化工分離工程Ⅰ期末復習題庫及答案

分離工程復習題庫第一部分 填空題分離作用是由于加入（ 分離劑）而引起的，因為分離過程是（ 混合過程 ）的逆過程。分離因子是根據(jù) （氣液相平衡 ）來計算的。 它與實際分離因子的差別用 （板效率）來表示。汽液相平衡是處理（ 汽液傳質(zhì)分離 ）過程的基礎。相平衡的條件是（ 所有相中溫度TOC\o"1-5"\h\z壓力相等，每一組分的化學位相等 ）。精餾塔計算中每塊板由于 （組成）改變而引起的溫度變化， 可用（泡露點方程 ）確定。多組分精餾根據(jù)指定設計變量不同可分為（ 設計）型計算和（ 操作）型計算。在塔頂和塔釜同時出現(xiàn)的組分為（ 分配組分 ）。吸收有（ 輕）關(guān)鍵組分，這是因為（ 單向傳質(zhì) ）的緣故。對多組分吸收， 當吸收氣體中關(guān)鍵組分為重組分時， 可采用（吸收蒸出塔 ）的流程。對寬沸程的精餾過程，其各板的溫度變化由（ 進料熱焓 ）決定，故可由（ 熱量衡算）計算各板的溫度。10、對窄沸程的精餾過程，其各板的溫度變化由（ 組成的改變 ）決定，故可由（ 相平衡方程）計算各板的溫度。11、為表示塔傳質(zhì)效率的大小，可用（ 級效率 ）表示。12、對多組分物系的分離，應將（ 分離要求高 ）或（最困難）的組分最后分離。13、 泡沫分離技術(shù)是根據(jù)（ 表面吸附 ）原理來實現(xiàn)的，而膜分離是根據(jù)（ 膜的選擇滲透作用 ）原理來實現(xiàn)的。14、新型的節(jié)能分離過程有（14、新型的節(jié)能分離過程有（膜分離）、（吸附分離 ）傳質(zhì)分離過程分為（ 平衡分離過程 ）和（ 速率分離過程 ）兩大類。分離劑可以是（ 能量）和（物質(zhì)）。Lewis提出了等價于化學位的物理量（ 逸度）。設計變量與獨立量之間的關(guān)系可用下式來表示 （Ni=Nv-Nc即設計變量數(shù) =獨立變量TOC\o"1-5"\h\z數(shù)-約束關(guān)系 ）設計變量分為（ 固定設計變量 ）與（可調(diào)設計變量 ）。溫度越高對吸收越（ 不利）萃取精餾塔在萃取劑加入口以上需設（ 萃取劑回收段 ）。用于吸收過程的相平衡關(guān)系可表示為（ V=SL）。精餾有（ 兩個）個關(guān)鍵組分，這是由于（ 雙向傳質(zhì) ）的緣故。精餾過程的不可逆性表現(xiàn)在三個方面，即（ 通過一定壓力梯度的動量傳遞 ），（通過一定溫度梯度的熱量傳遞或不同溫度物流的直接混合 ）和（通過一定濃度梯度的質(zhì)量傳遞或者不同化學位物流的直接混合 ）。通過精餾多級平衡過程的計算， 可以決定完成一定分離任務所需的 （理論板數(shù) ），為表示塔實際傳質(zhì)效率的大小，則用（ 級效率）加以考慮。常用吸附劑有（ 硅膠），（活性氧化鋁 ），（活性炭）。恒沸劑與組分形成最低溫度的恒沸物時，恒沸劑從塔（ 頂）出來。分離要求越高，精餾過程所需的最少理論板數(shù)（ 越多）?；亓鞅仁牵?可調(diào)）設計變量。第二部分 選擇題1、下列哪一個是速率分離過程（ ）a.蒸餾b.吸收c.膜分離d.離心分離2、下列哪一個是機械分離過程（ ）a.蒸餾b.吸收c.膜分離 d.離心分離TOC\o"1-5"\h\z3、下列哪一個是平衡分離過程（ ）a.蒸餾b.吸收c.膜分離d.離心分離4、汽液相平衡K值越大，說明該組分越（ ）a.易揮發(fā)b.難揮發(fā)c.沸點高d.蒸汽壓小氣液兩相處于平衡時（ ）a.兩相間組份的濃度相等 b.只是兩相溫度相等c.兩相間各組份的逸度相等 d.相間不發(fā)生傳質(zhì)6、當把一個氣相冷凝時，開始產(chǎn)生液滴的點叫作（ ）a.露點b.臨界點c.泡點d.熔點7、當物系處于泡、露點之間時，體系處于（ d）a.飽和液相 b.過熱蒸汽 c.飽和蒸汽 d.氣液兩相8、閃蒸是單級蒸餾過程，所能達到的分離程度（ ）a.很高b.較低c.只是冷凝過程，無分離作用 d.只是氣化過程，無分離作用9、設計變量數(shù)就是（ ）a.設計時所涉及的變量數(shù) b.約束數(shù)c.獨立變量數(shù)與約束數(shù)的和 d.獨立變量數(shù)與約束數(shù)的差10、約束變量數(shù)就是（ ）過程所涉及的變量的數(shù)目；固定設計變量的數(shù)目獨立變量數(shù)與設計變量數(shù)的和；變量之間可以建立的方程數(shù)和給定的條件11、當蒸餾塔的回流比小于最小的回流比時（ ）a.液相不能氣化 b.不能完成給定的分離任務 c.氣相不能冷凝 d.無法操作TOC\o"1-5"\h\z12、當蒸餾塔的產(chǎn)品不合格時，可以考慮（ ）a.提高進料量 b.降低回流比 c.提高塔壓 d.提高回流比13、如果二元物系，Y>1,￥>1,則此二元物系所形成的溶液一定是（ ）a.正偏差溶液 b.理想溶液 c.負偏差溶液 d.不確定14、下列哪一個不是均相恒沸物的特點（ ）a.氣化溫度不變 b.氣化時氣相組成不變c.活度系數(shù)與飽和蒸汽壓成反比 d.冷凝可以分層15、下列哪一個不是吸收的有利條件（ ）a.提高溫度 b.提高吸收劑用量 c.提高壓力 d.減少處理的氣體量16、平衡常數(shù)較小的組分是（ ）a.難吸收的組分 b.最較輕組份 c.揮發(fā)能力大的組分 d.吸收劑中的溶解度大17、下列關(guān)于吸附劑的描述哪一個不正確（ ）a.分子篩可作為吸附劑 b.多孔性的固體c.外表面積比內(nèi)表面積大 d.吸附容量有限18、下列哪一個不是等溫吸附時的物系特點（ ）a.被吸收的組分量很少 b.溶解熱小 c.吸收劑用量較大 d.被吸收組分的濃度高19、吸收塔的汽、液相最大負荷處應在（ ）a.塔的底部 b.塔的中商 c.塔的頂部20、對一個恒沸精餾過程，從塔內(nèi)分出的最低溫度的恒沸物（ ）a.一定是做為塔底產(chǎn)品得到 b.一定是為塔頂產(chǎn)品得到c.可能是塔項產(chǎn)品，也可能是塔底產(chǎn)品 d.視具體情況而變第三部分名詞解釋分離過程：將一股或多股原料分成組成不同的兩種或多種產(chǎn)品的過程。機械分離過程 ：原料由兩相以上所組成的混合物，簡單地將其各相加以分離的過程。傳質(zhì)分離過程 ：傳質(zhì)分離過程用于均相混合物的分離，其特點是有質(zhì)量傳遞現(xiàn)象發(fā)生。按所依據(jù)的物理化學原理不同，工業(yè)上常用的分離過程又分為平衡分離過程和速率分離過程兩類。相平衡：混合物或溶液形成若干相，這些相保持著物理平衡而共存的狀態(tài)。從熱力學上看，整個物系的自由焓處于最小狀態(tài)，從動力學看，相間無物質(zhì)的靜的傳遞。相對揮發(fā)度 ：兩組分平衡常數(shù)的比值叫這兩個組分的相對揮發(fā)度。泡點溫度 ：當把一個液相加熱時，開始產(chǎn)生氣泡時的溫度。露點溫度 ：當把一個氣體冷卻時，開始產(chǎn)生氣泡時的溫度。設計變量數(shù) ： 設計過程需要指定的變量數(shù)，等于獨立變量總數(shù)與約束數(shù)的差。約束數(shù) ： 變量之間可以建立的方程的數(shù)目及已知的條件數(shù)目?；亓鞅?：回流的液相的量與塔頂產(chǎn)品量的比值。精餾過程 ： 將揮發(fā)度不同的組分所組成的混合物，在精餾塔中同時多次地部分氣化和部分冷凝，使其分離成幾乎純態(tài)組成的過程。全塔效率 ：理論板數(shù)與實際板數(shù)的比值。精餾的最小回流比 ：精餾時在一個回流比下， 完成給定的分離任務所需的理論板數(shù)無窮多，回流比小于這個回流比，無論多少塊板都不能完成給定的分離任務，這個回流比就是最小的回流比。實際回流比大于最小回流比。理論板：離開板的氣液兩相處于平衡的板叫做理論板。萃取劑的選擇性 ：加溶劑時的相對揮發(fā)度與未加溶劑時的相對揮發(fā)度的比值。萃取精餾：向相對揮發(fā)度接近于 1或等于1的體系，加入第三組分 P，P體系中任何組分形成恒沸物，從塔底出來的精餾過程。共沸精餾：向相對揮發(fā)度接近于 1或等于1的體系，加入第三組分 P，P體系中某個或某幾個組分形成恒沸物，從塔頂出來的精餾過程。吸收過程：按混合物中各組份溶解度的差異分離混合物的過程叫吸收過程。吸收因子：操作線的斜率（L/V）與平衡線的斜率（KI）的比值。絕對吸收率 ：被吸收的組分的量占進料中的量的分率。半透膜：能夠讓溶液中的一種或幾種組分通過而其他組分不能通過的這種選擇性膜叫半透膜。滲透：當用半透膜隔開不同濃度的溶液時， 純?nèi)軇┩ㄟ^膜向高濃度溶液流動的現(xiàn)象叫滲透。反滲透：當用半透膜隔開不同濃度的溶液時， 純?nèi)軇┩ㄟ^膜向低濃度溶液流動的現(xiàn)象叫反滲透。吸附過程：當用多孔性的固體處理流體時， 流體的分子和原子附著在固體表面上的現(xiàn)象叫吸附過程。第四部分 問答題簡述絕熱閃蒸過程的特點。答；絕熱閃蒸過程是等焓過程，節(jié)流后壓力降低，所以會有汽化現(xiàn)象發(fā)生，汽化要吸收熱量，由于是絕熱過程，只能吸收本身的熱量，因此，體系的溫度度降低。普通精餾塔的可調(diào)設計變量是幾個？試按設計型和操作型指定設計變量。答；普通精餾塔有 4個可調(diào)設計變量。按設計型：兩個分離要求、回流比、再沸器蒸出率；按操作型：全塔理論板數(shù)、精餾段理論板數(shù)、回流比、塔頂產(chǎn)品的流量。簡述精餾過程最小回流時的特點。答；最小回流比是精餾的極限情況之一，此時，為了完成給定的分離任務，所需要理論經(jīng)板數(shù)無窮多，如果回流比小于最小回流比，則無論多少理論板數(shù)也不能完成給定的分離任務。簡述精餾過程全回流的特點。答；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， 不進料，不出產(chǎn) 品。簡述萃取塔操作要注意的事項。答；a.氣液相負荷不均，液相負荷遠大于氣相負荷；塔料的溫度要嚴控制；回流比不能隨意調(diào)整。工藝角度簡述萃取劑的選擇原則。答；a.容易再生，不起化學反應、不形成恒沸物、 P沸點高；適宜的物性，互溶度大、穩(wěn)定性好；價格低廉，來源豐富。吸收的有利條件是什么？答；低溫、高壓、高的氣相濃度、低的液相濃度、高的用量、低的氣相量。有一烴類混合物送入精餾裝置進行分離，進料組成和相對揮發(fā)度 a值如下，現(xiàn)有 A、B兩種方案可供選擇，你認為哪種方案合理？為什么？異丁烷 正丁烷 戊烷摩爾% 25 30 45a值1.24 1.00 0.34答；由于正丁烷和異丁烷是體系中最難分的組份，應放在最后分離；進料中戊烷含量高，應盡早分出。所以方案B是合理的。表觀吸附量等于零，表明溶質(zhì)不被吸附對嗎？答；不一定。表觀吸附量只有在溶液是稀液、溶質(zhì)吸附不明顯時，才能代表實際的吸附量，，不能單純用表觀吸附量等于零看溶質(zhì)被吸附與否。吸附劑的選擇原則答；a.選擇性高；b.比表面積大；c.有一定的機械強度；d.有良好的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。吸附質(zhì)被吸附劑吸附一脫附分哪幾步？答a.外擴散組份穿過氣膜或液膜到固體表面；b.內(nèi)擴散組份進入內(nèi)孔道；c.吸附；d.脫附；e.內(nèi)反擴散組份由內(nèi)孔道來到外表面；f.外反擴散組份穿過氣膜或液膜到氣相主體流。由物料衡算，相平衡關(guān)系式推導圖1單級分離基本關(guān)系式?！敢摇?）二。y（Ki-1）- 1式中：Ki 相平衡常數(shù)；’ 氣相分率（氣體量/進料量）。LXiTlPl圖1答;設捉=〃尸--氣化分率物料衡算式：僅‘玉吸一。皿生也.（1）相平衡關(guān)系式：一”廠H...（2）刈一火,馬...（3）將（3）代入（1）4=°一下區(qū)+卡砧三一4整理：‘?：M"D...（4）

將⑵代入（1） /弊整理：以4J*.第五部分計算題1.已知某乙烷塔，塔操作壓力為28.8標準大氣壓，塔頂采用全凝器，并經(jīng)分析得塔頂產(chǎn)品組成為甲烷a.乙烷b.丙烷c.異丁烷d.總合組成xiD1.48 88 10.160.36 100%（摩爾分數(shù)）求塔頂溫度。解：設t=20C,p=28.8MPa=2917kPa,由查圖2-1a得:Ki=5.4,甲烷a.乙烷b.丙烷c.異丁烷d.總合組成xiD1.48 88 10.160.36 100%（摩爾分數(shù)）求塔頂溫度。解：設t=20C,p=28.8MPa=2917kPa,由查圖2-1a得:Ki=5.4,K2=1.2, K3=0.37,K4=0.18一yyi 0.0148 0.88 0.1016 0.0036,'xi="三= -——- - =1.031=1Ki5.4 1.2 0.37 0.18選乙烷為參考組分，則K2=Kg%xi=1.0311.2=1.24由K2=1.24和p=29i7kpa,查圖2-1a得t=22C:K1=5.6,K2=1.24, K3=0.38,K4=0.19yi0.0148 0.880.1016 0.0036=— ——- - =0.999:?1Ki5.6 1.240.38 0.19故塔頂溫度為22CO2.要求在常壓下分離環(huán)己烷a.（沸點80.8C）和苯b.（沸點80.2C）,它們的恒沸組成為苯0.502（摩爾分數(shù)），共沸點77.4C,現(xiàn)以丙酮為恒沸劑進行恒沸精儲，丙酮與環(huán)己烷形成包沸物，共沸組成為0.60（環(huán)己烷摩爾分數(shù)），若希望得到幾乎純凈的苯，試計算:①所需恒沸劑量。②塔頂、塔釜儲出物量各為多少（以100kmol/h進料計）解：以100kmol/h進料為基準，設丙酮包沸劑的用量為Skg,恰好與料液中的環(huán)己烷組成恒沸物，進料量和塔頂包沸物的量和組成分別為 F，D，XFi，xDio對環(huán)己烷作物料平衡Fxfi對環(huán)己烷作物料平衡FxfiD二―F1DXdi=FXfi. XD11000.498 ,, 二83kmol0.60恒沸劑S的用量為S=DxD3=83M0.40=33.2kmo1由于塔釜希望得到幾乎純凈的苯，W=W2=FXF2=100M0.502=50.2kmo1.已知A、B兩組分在壓力p=760mmhg下所形成的均相包沸物的組成Xa=0.65（摩爾分率），在恒沸溫度下純A組分的飽和蒸汽壓電效應507mmhg^B組分的飽和蒸氣壓為137mmhg求：a.在恒沸組成條件下的活度系數(shù)。b.該包沸物是最低溫度恒沸物還是最高溫度恒沸物？為什么?解:a.均相包沸物的特點760?071.502760?071.502b.該包沸物是正偏差最溫度的恒沸物，因為兩組分得活度系數(shù)皆為大于 1,故一定是正偏差物系.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:組分組成zi(mol%)Ki（t的單位為C）C30.23-0.75+0.06tC40.45-0.04+0.012tC50.32-0.17+0.01t上述混合物若溫度為77C,試分析是否有液相存在。解：混合物溫度77c時;Kc3=-0.75+0.0677=3.87Kc4=0.884 Kc5=0.6EKiXi=3.870.23+0.8840:56+0.60.33=1.583>1即Z2y/ki=0.23/3.87+0.56/0.884+0.33/0.6=1.77>1即Z2y/ki>1,T<TD混合物處于兩相區(qū)，固有液相存在.分離苯（B）、甲苯（T）和異丙苯（C）的精儲塔，塔頂采用全凝器。假設為恒摩爾流。相對揮發(fā)度obt=2.5,ott=1.0,oct=0.21,進料板上升蒸汽組成yB=0.35（mol）,y=0.20,yc=0.45。回流比 L/D=1.7，飽和液體回流。進料板上一級下流液體組成為 xB=0.24（mol），xT=0.18，xC=0.58。求進料板以上第 2板的上升蒸汽組成。解:根據(jù)精餾段物料衡算 V=L+D又有L/D=1.7L/V=1.7/2.7=0.630根據(jù)精餾段操作線方程 y=L/Vxi,j+D/Vxi,d=L/Vxi,j+（1-L/V）xi,dxD,B=0.537，xD,T=0.234，xD,C=0.229進料板上第一塊板上升蒸汽組成為 yi,j=aiXi,j/EijXi,jyb=0.6653，yT=0.1996,yc=0.1351根據(jù)精餾段操作線方程，進料板上第二快板下流液體組成Xb=0.74,XT=0.18,Xc=0.08進料板上第二快板上升蒸汽組成為 yB=0.904,yT=0.088，yC=0.008.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，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=0.13333t+5.46667;丙烷 k=0.06667+1.3333;正丁烷 k=0.02857t+0.08571（t的單位為℃）

解：（1）溫度NS=N^.n=20X25%=5Akn1-AK=Kn1 =0.9 6 人「、Ak -1 Ak6-10Ak9=0Ak=1.2034=1（舍去）L1 1Ak=—.——=1——=1.203 VKk Kk Kk=0.02857Mt+0.08571解得t=2609C各組分的平衡常數(shù)Ki=0.1333326.09=5.46667=8.945 K2=0.0666726.091.13333=2.873K3=0.0285726.090.08571=0.831吸收因子、吸收率以乙烷為例1K乙烷1K乙烷, 1C…=1 =0.1128.945A&烷"LA&烷_0.11251-0.112