《分離工程》試卷及答案

1、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)才有結(jié)果。2. 在最小回流比條件下，若只有重組分是非分配組分，輕組分為分配組分，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)原溶液非理想性不大時(shí)，加入溶劑后，溶劑與組分1形成具有較強(qiáng) 正 偏差的非理想溶液，與組分2形成 負(fù)偏差或理想 溶液 ，可提高組分1對(duì)2的相對(duì)揮發(fā)度。4. 化學(xué)吸收中用增強(qiáng)因子表示化學(xué)反應(yīng)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)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無(wú)化學(xué)吸收的液相分傳質(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

2、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，所以熱力學(xué)效率必定 于1。7. 反滲透是利用反滲透膜選擇性的只透過(guò) 溶劑 的性質(zhì)，對(duì)溶液施加壓力，克服 溶劑的滲透壓 ，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(每題5分,共25分)1. 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

3、的自由焓最?。粍?dòng)力學(xué)上看相間表觀(guān)傳遞速率為零。Ki=yi/xi 。2. 關(guān)鍵組分的定義是什么；在精餾操作中，一般關(guān)鍵組分與非關(guān)鍵組分在頂、釜的分配情況如何？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全部或接近全部在塔頂出現(xiàn)；HNK全部或接近全部在塔釜出現(xiàn)。3. 在吸收過(guò)程中，塔中每級(jí)汽、液流量為什么不能視為恒摩爾流？吸收為單相傳質(zhì)過(guò)程，吸收劑吸收了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過(guò)程中不斷增加，氣體的流量相應(yīng)的減少，因此氣液相流量在塔內(nèi)都不能視為恒定。4. 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

4、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. 反應(yīng)精餾的主要優(yōu)點(diǎn)有那些？（1）產(chǎn)物一旦生成立即移出反應(yīng)區(qū)；（2）反應(yīng)區(qū)反應(yīng)物濃度高，生產(chǎn)能力大；（3）反應(yīng)熱可由精餾過(guò)程利用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用；（5）對(duì)于難分離物系通過(guò)反應(yīng)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)算結(jié)果說(shuō)明該溫度能否滿(mǎn)足閃蒸要求？ 已知：94時(shí)P10=152.56kPa P20=61.59k

5、Pa 2. 已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常壓、54下形成共沸物，共沸組成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)行吸收，已知吸收后丙烷的吸收率為81%，取丙烷在全塔的平均吸收因子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)丙烷的吸收率可達(dá)到多少。2006-2007學(xué)年第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)偏差或理想。4. 化學(xué)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無(wú)化學(xué)吸收的液相

6、分傳質(zhì)系數(shù)（k0L）。5. NC+NC+2N+N=N(2C+3) 。6. ； 小 。7. 溶劑 ；溶劑的滲透壓 。二、 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） 整理： (4) 將（2）代入（1） 整理： (5)2 三、 簡(jiǎn)答(每題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??；動(dòng)力學(xué)上看相間表觀(guān)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全部或接近全部在塔頂出現(xiàn)；HN

7、K全部或接近全部在塔釜出現(xiàn)。2. 吸收為單相傳質(zhì)過(guò)程，吸收劑吸收了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過(guò)程中不斷增加，氣體的流量相應(yīng)的減少，因此氣液相流量在塔內(nèi)都不能視為恒定。3. 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。4. （1）產(chǎn)物一旦生成立即移出反應(yīng)區(qū)；（2）反應(yīng)區(qū)反應(yīng)物濃度高，生產(chǎn)能力大；（3）反應(yīng)熱可由精餾過(guò)程利用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用；（5）對(duì)于難分離物系通過(guò)反應(yīng)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

8、.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. 一個(gè)多組分系統(tǒng)達(dá)到相平衡的條件是所有相中的 溫度、壓力相同，各相組分的逸度相同 。3. 在變量分析中，固定設(shè)計(jì)變量通常指進(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yx圖中摘錄如下：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，這是因?yàn)樵趛-x圖中，平衡線(xiàn)與對(duì)角線(xiàn)相交 （也可其它表示法） 。5. 三對(duì)角線(xiàn)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. 精鎦和吸收操作在傳

9、質(zhì)過(guò)程上的主要差別是 。7. 在A(yíng)BC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：表示。三、簡(jiǎn)答(每題5分,共20分)1. 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？并說(shuō)明理由。（提示：）2. 在萃取精餾中，由相對(duì)揮發(fā)度表達(dá)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

10、性主要由哪些原因引起？4. 在固定床吸附過(guò)程中，什么是透過(guò)曲線(xiàn)？在什么情況下，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)料組成和操作條件下的平均相對(duì)揮發(fā)度如下：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)非關(guān)鍵組分校核，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，溶劑看成不揮發(fā)組分，計(jì)算水的加入量。3. 某氣體混合

11、物含甲烷95，正丁烷5，現(xiàn)采用不揮發(fā)的烴油進(jìn)行吸收，油氣比為11，進(jìn)塔溫度均為37，吸收塔壓力為304kPa, 今要從氣體中吸收80的丁烷，求所需理論板數(shù)。已知該條件下：2006-2007學(xué)年第二學(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、壓力相同，各相組分的逸度相同。3. 進(jìn)料物流的變量和裝置的壓力 。4. 在y-x圖中，平衡線(xiàn)與對(duì)角線(xiàn)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. 精餾為雙向傳質(zhì)，吸收為單向傳質(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

12、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，為低壓下分子結(jié)構(gòu)相似物系，汽液相都為理想系，有： 2答：在萃取精餾中，原溶液 汽相為理想氣體，液相為非理想溶液， 對(duì)于特定物系，不可改變，要使只有增加，加S后可使。加入萃取劑后會(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(xiàn)為透過(guò)曲線(xiàn)。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，到達(dá)穿透點(diǎn)時(shí)吸附劑失去吸附能力需再生。四、計(jì)算進(jìn)料量塔頂量塔釜量A660B1716.150.85C3227.46544.5346D4504510049.615450.38461 N=1

13、.66 2.3.一、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)才有結(jié)果。2. 在最小回流比條件下，若只有重組分是非分配組分，輕組分為分配組分，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)原溶液非理想性不大時(shí)，加入溶劑后，溶劑與組分1形成具有較強(qiáng) 正 偏差的非理想溶液，與組分2形成 負(fù)偏差或理想 溶液 ，可提高組分1對(duì)2的相對(duì)揮發(fā)度。4. 化學(xué)吸收中用增強(qiáng)因子表示化學(xué)反應(yīng)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)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無(wú)化學(xué)吸收的液相分傳質(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

14、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，所以熱力學(xué)效率必定 小 于1。7. 反滲透是利用反滲透膜選擇性的只透過(guò) 溶劑 的性質(zhì)，對(duì)溶液施加壓力，克服 溶劑的滲透壓 ，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(每題5分,共25分)1. 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

15、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(guān)傳遞速率為零。Ki=yi/xi 。2. 關(guān)鍵組分的定義是什么；在精餾操作中，一般關(guān)鍵組分與非關(guān)鍵組分在頂、釜的分配情況如何？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全部或接近全部在塔頂出現(xiàn)；HNK全部或接近全部在塔釜出現(xiàn)。3. 在吸收過(guò)程中，塔中每級(jí)汽、液流量為什么不能視為恒摩爾流？吸收為單相傳質(zhì)過(guò)程，吸收劑吸收了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過(guò)程中不斷增加，氣體的流量相應(yīng)的減少，因此氣液相流量在塔內(nèi)都不能視為恒定。4. 在精餾塔中設(shè)中間換熱器為什么會(huì)提高熱力

16、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反應(yīng)精餾的主要優(yōu)點(diǎn)有那些？（1）產(chǎn)物一旦生成立即移出反應(yīng)區(qū)；（2）反應(yīng)區(qū)反應(yīng)物濃度高，生產(chǎn)能力大；（3）反應(yīng)熱可由精餾過(guò)程利用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費(fèi)用；（5）對(duì)于難分離物系通過(guò)反應(yīng)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)算結(jié)果說(shuō)明該溫度能否滿(mǎn)足閃蒸要求？ 已知：94時(shí)P10=152.56kPa

17、P20=61.59kPa 2. 已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常壓、54下形成共沸物，共沸組成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)行吸收，已知吸收后丙烷的吸收率為81%，取丙烷在全塔的平均吸收因子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)丙烷的吸收率可達(dá)到多少。2006-2007學(xué)年第2學(xué)期考試參考答案 （A）卷四、 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） 整理： (4) 將（2）代入（1）

18、 整理： (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. 一個(gè)多組分系統(tǒng)達(dá)到相平衡的條件是所有相中的 溫度、壓力相同，各相組分的逸度相同 。3. 在變量分析中，固定設(shè)計(jì)變量通常指進(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yx圖中摘錄如下：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，這是因?yàn)樵趛-x圖中，平衡線(xiàn)與對(duì)角線(xiàn)相交 （也可其它表示法） 。5. 三對(duì)角線(xiàn)矩陣法用于多組分多

19、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. 精鎦和吸收操作在傳質(zhì)過(guò)程上的主要差別是 精餾為雙向傳質(zhì)，吸收為單向傳質(zhì)7. 在A(yíng)BC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：表示。三、簡(jiǎn)答(每題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2. 相平衡常數(shù)K的簡(jiǎn)化形式是什么方程？并說(shuō)明理由。（提示：）2在萃取精餾中，由相對(duì)揮發(fā)度表達(dá)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)不可逆性主要由哪些原因引起？4在固定床吸附過(guò)程中，什么是透過(guò)曲線(xiàn)？在什么情況下，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)料組成和操作條件