化工分離工程試卷及答案解析

壓力，克服—溶劑的滲透壓是一種用來濃縮溶液的膜分離過程。一、填空（每空2分，共20分）壓力，克服—溶劑的滲透壓是一種用來濃縮溶液的膜分離過程。、推導(dǎo)（20分）、推導(dǎo)（20分）.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c4（-1）0i1（K1）1式中：Ki——相平衡常數(shù)；氣相分率（氣體量/進(jìn)料量）。.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—精鐳段和進(jìn)料板位置。.在萃取精鐳中，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。.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）/無化學(xué)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（k°L）_。2.精儲(chǔ)塔第j級(jí)進(jìn)出物料如圖1,建立MESH2.精儲(chǔ)塔第j級(jí)進(jìn)出物料如圖1,建立MESH方程。耳空如小」級(jí)

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號(hào)+1網(wǎng)j+i居十iLj融既酊2MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N（2C+3）一個(gè)。.熱力學(xué)效率定義為;實(shí)際的分離過程是不可逆的，所以熱力學(xué)效率必定于1。.反滲透是利用反滲透膜選擇性的只透過—溶劑—的性質(zhì)，對(duì)溶液施加三、簡答（每題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)上看物系的自由始最?。粍?dòng)力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零Ki=yi/xio.關(guān)鍵組分的定義是什么；在精儲(chǔ)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)。.在吸收過程中，塔中每級(jí)汽、液流量為什么不能視為包摩爾流？吸收為單相傳質(zhì)過程，吸收劑吸收了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降過程中不斷增加，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。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)于無中間換熱器的精儲(chǔ)塔傳熱溫差小，熱力學(xué)效率高。.反應(yīng)精儲(chǔ)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)熱可由精儲(chǔ)過程利用；（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）.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94C,用計(jì)算結(jié)果說明該溫度能否滿足閃蒸要求？已知：94c時(shí)P10=152.56kPaP20=61.59kPa.已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常壓、54c下形成共沸物，共沸組成X2=0.65（mol分率），在此條件下：p090.24kPa,P2065.98kPa求該系統(tǒng)的活度系數(shù)。.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4.4.在精儲(chǔ)塔中設(shè)中間換熱器為什么會(huì)提高熱力學(xué)效率?揮發(fā)的姓類進(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）設(shè)計(jì)變量。精鐳段和進(jìn)料板。正；負(fù)偏差或理想?；瘜W(xué)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（kL）/無化學(xué)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（k0L）ocyii1cXii12.整理：xi整理：yiZi(Kii1v(Ki1)Zi1(Ki1)將（2）代入（1）乙（1Kizi

1(Ki1)1)1(4)yi(Lj(LjUj)X,j(VjWj)yi,j0(LjUj)hj(VjWj)HjQj0NC+NC+2N+N=N（2C+3）。B分離/（一W爭）；小。溶劑；溶劑的滲透壓。推導(dǎo)（20分）.設(shè)V/F氣化分率TOC\o"1-5"\h\z物料衡算式：FZiLXiVyi=（1-）FXiFyi⑴相平衡關(guān)系式：xiKi/yi（2）yiKixi（3）

Gi,jLj1x,j1Vj1yi,j1Fjzi,jGiEjyi,jKi,jXi,j0CGjSYyi,j1.001CGjSXx,j1.00i1GjHLj1hj1Vj1Hj1FjHF,j簡答（每題5分，共25分）.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)上看物系的自由始最小；動(dòng)力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。Ki=yi/xio將(3)代入(1)Z(1)XKiK2.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;2.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)。2.吸收為單相傳質(zhì)過程，吸收劑吸收了氣體中的溶質(zhì)而流量在下降3.過程中不斷增加，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。.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)于無中間換熱器的精儲(chǔ)塔傳熱溫差小，熱力學(xué)效率高。.（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)熱可由精儲(chǔ)過程利用；（4）節(jié)省設(shè)備投資PP0IM費(fèi)用；（5）對(duì)于難分離物系通過反應(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.kizi1.14681z；」1.056371ki5同時(shí)存在，為汽液平衡態(tài)，滿足閃蒸條件。P02x2P01p220PlPP0101.390.24101.365.981.12061.5353A11.260.81ig--1g1110.8111gA1g1.26⑵A21.262.52(An1A)

(An11)0.952.73一、填空（每空2分，共20分）.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。.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—。.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。.某二元系常壓下汽液平衡數(shù)據(jù)在y?x圖中摘錄如下：xi=0.25時(shí)，yi=0.35;xi=0.8時(shí)，yi=0.62，該系統(tǒng)一定形成共沸物，這是因?yàn)樵趛-x圖中，平衡線與對(duì)角線相交（也可其它表示法）_。.三對(duì)角線矩陣法用于多組分多級(jí)分離過程嚴(yán)格計(jì)算時(shí)，以方程解離法為基礎(chǔ)，將MESH方程按類型分為三組，即、、和0.精鐳和吸收操作在傳質(zhì)過程上的主要差別是.在ABC三組分精微中，有個(gè)分離方案。.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。相平衡常數(shù)K的簡化形式是什么方程？并說明理由。（提示：KiX-ip^s-^exp[Vm'i（PPs）]）1XiivpRT2.在萃取精儲(chǔ)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.精儲(chǔ)過程的熱力學(xué)不可逆性主要由哪些原因引起?二、分析（20分）1.對(duì)再沸器（圖1）二、分析（20分）1.對(duì)再沸器（圖1）進(jìn)行變量分析，得出：Nv、Nc、N「Nx、Na,回答對(duì)可調(diào)設(shè)計(jì)變量如何指定。4.在固定床吸附過程中，什么是透過曲線？在什么情況下，吸附劑失去吸附能力需再生？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0壓之間的關(guān)系可用式：」片表示。2Pl三、簡答（每題5分，共20分）四、計(jì)算（1、2題15分，3題10分，共40分）1.已知某精鐳塔進(jìn)料組成和操作條件下的平均相對(duì)揮發(fā)度如下：組分ABCD0.00.10.30.41.0摩爾分率672502.51.91.00.8（洞均8904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)。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2.用水萃取精儲(chǔ)醋酸甲酯（1）與甲醇（2）二組分溶液，若Xs=0.8,儲(chǔ)出液量為100kmol/h,且儲(chǔ)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.某氣體混合物含甲烷95%,正丁烷5%,現(xiàn)采用不揮發(fā)的燒油進(jìn)行吸收，油氣比為1：1,進(jìn)塔溫度均為37C,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：K丁烷=1.12指定：溫度、熱負(fù)荷、氣化分率等之一均可。2006-2007學(xué)年第二學(xué)期考試參考答案（B）卷指定：溫度、熱負(fù)荷、氣化分率等之一均可。一、填空（每空2分，共20分）一、填空（每空2分，共20分）.平衡分離過程和速率分離過程,溫度、壓力相同，各相組分的逸度相同.進(jìn)料物流的變量和裝置的壓力。.在y-x圖中，平衡線與對(duì)角線相交（也可其它表示法）.修正的M方程、S方程、和修正的H方程。1Pls2,共沸時(shí)：12旦一（P1（理想氣體，非理想溶液）k22p2P_P2-Pf三、簡答1答：常壓下分離苯、甲苯、二甲苯混合物，為低壓下分子結(jié)構(gòu)相似物6,精儲(chǔ)為雙向傳質(zhì)，吸收為單向傳質(zhì).2。6,精儲(chǔ)為雙向傳質(zhì)，吸收為單向傳質(zhì).2。.粒徑不同、分析（20分）系，汽液相都為理想系，有：Ls\s?svm,j(ppj)i1,i1,?j1,exp[]1RT_sKiY包Xjp2答：在萃取精儲(chǔ)中，原溶液121,汽相為理想氣體，液相為非理想1.Nv3(C2)11.Nv3(C2)13C7Nc：方程數(shù)目物料平衡式C熱量平衡式1相平衡方程式C兩相T、P相等2合計(jì)：2c3Nj(3C7)(2C3)C4Nx(C2)1C3Na(C4)(C3)1溶液，12,衛(wèi)11,對(duì)于特定物系，衛(wèi)1不可改變，要使2p2p2121,只有」增加，加S后可使（,）s1）。，加入萃取劑后222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曲線。對(duì)應(yīng)儲(chǔ)出物最大允許濃度時(shí)間為穿透點(diǎn)時(shí)間tb,到達(dá)穿1.12透點(diǎn)時(shí)吸附劑失去吸附能力