分離工程試卷及答案

一、填空(每空2分,共20分)1.如果設(shè)計(jì)中給定數(shù)值的物理量的數(shù)目等于設(shè)計(jì)變量，設(shè)計(jì)才有成果。2.在最小回流比條件下，若只有重組分是非分派組分，輕組分為分派組分，存在著兩個(gè)恒濃區(qū)，出現(xiàn)在精鎦段和進(jìn)料板位置。3.在萃取精鎦中，當(dāng)原溶液非抱負(fù)性不大時(shí)，加入溶劑后，溶劑與組分1形成含有較強(qiáng)正偏差的非抱負(fù)溶液，與組分2形成負(fù)偏差或抱負(fù)溶液，可提高組分1對(duì)2的相對(duì)揮發(fā)度。4.化學(xué)吸取中用增強(qiáng)因子表達(dá)化學(xué)反映對(duì)傳質(zhì)速率的增強(qiáng)程度，增強(qiáng)因子E的定義是化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無(wú)化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)系數(shù)（k0L）。5.對(duì)普通的N級(jí)逆流裝置進(jìn)行變量分析，若組分?jǐn)?shù)為C個(gè)，建立的MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N(2C+3)個(gè)。6.熱力學(xué)效率定義為；實(shí)際的分離過(guò)程是不可逆的，因此熱力學(xué)效率必然于1。7.反滲入是運(yùn)用反滲入膜選擇性的只透過(guò)溶劑的性質(zhì)，對(duì)溶液施加壓力，克服溶劑的滲入壓，是一種用來(lái)濃縮溶液的膜分離過(guò)程。二、推導(dǎo)(20分)1.由物料衡算，相平衡關(guān)系式推導(dǎo)圖1單級(jí)分離基本關(guān)系式。式中：Ki——相平衡常數(shù)；——?dú)庀喾致剩怏w量/進(jìn)料量）。2.精餾塔第j級(jí)進(jìn)出物料如圖1，建立MESH方程。三、簡(jiǎn)答(每小題5分,共25分)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(xué)上看物系的自由焓最小；動(dòng)力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。Ki=yi/xi。核心組分的定義是什么；在精餾操作中，普通核心組分與非核心組分在頂、釜的分派狀況如何？由設(shè)計(jì)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(yán)格控制；HK絕大多數(shù)在塔釜出現(xiàn)，在頂中量嚴(yán)格控制；LNK全部或靠近全部在塔頂出現(xiàn)；HNK全部或靠近全部在塔釜出現(xiàn)。在吸取過(guò)程中，塔中每級(jí)汽、液流量為什么不能視為恒摩爾流？吸取為單相傳質(zhì)過(guò)程，吸取劑吸取了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過(guò)程中不停增加，氣體的流量對(duì)應(yīng)的減少，因此氣液相流量在塔內(nèi)都不能視為恒定。在精餾塔中設(shè)中間換熱器為什么會(huì)提高熱力學(xué)效率？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(duì)于無(wú)中間換熱器的精餾塔傳熱溫差小，熱力學(xué)效率高。反映精餾的重要優(yōu)點(diǎn)有那些？（1）產(chǎn)物一旦生成立刻移出反映區(qū)；（2）反映區(qū)反映物濃度高，生產(chǎn)能力大；（3）反映熱可由精餾過(guò)程運(yùn)用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用；（5）對(duì)于難分離物系通過(guò)反映分離成較純產(chǎn)品。四、計(jì)算(1、2題10分，3題15分，共35分)1.將含苯0.6（mol分?jǐn)?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℃已知：94℃時(shí)P10=152.56kPaP202.已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常壓、54℃下形成共沸物，共沸構(gòu)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?jǐn)?shù)），用不揮發(fā)的烴類(lèi)進(jìn)行吸取，已知吸取后丙烷的吸取率為81%，取丙烷在全塔的平均吸取因子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(lái)的2倍，此時(shí)丙烷的吸取率可達(dá)成多少。-第2學(xué)期考試參考答案（A）卷一、填空(每空2分,共20分)1.設(shè)計(jì)變量。2.精鎦段和進(jìn)料板。3.正；負(fù)偏差或抱負(fù)。4.化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無(wú)化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)系數(shù)（k0L5.NC+NC+2N+N=N(2C+3)。6.；小。7.溶劑；溶劑的滲入壓。推導(dǎo)(20分)1.設(shè)物料衡算式：(1)相平衡關(guān)系式：(2)(3)將（3）代入（1）整頓：(4)將（2）代入（1）整頓：(5)2．簡(jiǎn)答(每小題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(xué)上看物系的自由焓最?。粍?dòng)力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。Ki=yi/xi。2.由設(shè)計(jì)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(yán)格控制；HK絕大多數(shù)在塔釜出現(xiàn)，在頂中量嚴(yán)格控制；LNK全部或靠近全部在塔頂出現(xiàn)；HNK全部或靠近全部在塔釜出現(xiàn)。吸取為單相傳質(zhì)過(guò)程，吸取劑吸取了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過(guò)程中不停增加，氣體的流量對(duì)應(yīng)的減少，因此氣液相流量在塔內(nèi)都不能視為恒定。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(duì)于無(wú)中間換熱器的精餾塔傳熱溫差小，熱力學(xué)效率高。（1）產(chǎn)物一旦生成立刻移出反映區(qū)；（2）反映區(qū)反映物濃度高，生產(chǎn)能力大；（3）反映熱可由精餾過(guò)程運(yùn)用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用；（5）對(duì)于難分離物系通過(guò)反映分離成較純產(chǎn)品。四、計(jì)算(1、2題10分，3題15分，共35分)1.同時(shí)存在，為汽液平衡態(tài),滿(mǎn)足閃蒸條件。2.3.一、填空(每空2分,共20分)1.傳質(zhì)分離過(guò)程分為平衡分離過(guò)程和速率分離過(guò)程兩大類(lèi)。2.一種多組分系統(tǒng)達(dá)成相平衡的條件是全部相中的溫度、壓力相似，各相組分的逸度相似。3.在變量分析中，固定設(shè)計(jì)變量普通指進(jìn)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y～x圖中摘錄以下：x1=0.25時(shí)，y1=0.35；x1=0.8時(shí)，y1=0.62，該系統(tǒng)一定形成共沸物，這是由于在y-x圖中，平衡線與對(duì)角線相交（也可其它表達(dá)法）。5.三對(duì)角線矩陣法用于多組分多級(jí)分離過(guò)程嚴(yán)格計(jì)算時(shí)，以方程解離法為基礎(chǔ)，將MESH方程按類(lèi)型分為三組，即、、和。6.精鎦和吸取操作在傳質(zhì)過(guò)程上的重要差別是。7.在ABC三組分精餾中，有個(gè)分離方案。8.超濾是以壓力差為推動(dòng)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(duì)再沸器（圖1）進(jìn)行變量分析，得出：，回答對(duì)可調(diào)設(shè)計(jì)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(shí)活度系數(shù)與飽和蒸汽壓之間的關(guān)系可用式：表達(dá)。三、簡(jiǎn)答(每小題5分,共20分)常壓下分離苯、甲苯、二甲苯混合物，用活度系數(shù)法計(jì)算該物系相平衡常數(shù)K的簡(jiǎn)化形式是什么方程？并闡明理由。（提示：）在萃取精餾中，由相對(duì)揮發(fā)度體現(xiàn)式分析，為什么在加入萃取劑后會(huì)提高原溶液的相對(duì)揮發(fā)度？精餾過(guò)程的熱力學(xué)不可逆性重要由哪些因素引發(fā)？在固定床吸附過(guò)程中，什么是透過(guò)曲線？在什么狀況下，吸附劑失去吸附能力需再生？四、計(jì)算(1、2題15分，3題10分，共40分)1.已知某精鎦塔進(jìn)料構(gòu)成和操作條件下的平均相對(duì)揮發(fā)度以下：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(duì)非核心組分校核，計(jì)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，溶劑當(dāng)作不揮發(fā)組分，計(jì)算水的加入量。3.某氣體混合物含甲烷95％，正丁烷5％，現(xiàn)采用不揮發(fā)的烴油進(jìn)行吸取，油氣比為1∶1，進(jìn)塔溫度均為37℃已知該條件下：-第二學(xué)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(guò)程和速率分離過(guò)程。2.溫度、壓力相似，各相組分的逸度相似。3.進(jìn)料物流的變量和裝置的壓力。4.在y-x圖中，平衡線與對(duì)角線相交（也可其它表達(dá)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(zhì)，吸取為單向傳質(zhì)。7.2。8.粒徑不同。二、分析(20分)1．指定：溫度、熱負(fù)荷、氣化分率等之一均可。2.共沸時(shí)：三、簡(jiǎn)答1答：常壓下分離苯、甲苯、二甲苯混合物，為低壓下分子構(gòu)造相似物系，汽液相都為抱負(fù)系，有：2答：在萃取精餾中，原溶液汽相為抱負(fù)氣體，液相為非抱負(fù)溶液，對(duì)于特定物系，不可變化，要使只有增加，加S后可使?！嗉尤胼腿┖髸?huì)提高原溶液的相對(duì)揮發(fā)度。3答：壓差、溫差、濃度差。4答：當(dāng)流體通過(guò)固定床吸附器時(shí)，不同時(shí)間對(duì)應(yīng)流出物濃度變化曲線為透過(guò)曲線。對(duì)應(yīng)餾出物最大允許濃度時(shí)間為穿透點(diǎn)時(shí)間tb，達(dá)成穿透點(diǎn)時(shí)吸附劑失去吸附能力需再生。四、計(jì)算進(jìn)料量塔頂量進(jìn)料量塔頂量塔釜量A660B1716.150.85C3227.46544.5346D4504510049.615450.3846N=1.662.3.一、填空(每空2分,共20分)1.如果設(shè)計(jì)中給定數(shù)值的物理量的數(shù)目等于設(shè)計(jì)變量，設(shè)計(jì)才有成果。2.在最小回流比條件下，若只有重組分是非分派組分，輕組分為分派組分，存在著兩個(gè)恒濃區(qū)，出現(xiàn)在精鎦段和進(jìn)料板位置。3.在萃取精鎦中，當(dāng)原溶液非抱負(fù)性不大時(shí)，加入溶劑后，溶劑與組分1形成含有較強(qiáng)正偏差的非抱負(fù)溶液，與組分2形成負(fù)偏差或抱負(fù)溶液，可提高組分1對(duì)2的相對(duì)揮發(fā)度。4.化學(xué)吸取中用增強(qiáng)因子表達(dá)化學(xué)反映對(duì)傳質(zhì)速率的增強(qiáng)程度，增強(qiáng)因子E的定義是化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無(wú)化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)系數(shù)（k0L）。5.對(duì)普通的N級(jí)逆流裝置進(jìn)行變量分析，若組分?jǐn)?shù)為C個(gè)，建立的MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N(2C+3)個(gè)。6.熱力學(xué)效率定義為.；實(shí)際的分離過(guò)程是不可逆的，因此熱力學(xué)效率必然小于1。7.反滲入是運(yùn)用反滲入膜選擇性的只透過(guò)溶劑的性質(zhì)，對(duì)溶液施加壓力，克服溶劑的滲入壓，是一種用來(lái)濃縮溶液的膜分離過(guò)程。二、推導(dǎo)(20分)1.由物料衡算，相平衡關(guān)系式推導(dǎo)圖1單級(jí)分離基本關(guān)系式。式中：Ki相平衡常數(shù)；氣相分率（氣體量/進(jìn)料量）。2.精餾塔第j級(jí)進(jìn)出物料如圖1，建立MESH方程。三、簡(jiǎn)答(每小題5分,共25分)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(xué)上看物系的自由焓最?。粍?dòng)力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。Ki=yi/xi。核心組分的定義是什么；在精餾操作中，普通核心組分與非核心組分在頂、釜的分派狀況如何？由設(shè)計(jì)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(yán)格控制；HK絕大多數(shù)在塔釜出現(xiàn)，在頂中量嚴(yán)格控制；LNK全部或靠近全部在塔頂出現(xiàn)；HNK全部或靠近全部在塔釜出現(xiàn)。在吸取過(guò)程中，塔中每級(jí)汽、液流量為什么不能視為恒摩爾流？吸取為單相傳質(zhì)過(guò)程，吸取劑吸取了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過(guò)程中不停增加，氣體的流量對(duì)應(yīng)的減少，因此氣液相流量在塔內(nèi)都不能視為恒定。在精餾塔中設(shè)中間換熱器為什么會(huì)提高熱力學(xué)效率？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(duì)于無(wú)中間換熱器的精餾塔傳熱溫差小，熱力學(xué)效率高。5反映精餾的重要優(yōu)點(diǎn)有那些？（1）產(chǎn)物一旦生成立刻移出反映區(qū)；（2）反映區(qū)反映物濃度高，生產(chǎn)能力大；（3）反映熱可由精餾過(guò)程運(yùn)用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用；（5）對(duì)于難分離物系通過(guò)反映分離成較純產(chǎn)品。四、計(jì)算(1、2題10分，3題15分，共35分)1.將含苯0.6（mol分?jǐn)?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(jì)算成果闡明該溫度能否滿(mǎn)足閃蒸規(guī)定？已知：94℃時(shí)P10=152.56kPaP20=61.59kPa2.已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常壓、54℃下形成共沸物，共沸構(gòu)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?jǐn)?shù)），用不揮發(fā)的烴類(lèi)進(jìn)行吸取，已知吸取后丙烷的吸取率為81%，取丙烷在全塔的平均吸取因子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(lái)的2倍，此時(shí)丙烷的吸取率可達(dá)成多少。-第2學(xué)期考試參考答案（A）卷推導(dǎo)(20分)1.設(shè)物料衡算式：(1)相平衡關(guān)系式：(2)(3)將（3）代入（1）整頓：(4)將（2）代入（1）整頓：(5)2．四、計(jì)算(1、2題10分，3題15分，共35分)1.同時(shí)存在，為汽液平衡態(tài),滿(mǎn)足閃蒸條件。、2.3.一、填空(每空2分,共20分)1.傳質(zhì)分離過(guò)程分為平衡分離過(guò)程和速率分離過(guò)程兩大類(lèi)。2.一種多組分系統(tǒng)達(dá)成相平衡的條件是全部相中的溫度、壓力相似，各相組分的逸度相似。3.在變量分析中，固定設(shè)計(jì)變量普通指進(jìn)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y～x圖中摘錄以下：x1=0.25時(shí)，y1=0.35；x1=0.8時(shí)，y1=0.62，該系統(tǒng)一定形成共沸物，這是由于在y-x圖中，平衡線與對(duì)角線相交（也可其它表達(dá)法）。5.三對(duì)角線矩陣法用于多組分多級(jí)分離過(guò)程嚴(yán)格計(jì)算時(shí)，以方程解離法為基礎(chǔ)，將MESH方程按類(lèi)型分為三組，即修正的M方程、S方程、和修正的H方程6.精鎦和吸取操作在傳質(zhì)過(guò)程上的重要差別是精餾為雙向傳質(zhì)，吸取為單向傳質(zhì)7.在ABC三組分精餾中，有2個(gè)分離方案。8.超濾是以壓力差為推動(dòng)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(duì)再沸器（圖1）進(jìn)行變量分析，得出：，回答對(duì)可調(diào)設(shè)計(jì)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(shí)活度系數(shù)與飽和蒸汽壓之間的關(guān)系可用式：表達(dá)。三、簡(jiǎn)答(每小題5分,共20分)常壓下分離苯、甲苯、二甲苯混合物，用活度系數(shù)法計(jì)算該物系相平衡常數(shù)K的簡(jiǎn)化形式是什么方程？并闡明理由。（提示：）2在萃取精餾中，由相對(duì)揮發(fā)度體現(xiàn)式分析，為什么在加入萃取劑后會(huì)提高原溶液的相對(duì)揮發(fā)度？3精餾過(guò)程的熱力學(xué)不可逆性重要由哪些因素引發(fā)？4在固定床吸附過(guò)程中，什么是透過(guò)曲線？在什么狀況下，吸附劑失去吸附能力需再生？四、計(jì)算(1、2題15分，3題10分，共40分)1.已知某精鎦塔進(jìn)料構(gòu)成和操作條件下的平均相對(duì)揮發(fā)度以下：組分ABC