分离工程简答

四、简答题1、何为分离工程？分离工程的分类？答：分离工程是研究分离过程中分离设备的共性规律，分离与提纯的科学，研究和处理传质分离过程的开发和设计中遇到的工程问题，包括适宜分离方法的选择，分离流程和操作条件的确定和优化。包括分析分离，制备分离和工业分离三大类。2、何为分离过程？分离过程的分类？（机械分离，传质分离，平衡分离，速率分离等）答：分离过程是将一混合物转变为组成互不相同的两种或几种产品的那些操作，按分离过程中有无物质传递现象发生可分为机械分离过程和传质分离过程。机械分离：对象为非均相混合物，用机械法将非均相物系分离，而相间并无物质传递发生。传质分离过程是相间有质量传递现象的分离，分为平衡分离和速率分离两大类。平衡分离可分为如下几类：气液传质过程:如吸收、气体的增湿和减湿汽液传质过程:如液体的蒸馏和精馏液液传质过程:如萃取液固传质过程:如结晶、浸取、吸附、离子交换、色层分离、参数泵分离等气固传质过程:如固体干燥、吸附等速率分离可分为膜分离和场分离两大类。3、什么是相平衡？达到相平衡的条件是什么？答：所谓相平衡指的是混合物或溶液形成若干相，这些相保持物理平衡而共存的状态。平衡状态可以分成热量、机械和化学位平衡。任一物质在气液两相中同时并存的平衡条件是该物质在两相中的温度相等；气相和液相之间的力达到平衡，即压力相等；且化学位相等。同理可证对多相系统的相平衡条件为任一组分在各相中的温度、压力、化学位相等。相平衡条件4、相平衡常数Ki如何计算？答：（1）状态方程法ΦiLΦiv可用同时适用于汽液两相状态方程来计算（2）活度系数法5、同一物系的恒沸温度与组成随压力的不同而异，对某些系统可采用变压精馏的方法分离。已知乙醇（1）－水（2）系统，在常压下（101.3KPa），形成均相恒沸物，恒沸温度为78.15℃时，有饱和蒸气压p10=0.0973MPa，p20=0.0440MPa，问：该恒沸物是最低温度恒沸物还是最高温度恒沸物？为什么？LiViLiViffˆˆViLiiiixyKˆˆViLiiiiipfxyKˆ06、醋酸甲酯（1）和甲醇（2）混合物系的范拉尔数（用ln表示）为A12=1.029，A21=0.946，在54℃时，纯组分的饱和蒸气压数据分别为P10=677mmHg，P20=495mmHg。试判断：（1）在54℃时有无恒沸物？（2）形成什么样的恒沸物？7、已知A、B两组分在压力p=760mmHg下所形成的均相恒沸物的组成xA=0.65（摩尔分率），在恒沸温度下纯A组分的饱和蒸汽压为507mmHg，纯B组分的饱和蒸气压为137mmHg。求：（1）在恒沸组成条件下的活度系数；（2）该恒沸物是最低温度恒沸物还是最高温度恒沸物？为什么？8、萃取精馏塔如果不设回收段，把萃取剂与塔顶回流同时都从塔顶打入塔内，将会产生什么后果，为什么？答：在萃取精馏塔如果不设回收段，将会使入塔顶的萃取剂得不到回收，塔顶产品夹带萃取剂，从而影响产品的纯度，使塔顶得不到纯净的产品。9、反应精馏的概念和特点是什么？答：化工生产中，反应和分离两种操作通常分别在两类单独的设备中进行。若能将两者结合起来，在一个设备中同时进行，将反应生成的产物或中间产物及时分离，则可以提高产品的收率，同时又可利用反应热供产品分离，达到节能的目的。反应精馏就是在进行反应的同时用精馏方法分离出产物的过程。特点：1.破坏了可逆反应平衡，增加了反应的选择性和转化率，使反应速度提高，从而提高了生产能力。2.精馏过程可以利用反应热，节省了能量。3.反应器和精馏塔合成一个设备，节省投资。4.对某些难分离的物系，可以获得较纯的产品。10、温度如何影响吸收？强化吸收的途径有哪些？答：操作温度上升，亨利系数和相平衡常数都将增大，使吸收推动力减小，气相中吸收质的溶解度将减小。显然增加温度对吸收不利。温度增加使吸收因子减小，当塔板数一定时，吸收率将减小，或当吸收率一定时，所需的塔板数将增多。因此一般情况下，降低吸收温度可提高吸收效果。但实际中，应根据具体情况，选择适宜的操作温度。由传质速率方程式G=Ky*F*Δy可知，要强化吸收操作，即要在一定的容积设备内，增大传质系数Ky、气液相际接触面积F和推动力Δy。11、何为吸收因子？答：在计算吸收设备时，需要对吸收组分作气、液两相的物料衡算，所得出在气、液相浓度的关系式称为操作线方程。另外还须求得两相的相平衡方程式。把操作线方程的斜率与相平衡方程的斜率之比定义为吸收因子。12、何为超临界萃取？超临界流体的概念和特性？答：超临界流体是指温度和压力处于临界点以上的流体，具有气液两相的双重特点，即既具有与气体相当的扩散系数和低粘度，又具有和液体相近的密度和对物质良好的溶解能力，可以通过改变体系的温度和压力来调节组分溶解度。超临界流体应具备的条件：（1）对被萃取溶质有良好的溶解能力和选择性（2)临界温度应接近室温或操作温度（3)临界压力低以降低压缩动力（4)化学性质稳定，对设备无腐蚀性（5)价廉易得常用超临界流体：CO2C2H6C2H4C3H8C3H6等CO2：TC=31.05℃,PC=7.37MPa；最常用依据超临界流体对溶质的溶解度会随操作条件的改变而改变，即在较高压力下使溶质溶解于超临界流体中，然后使温度升高或者压力降低，使溶质因超临界流体的密度下降，溶解度降低而析出，从而得到分离。13、何为膜分离？何为反渗透？何为浓差极化？答：膜分离是利用液体中各组分对膜的渗透速率的差别而实现组分分离的单元操作。是用天然或人工合成膜，以外界能量或化学位差或电位差作推动力，对混合物进行分离、提纯和富集的方法。特点为：（1）不发生相变，能耗低。（2）常温操作，适用于热敏感物质。（3）膜分离技术适用范围广（4）膜分离装置简单，易控制。反渗透又称逆渗透，一种以压力差为推动力，从溶液中分离出溶剂的膜分离操作。因为它和自然渗透的方向相反，故称反渗透。根据各种物料的不同渗透压，就可以使用大于渗透压的反渗透压力，即反渗透法，达到分离、提取、纯化和浓缩的目的。表达式N=Kh(Δp－Δπ)，适用领域范围：海水、苦咸水的淡水；水的软化处理。溶质在膜表面的浓度高于在料液主体中的浓度，这种现象称为浓差极化。由于浓差极化，可导致溶质截留率的下降和水的渗透压的增高，使过程有效压差减小，使渗透通量降低。可采用提高料液流速、提高温度等措施减少浓差极化。14、什么是设计变量，如何通过各单元设计变量确定装置的设计变量？15、对一绝热操作的简单平衡级，试分别将离开平衡级的两个物料视为单相物流和相平衡的两相物流计算其设计变量。16、分析普通精馏塔的设计变量数，塔顶为全凝器，塔釜有再沸器，塔内无压力降。17、在萃取精馏塔中，萃取剂的进料位置如何确定，为什么？答：在进料板之上，与塔顶保持有若干块塔板，溶剂的沸点比被分离组分高，那样可以使塔内维持较高的溶剂浓度及起回收溶剂的作用。18、什么是清晰分割法和非清晰分割法？叙述其原理？答;清晰分割法:若两关键组分的挥发度相差较大，且两者为相邻组分，此时可认为比重关键组分还重的组分全部从塔釜排除，在塔顶产品中含量极小，可以忽略；比关键组分还轻的组分全部从塔顶蒸出，在塔釜中含量极小，可以忽略。非清晰分割法:若两关键组分的挥发度相差不大，或两关键组分不是相邻组分，则比重关键组分还重的组分在塔顶有微量存在，比轻关键组分还轻的组分在塔釜有微量存在。19、当吸收效果不好时,能否用增加塔板数来提高吸收效率，为什么？答：不能，吸收过程是在塔顶，塔釜进行的，吸收塔的理论级数不需要很多，增加塔级数对吸收效率的影响并不大。20、说明超临界萃取的原理并画出其流程。答：依据超临界流体对溶质的溶解度会随操作条件的改变而改变，即在较高压力下使溶质溶解于超临界流体中，然后使温度升高或者压力降低，使溶质因超临界流体的密度下降，溶解度降低而析出，从而得到分离。21说明吸收解吸作用发生的条件和吸收过程的限度？答：吸收：溶质由气相溶于液相，PiPi*,yiyi*解吸：溶质由液相转入气相，PiPi*,yiyi*吸收过程的限度塔釜：yi,N+1/ki≥Xi,N,确定了吸收液中组分的最大浓度塔顶：yi,1≥kiXi,0,规定了设计回收塔的分离要求或尾气中i组分的最小浓度。