《化工分离工程》试卷及答案

1一、填空(每空2分,共20分)1.如果设计中给定数值的物理量的数目等于设计变量，设计才有结果。2.在最小回流比条件下，若只有重组分是非分配组分，轻组分为分配组分，存在着两个恒浓区，出现在精镏段和进料板位置。3.在萃取精镏中，当原溶液非理想性不大时，加入溶剂后，溶剂与组分1形成具有较强正偏差的非理想溶液，与组分2形成负偏差或理想溶液，可提高组分1对2的相对挥发度。4.化学吸收中用增强因子表示化学反应对传质速率的增强程度，增强因子E的定义是化学吸收的液相分传质系数（kL）/无化学吸收的液相分传质系数（k0L）。5.对普通的N级逆流装置进行变量分析，若组分数为C个，建立的MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N(2C+3)个。6.热力学效率定义为；实际的分离过程是不可逆的，所以热力学效率必定于1。7.反渗透是利用反渗透膜选择性的只透过溶剂的性质，对溶液施加压力，克服溶剂的渗透压，是一种用来浓缩溶液的膜分离过程。二、推导(20分)1.由物料衡算，相平衡关系式推导图1单级分离基本关系式。1(1)0(1)1ciiiizKK式中：Ki——相平衡常数；——气相分率（气体量/进料量）。2.精馏塔第j级进出物料如图1，建立MESH方程。2三、简答(每题5分,共25分)1.什么叫相平衡？相平衡常数的定义是什么？由混合物或溶液形成若干相，这些相保持物理平衡而共存状态。热力学上看物系的自由焓最小；动力学上看相间表观传递速率为零。Ki=yi/xi。2.关键组分的定义是什么；在精馏操作中，一般关键组分与非关键组分在顶、釜的分配情况如何？由设计者指定浓度或提出回收率的组分。LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制；LNK全部或接近全部在塔顶出现；HNK全部或接近全部在塔釜出现。3.在吸收过程中，塔中每级汽、液流量为什么不能视为恒摩尔流？吸收为单相传质过程，吸收剂吸收了气体中的溶质而流量在下降过程中不断增加，气体的流量相应的减少，因此气液相流量在塔内都不能视为恒定。4.在精馏塔中设中间换热器为什么会提高热力学效率？在中间再沸器所加入的热量其温度低于塔底加入热量的温度，在中间冷凝器所引出的热量其温度高于塔顶引出热量的温度，相对于无中间换热器的精馏塔传热温差小，热力学效率高。5.反应精馏的主要优点有那些？（1）产物一旦生成立即移出反应区；（2）反应区反应物浓度高，生产能力大；（3）反应热可由精馏过程利用；（4）节省设备投资费用；（5）对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。四、计算(1、2题10分，3题15分，共35分)1.将含苯0.6（mol分数）的苯（1）—甲苯（2）混合物在101.3kPa下绝热闪蒸，若闪蒸温度为94℃，用计算结果说明该温度能否满足闪蒸要求？已知：94℃时P10=152.56kPaP20=61.59kPa2.已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常压、54℃下形成共沸物，共沸组成X2=0.65(mol分率),在此条件下：kPaPkPap98.65,24.900201求该系统的活度系数。3.气体混合物含乙烷0.50、丙烷0.4、丁烷0.1（均为摩尔分数），用不挥发的烃类进行吸收，已知吸收后丙烷的吸收率为81%，取丙烷在全塔的平均吸收因子A=1.26，求所需理论板数；若其它条件不变，提高平均液汽比到原来的2倍，此时丙烷的吸收率可达到多少。32006-2007学年第2学期考试参考答案（A）卷一、填空(每空2分,共20分)1.设计变量。2.精镏段和进料板。3.正；负偏差或理想。4.化学吸收的液相分传质系数（kL）/无化学吸收的液相分传质系数（k0L）。5.NC+NC+2N+N=N(2C+3)。6.）（－净分离WB；小。7.溶剂；溶剂的渗透压。二、推导(20分)1.设VF气化分率物料衡算式：1iiiiiFzLxVyFxFy＝（－）(1)相平衡关系式：iiiyKx(2)iiixKy(3)将（3）代入（1）(1)iiiizxKx整理：1(1)iiizxK(4)将（2）代入（1）(1)iiiiKzyy整理：1(1)iiiiKzyK(5)ciiiiciiciiKvKzxy1111)1()1(2．,1,11,1,,,,,,,,1,11111,()()001.001.00()()0MijjijjijjijjjijjjijEijijijijCSYjijiCSXjijiHjjjjjjFjjjjjjjjGLxVyFzLUxVWyGyKxGyGxGLhVHFHLUhVWHQ三、简答(每题5分,共25分)1.由混合物或溶液形成若干相，这些相保持物理平衡而共存状态。热力学上看物系的自由焓最小；动力学上看相间表观传递速率为零。Ki=yi/xi。2.由设计者指定浓度或提出回收率的组分。LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制；LNK全部或接近全部在塔顶出现；HNK全部或接近全部在塔釜出现。2.吸收为单相传质过程，吸收剂吸收了气体中的溶质而流量在下降过程中不断增加，气体的流量相应的减少，因此气液相流量在塔内都不能视为恒定。3.在中间再沸器所加入的热量其温度低于塔底加入热量的温度，在中间冷凝器所引出的热量其温度高于塔顶引出热量的温度，相对于无中间换热器的精馏塔传热温差小，热力学效率高。4.（1）产物一旦生成立即移出反应区；（2）反应区反应物浓度高，生产能力大；（3）反应热可由精馏过程利用；（4）节省设备投资费用；（5）对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。四、计算(1、2题10分，3题15分，共35分)1.105637.1;11468.1iiiikzzk同时存在，为汽液平衡态,满足闪蒸条件。2.45353.198.653.1011206.124.903.10102201120210122021101ppppppxpxpp3.95.0)1()(52.226.12)2(73.2126.1lg81.0181.026.1lg1lg1lg)1(11NNAAAAAAN06.10104924.05446.018928.0lg)15.00428.0lg(1lg1lg12.11AANAK一、填空(每空2分,共20分)1.传质分离过程分为平衡分离过程和速率分离过程两大类。2.一个多组分系统达到相平衡的条件是所有相中的温度、压力相同，各相组分的逸度相同。3.在变量分析中，固定设计变量通常指进料物流的变量和装置的压力。4.某二元系常压下汽液平衡数据在y～x图中摘录如下：x1=0.25时，y1=0.35；x1=0.8时，y1=0.62，该系统一定形成共沸物，这是因为在y-x图中，平衡线与对角线相交（也可其它表示法）。5.三对角线矩阵法用于多组分多级分离过程严格计算时，以方程解离法为基础，将MESH方程按类型分为三组，即、、和。6.精镏和吸收操作在传质过程上的主要差别是。7.在ABC三组分精馏中，有个分离方案。8.超滤是以压力差为推动力，按粒径不同选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。二、分析(20分)1．对再沸器（图1）进行变量分析，得出：vcixaNNNNN、、、、，回答对可调设计变量如何指定。52.溶液中1，2组分形成均相共沸物，分析共沸时活度系数与饱和蒸汽压之间的关系可用式：010221pp表示。三、简答(每题5分,共20分)1.常压下分离苯、甲苯、二甲苯混合物，用活度系数法计算该物系相平衡常数K的简化形式是什么方程？并说明理由。（提示：]RT)pp(vexp[ppxyKsiLi,mvisisiiiii）2.在萃取精馏中，由相对挥发度表达式分析，为什么在加入萃取剂后会提高原溶液的相对挥发度？3.精馏过程的热力学不可逆性主要由哪些原因引起？4.在固定床吸附过程中，什么是透过曲线？在什么情况下，吸附剂失去吸附能力需再生？四、计算(1、2题15分，3题10分，共40分)1.已知某精镏塔进料组成和操作条件下的平均相对挥发度如下：组分ABCD摩尔分率0.060.170.320.451.00均)(ic2.581.991.000.84已知塔顶B的回收率为95％，塔釜C的浓度为0.9，按清晰分割法物料衡算；不对非关键组分校核，计算最少理论板数。2.用水萃取精馏醋酸甲酯（1）与甲醇（2）二组分溶液，若XS=0.8，馏出液量为100kmol/h，且馏出液中不含水，回流比取1.1，溶剂看成不挥发组分，计算水的加入量。3.某气体混合物含甲烷95％，正丁烷5％，现采用不挥发的烃油进行吸收，油气比为1∶1，进塔温度均为37℃，吸收塔压力为304kPa,今要从气体中吸收80％的丁烷，求所需理论板数。已知该条件下：12.1＝丁烷K62006-2007学年第二学期考试参考答案（B）卷一、填空(每空2分,共20分)1.平衡分离过程和速率分离过程。2.温度、压力相同，各相组分的逸度相同。3.进料物流的变量和装置的压力。4.在y-x图中，平衡线与对角线相交（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.精馏为双向传质，吸收为单向传质。7.2。8.粒径不同。二、分析(20分)1．3(2)1371223(37)(23)4(2)13(4)(3)1vcixaNCCNCNCCCNCCNCC：方程数目物料平衡式C热量平衡式相平衡方程式C两相T、P相等合计：指定：温度、热负荷、气化分率等之一均可。2.共沸时：）理想气体，非理想溶液(122112112ppppkksssspp1221＝三、简答1答：常压下分离苯、甲苯、二甲苯混合物，为低压下分子结构相似物系，汽液相都为理想系，有：ppxyKRTppvsiiiisiLimsisii1])(exp[,1ˆ,1,1,2答：在萃取精馏中，原溶液,112汽相为理想气体，液相为非理想溶液，,1212112sspp对于特定物系，sspp21不可改变，要使,112只有21增加，加S后可使)()(2121s。∴加入萃取剂后会提高原溶液的相对挥发度。3答：压差、温差、浓度差。4答：当流体通过固定床吸附器时，不同时间对应流出物浓度变化曲线为透过曲线。对应馏出物最大允许浓度时间为穿透点时间tb，到达穿透点时吸附剂失去吸附能力需再生。四、计算1N=1.662.hkmolSSSsSSRDSxS/440888.08.01001.13.进料量塔顶量塔釜量A660B1716.150.85C3227.46544.5346D4504510049.615450.3846