,乙烷N水 補(bǔ)充水甲醇水溶液2、預(yù)將甲苯 -烷烴二元恒沸物

11、進(jìn)行分水 補(bǔ)充水甲醇水溶液離，現(xiàn)以甲醇為恒沸劑分離甲苯-烷烴的流程如圖，分析各塔物流，答：分析可知：恒沸精餾塔：由于恒沸劑加入過(guò)量，塔底為 甲醇甲苯的混合物，塔頂烷 烴-甲醇的二元恒沸物。脫甲醇塔：塔底為甲苯，塔頂為甲苯-甲醇 的二元恒沸物。萃取塔：塔底為甲醇水溶液，塔頂為烷烴。脫水塔：塔底為水，塔頂為甲醇。新鮮料液苯甲答：分析可知：恒沸精餾塔：由于恒沸劑加入過(guò)量，塔底為 甲醇甲苯的混合物，塔頂烷 烴-甲醇的二元恒沸物。脫甲醇塔：塔底為甲苯，塔頂為甲苯-甲醇 的二元恒沸物。萃取塔：塔底為甲醇水溶液，塔頂為烷烴。脫水塔：塔底為水，塔頂為甲醇。新鮮料液苯甲恒沸精I(xiàn)m塔I甲醇 補(bǔ)充甲醇脫水塔萃取精餾

12、過(guò)程中，萃取劑的作用是什么？萃取精餾過(guò)程與共沸精餾過(guò) 程有何區(qū)別？ 要點(diǎn)：萃取劑的作用：通過(guò)稀釋原溶液和分別與原溶液組分的相互作用力不同 使原溶液組分間的相對(duì)揮發(fā)度發(fā)生改變。(5 分區(qū)別：共沸精餾在改變相對(duì)揮發(fā)度的同時(shí)還要與原溶液組分生成共沸物共沸精餾的能耗一般比萃取精餾大；共沸精餾更適用于分離熱敏性物料；共沸精餾可連續(xù)操作，也可間歇操作，萃取精餾一般只能連續(xù)操作。3、恒沸精餾與萃取精餾的異同點(diǎn)。答：相同點(diǎn)：都加入第三組分，形成非理想溶液；都提高相對(duì)揮發(fā)度；都應(yīng)用物料衡算、熱量衡算和相平衡關(guān)系式。不同點(diǎn)：恒沸精餾加入恒沸劑形成恒沸物，沸點(diǎn)低，從塔頂出來(lái)；萃取精餾不形成恒沸物，沸點(diǎn)高，從塔底離開

13、。4 簡(jiǎn)述精餾過(guò)程最小回流時(shí)和全回流時(shí)的特點(diǎn)。最小回流比是餾的極限情況之一，此時(shí)，未完成給定的分離任務(wù)，所需要理論經(jīng)板數(shù)無(wú)窮多（2 分）如果回流比小于最小回流比，則無(wú)論多少理論板數(shù)也不能完成給定的分離任務(wù)（1 分）。全回流是精餾的極限情況之一。全回流所需的理論板數(shù)最少。此時(shí)，不進(jìn)料，不出產(chǎn)品（2 分）。 2什么叫清晰分割法，什么叫不清晰分割法？多組分精餾分離，餾出液中除了重關(guān)鍵組分外沒有其他重組分，重組分全部由塔釜排出，而釜液中除了輕關(guān)鍵組 分外沒有其它輕組分，輕組分全部由塔頂排出，這種分離情況稱為清晰分割，此時(shí)非關(guān)鍵組分為非分配組分。 （3 分）而餾出液中除了重關(guān)鍵組分外還有其他重組分，釜液

14、中除了輕關(guān)鍵組分外還有其它輕組分，這種分離情況稱為非 清晰分割，此時(shí)非關(guān)鍵組分為分配組分。（2 分）3簡(jiǎn)述精餾和吸收過(guò)程的主要不同點(diǎn)。1 ）原理不同：吸收是根據(jù)各組分溶解度不同進(jìn)行分離的。精餾利用組分間相對(duì)揮發(fā)度不同使組分分離。（1 分）2）傳質(zhì)形式不同：精餾操作中，汽液兩相接觸時(shí)，汽相中的較重組分冷凝進(jìn)入液相，而液相中較輕組分被氣化 轉(zhuǎn)入汽相，因此傳質(zhì)過(guò)程是雙相傳質(zhì)過(guò)程；而吸收過(guò)程則是氣相中的某些組分溶到不揮發(fā)的吸收劑中去的單向傳質(zhì) 過(guò)程。（2 分）3）塔式不同：一般的精餾塔是一處進(jìn)料，塔頂和塔釜出料，而吸收塔是兩處進(jìn)料、兩處出料。（1 分）5 氣液傳質(zhì)設(shè)備有幾種常用的級(jí)效率？影響效率的因素

15、有哪些？效率的表示方法主要有以下幾種：1）全塔效率，又稱為總板效率（1 分）3）點(diǎn)效率（1 分）4）填料塔的等板高度（HETP） （1分）實(shí)際板和理論板的差異主要表現(xiàn)在哪些方面？實(shí)際板和理論板的差異：1）理論板假定離開該板的汽、液兩相達(dá)到平衡；實(shí)際板不可能達(dá)到平衡；（2 分）2）理論板上相互接觸的汽液兩相完全混合，板上液相濃度均一，等于離開該板溢流液的濃度；實(shí)際板板上混合不完全；（ 1 分）3）實(shí)際板上汽液兩相存在不均勻流動(dòng)，停留時(shí)間有明顯差異；（ 1 分）4）實(shí)際板存在霧沫夾帶、漏液和液相夾帶泡沫現(xiàn)象。（ 1 分）何為關(guān)鍵組分，何為輕關(guān)鍵組分、何為重關(guān)鍵組分？2 分離要求指定（設(shè)計(jì)者指定濃度

16、或提出要求）的、最關(guān)心的組分稱為關(guān)鍵組分（3 分）；兩個(gè)關(guān)鍵組分中相對(duì)易 揮發(fā)的組分稱為輕關(guān)鍵組分（1 分），不易揮發(fā)的組分稱為重關(guān)鍵組分（1 分）。組分組成 z （mol%）K （t的單位為C）C4i0.45iC50.32已知某液體混合物中各組分的汽液平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系如下 上述混合物若溫度為77C,試分析是否有液相存在。1.解：混合物溫度為77C時(shí)K =0.75 + 0.06 x 77 = 3.87, K = 0.8：C3C 42 分）工K x = 3.87 x 0.23 + 0.56 x 0.884 + 0.33 x 0.6 = 1.583 1 （ 1 分）ii即工K x 1,T T

17、（2 分）i i B工 y : K = 0.23 3.87 + 0.56 0.884 + 0.33 0.6 = 1.77 1 （1 分）廠 i即工 即工 y K 1, T Ti iD2 分）混合物處于兩相區(qū)有液相存在（2分）1、試求氨仿（1）乙醇（2）在共沸溫度為55C時(shí)的共沸組成和總壓力。（下式中t的單位是C； p的單位是mmHg）已知：解：溫度為55C，則由飽和蒸汽壓公式得p0 = 82.372 p0 = 37.31112由恒沸物的特點(diǎn)有：In 11 = In竺V 2P0由于In 2 =0.59x2 一 1.42x2 +1.66x xy211 2237.311故 ln= 0.58x2 -1

18、.42x2 +1.66x x82.372211 2由上式解得： x = 0.84751x = 0.152524分由活度系數(shù)公式得： y = 1.04751所以 p = y x p0 +y x p0 = 86.279 = 86659KPa1 1 1 2 2 23、在 20 塊板的塔中用烴油吸收含 85%乙烷，10%丙烷和 5%正丁烷（摩爾 百分率）的氣體，采用的油氣比為1:1,該塔處理的氣體量為100kmol/h，操作 壓力為 3 大氣壓。若全塔效率按25%計(jì)，試求：（1）平均溫度為多少，才能回收 90%的丁烷；（2）組份的平衡常數(shù)；（3）吸收因子、吸收率；（4）尾氣的組成。操作條件下各組分的平衡常數(shù)如下：乙烷 k=0.133331+5.46667 ；丙烷 k=0.06667+1.3333 ；正丁烷 k=0.02857t+0.08571 （t 的單位為。C）解：（1）溫度 N = N f= 20 x 25% = 5理實(shí)An+1 A申=kk = 0.9A 6 10 A7 + 9 = 0A = 1.203 TOC o 1-5 h z An+1 1k kkkak=1（舍去）L 11a = - -= 1x