分離工程試卷及答案

一、填空(每空2分,共20分)1.如果設(shè)計中給定數(shù)值的物理量的數(shù)目等于設(shè)計變量，設(shè)計才有成果。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，當原溶液非抱負性不大時，加入溶劑后，溶劑與組分1形成含有較強正偏差的非抱負溶液，與組分2形成負偏差或抱負溶液，可提高組分1對2的相對揮發(fā)度。4.化學(xué)吸取中用增強因子表達化學(xué)反映對傳質(zhì)速率的增強程度，增強因子E的定義是化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)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，建立的MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N(2C+3)個。6.熱力學(xué)效率定義為；實際的分離過程是不可逆的，因此熱力學(xué)效率必然于1。7.反滲入是運用反滲入膜選擇性的只透過溶劑的性質(zhì)，對溶液施加壓力，克服溶劑的滲入壓，是一種用來濃縮溶液的膜分離過程。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)。在吸取過程中，塔中每級汽、液流量為什么不能視為恒摩爾流？吸取為單相傳質(zhì)過程，吸取劑吸取了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過程中不停增加，氣體的流量對應(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，相對于無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）反映熱可由精餾過程運用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費用；（5）對于難分離物系通過反映分離成較純產(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℃已知：94℃時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（均為摩爾分數(shù)），用不揮發(fā)的烴類進行吸取，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的2倍，此時丙烷的吸取率可達成多少。-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)計變量。2.精鎦段和進料板。3.正；負偏差或抱負。4.化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無化學(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小；動力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。Ki=yi/xi。2.由設(shè)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)過程，吸取劑吸取了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過程中不停增加，氣體的流量對應(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，相對于無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）反映熱可由精餾過程運用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費用；（5）對于難分離物系通過反映分離成較純產(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。2.3.一、填空(每空2分,共20分)1.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。2.一種多組分系統(tǒng)達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)計變量普通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y～x圖中摘錄以下：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，這是由于在y-x圖中，平衡線與對角線相交（也可其它表達法）。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(chǔ)，將MESH方程按類型分為三組，即、、和。6.精鎦和吸取操作在傳質(zhì)過程上的重要差別是。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(diào)設(shè)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(guān)系可用式：表達。三、簡答(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)法計算該物系相平衡常數(shù)K的簡化形式是什么方程？并闡明理由。（提示：）在萃取精餾中，由相對揮發(fā)度體現(xiàn)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？精餾過程的熱力學(xué)不可逆性重要由哪些因素引發(fā)？在固定床吸附過程中，什么是透過曲線？在什么狀況下，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.已知某精鎦塔進料構(gòu)成和操作條件下的平均相對揮發(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；不對非核心組分校核，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，溶劑當作不揮發(fā)組分，計算水的加入量。3.某氣體混合物含甲烷95％，正丁烷5％，現(xiàn)采用不揮發(fā)的烴油進行吸取，油氣比為1∶1，進塔溫度均為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.平衡分離過程和速率分離過程。2.溫度、壓力相似，各相組分的逸度相似。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（也可其它表達法）。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，為低壓下分子構(gòu)造相似物系，汽液相都為抱負系，有：2答：在萃取精餾中，原溶液汽相為抱負氣體，液相為非抱負溶液，對于特定物系，不可變化，要使只有增加，加S后可使。∴加入萃取劑后會提高原溶液的相對揮發(fā)度。3答：壓差、溫差、濃度差。4答：當流體通過固定床吸附器時，不同時間對應(yīng)流出物濃度變化曲線為透過曲線。對應(yīng)餾出物最大允許濃度時間為穿透點時間tb，達成穿透點時吸附劑失去吸附能力需再生。四、計算進料量塔頂量進料量塔頂量塔釜量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)計中給定數(shù)值的物理量的數(shù)目等于設(shè)計變量，設(shè)計才有成果。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，當原溶液非抱負性不大時，加入溶劑后，溶劑與組分1形成含有較強正偏差的非抱負溶液，與組分2形成負偏差或抱負溶液，可提高組分1對2的相對揮發(fā)度。4.化學(xué)吸取中用增強因子表達化學(xué)反映對傳質(zhì)速率的增強程度，增強因子E的定義是化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無化學(xué)吸取的液相分傳質(zhì)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，建立的MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N(2C+3)個。6.熱力學(xué)效率定義為.；實際的分離過程是不可逆的，因此熱力學(xué)效率必然小于1。7.反滲入是運用反滲入膜選擇性的只透過溶劑的性質(zhì)，對溶液施加壓力，克服溶劑的滲入壓，是一種用來濃縮溶液的膜分離過程。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?。粍恿W(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)。在吸取過程中，塔中每級汽、液流量為什么不能視為恒摩爾流？吸取為單相傳質(zhì)過程，吸取劑吸取了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過程中不停增加，氣體的流量對應(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，相對于無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）反映熱可由精餾過程運用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費用；（5）對于難分離物系通過反映分離成較純產(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℃，用計算成果闡明該溫度能否滿足閃蒸規(guī)定？已知：94℃時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（均為摩爾分數(shù)），用不揮發(fā)的烴類進行吸取，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的2倍，此時丙烷的吸取率可達成多少。-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。、2.3.一、填空(每空2分,共20分)1.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。2.一種多組分系統(tǒng)達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)計變量普通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y～x圖中摘錄以下：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，這是由于在y-x圖中，平衡線與對角線相交（也可其它表達法）。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(chǔ)，將MESH方程按類型分為三組，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(diào)設(shè)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(guān)系可用式：表達。三、簡答(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)法計算該物系相平衡常數(shù)K的簡化形式是什么方程？并闡明理由。（提示：）2在萃取精餾中，由相對揮發(fā)度體現(xiàn)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(xué)不可逆性重要由哪些因素引發(fā)？4在固定床吸附過程中，什么是透過曲線？在什么狀況下，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.已知某精鎦塔進料構(gòu)成和操作條件下的平均相對揮發(fā)度以下：組分ABC