化工分離工程知識點(diǎn)

1、.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)上看物系的自由焓最小；動力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。Ki=yi/xi2.簡述分離過程的特征？什么是分離因子，敘述分離因子的特征和用途。答：分離過程的特征：分離某種混合物成為不同產(chǎn)品的過程，是個(gè)熵減小的過程，不能自發(fā)進(jìn)行，因此需要外界對系統(tǒng)作功（或輸入能量）方能進(jìn)行。分離因子表示任一分離過程所達(dá)到的分離程度。定義式：3. 請推導(dǎo)活度系數(shù)法計(jì)算汽液相平衡常數(shù)的關(guān)系式。汽液相平衡關(guān)系：汽相：液相：相平衡常數(shù)：4. 請寫出活度系數(shù)法計(jì)算汽液相平衡常數(shù)的關(guān)系式，并指出關(guān)系式中各個(gè)物理量的含義5.

2、什么是設(shè)計(jì)變量，如何通過各單元設(shè)計(jì)變量確定裝置的設(shè)計(jì)變量。在設(shè)計(jì)時(shí)所需要指定的獨(dú)立變量的數(shù)目，即設(shè)計(jì)變量。 在裝置中某一單元以串聯(lián)的形式被重復(fù)使用，則用以區(qū)別于一個(gè)這種單元于其他種單元的聯(lián)結(jié)情況，每一個(gè)重復(fù)單元增加一個(gè)變量。 各個(gè)單元是依靠單元之間的物流而聯(lián)結(jié)成一個(gè)裝置，因此必須從總變量中減去那些多余的相互關(guān)聯(lián)的物流變量數(shù)，或者是每一單元間物流附加（C+2）個(gè)等式。6. 什么叫清晰分割法，什么叫非清晰分割法？什么是分配組分與非分配組分？非關(guān)鍵組分是否就一定是非分配組分？答：清晰分割法指的是多組分精餾中餾出液中除了重關(guān)鍵組分(HK)之外，沒有其它重組分；釜液中除了輕關(guān)鍵組分(LK)之外，沒有其它

3、輕組分。非清晰分割表明各組分在頂釜均可能存在。在頂釜同時(shí)出現(xiàn)的組分為分配組分；只在頂或釜出現(xiàn)的組分為非分配組分。一般情況下，LK、HK和中間組分為分配組分；非關(guān)鍵組分可以是分配組分，也可以是非分配組分，所以非關(guān)鍵組分不一定是非分配組分。7.敘述用簡捷法作普通精餾過程理論板數(shù)的步驟。簡捷法計(jì)算理論板數(shù)步驟 根據(jù)工藝條件及工藝要求，找出一對關(guān)鍵組分。 由清晰分割估算塔頂、塔釜產(chǎn)物的量及組成。 根據(jù)塔頂塔釜組成計(jì)算相應(yīng)的溫度、求出平均相對揮發(fā)度。 用Fenske公式計(jì)算。 用Underwood法計(jì)算，并選適宜的操作回流比R。 確定適宜的進(jìn)料位置。 根據(jù)，用Gilliland圖求理論板數(shù)N。8.萃取精

4、餾中，萃取劑在何處加入？為何？答：在萃取精餾塔頂下幾塊理論板、進(jìn)料板以上幾塊理論板處加入，在進(jìn)料板以上幾塊板加入可以使全塔范圍內(nèi)保持較高的溶劑濃度，在塔頂下保留幾塊理論板是為了防止萃取劑從萃取精餾塔頂帶出，起到回收溶劑的作用。9.簡述萃取精餾過程中塔內(nèi)流率分布特點(diǎn)。答：萃取精餾塔內(nèi)由于大量溶劑的存在，影響塔內(nèi)汽液流率分布。大量溶劑溫升導(dǎo)致塔內(nèi)汽相流率越往上走愈小，液相流率越往下流越大。對于溶劑而言，各板下流的溶劑液相流率大于其進(jìn)料流率，且溶劑揮發(fā)性越大，兩者差值越大。10.萃取精餾和共沸精餾的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)是什么？答：相同點(diǎn)：都是加入溶劑改變原溶液的相對揮發(fā)度，使其可以用精餾方法分離。不同點(diǎn)：

5、1)可供選擇的共沸劑數(shù)目遠(yuǎn)不及萃取劑多，且萃取劑用量不像共沸劑受限制；2)共沸劑從塔頂蒸出，萃取劑從塔底出，因此消耗能量多；3)共沸精餾受組成限制，操作條件比較苛刻，萃取精餾可在較大范圍變化，操作比較容易，流程較簡單，只用于連續(xù)操作；4)同樣壓力下共沸精餾溫度低，適于熱敏性物料。 11.吸收的有利條件是什么？ 低溫、高壓、高的氣相濃度、低的液相濃度、高的用量、低的氣相量。試分板吸收因子對吸收過程的影響吸收因子A=L/（VKi），吸收因子越大對吸收有利，所需的理論板數(shù)越少，反之亦然。12.13. 逐級計(jì)算法的起點(diǎn)如何確定？適宜的進(jìn)料板位置如何確定？計(jì)算起點(diǎn)的確定對于只有輕非關(guān)鍵組分的物系，餾出液

6、的組成可以準(zhǔn)確估計(jì)，計(jì)算應(yīng)該從塔頂開始。對于只有重非關(guān)鍵組分的物系，塔釜液的濃度可以準(zhǔn)確估計(jì)，計(jì)算應(yīng)該從塔底開始。如果進(jìn)料中既有輕非關(guān)鍵組分，又有重非關(guān)鍵組分，則無論是餾出液或釜液的組成都不容易準(zhǔn)確估計(jì)。可以分別從兩端開始往進(jìn)料級計(jì)算適宜進(jìn)料位置確定方法之二：適宜進(jìn)料位置的近似確定方法是以輕，重關(guān)鍵組分的濃度之比作為精餾效果的準(zhǔn)則，當(dāng)逐級從上向下計(jì)算時(shí)，要求輕、重關(guān)鍵組分汽相濃度比值降低越快越好，如果滿足：則第j 級為進(jìn)料級從下往上計(jì)算時(shí)，要求輕、重關(guān)鍵組分液相濃度比值增加越快越好，如果滿足：則第j 級為進(jìn)料級14. 影響氣液傳質(zhì)設(shè)備的生產(chǎn)能力的因素有哪些？液泛 霧沫夾帶 壓力降 停留時(shí)間15

7、.實(shí)際板和理論板的差異表現(xiàn)在那些地方，這些差異的影響應(yīng)用什么方法來處理？實(shí)際板和理論板的差異1）理論板假定離開該板的汽、液兩相達(dá)到平衡；2）理論板上相互接觸的汽液兩相完全混合，板上液相濃度均一，等于離開該板溢流液的濃度；3）實(shí)際板上汽液兩相存在不均勻流動，停留時(shí)間有明顯差異；4）實(shí)際板存在霧沫夾帶、漏液和液相夾帶泡沫現(xiàn)象。 為考慮上述各種差異的影響，引進(jìn)了幾種效率1）全塔效率，又稱為總板效率2）Murphree板效率，又稱干板效率3）點(diǎn)效率4）理論板當(dāng)量高度（HETP）5）傳質(zhì)單元高度 16. 目前常用的效率有哪幾種？影響效率的因素有哪些？全塔效率 默弗里板效率 點(diǎn)效率 填料塔的等板高度影響因

8、素：傳質(zhì)速率 流型和混合效應(yīng) 霧沫夾帶 物性的影響 17.精餾過程的不可逆性表現(xiàn)在那些方面，節(jié)省精餾過程能耗有哪些措施。精餾過程的不可逆性1）流體流動，在流體流動時(shí)有壓力降，當(dāng)塔板數(shù)較多時(shí)，壓力降也要加大，同時(shí)塔頂釜的溫差也會加大，亦即增大2）傳熱（1）一定溫度梯度的熱量傳遞塔再沸器和冷凝器中介質(zhì)存在溫差，因溫差傳熱過程而引起的有效能損失為（2）不同溫度物流的直接混合，塔內(nèi)上升蒸汽與下流液體直接接觸產(chǎn)生熱交換時(shí)的溫差，是使精餾過程熱力學(xué)下降的重要因素3）傳質(zhì)通過一定濃度梯度的質(zhì)量傳遞或不同化學(xué)位物流的直接混合。即上升蒸汽與下流液體進(jìn)行傳質(zhì)過程時(shí)，兩相濃度與平衡濃度的差別。節(jié)省精餾過程能耗的一些

9、措施：1）有效能的充分回收及利用；2）減少過程的凈耗功；3）減少質(zhì)量傳遞中的濃度梯度（）；4）多效精餾；5）熱泵精餾.設(shè)計(jì)一個(gè)脫乙烷塔，從含有6個(gè)輕烴的混合物中回收乙烷，進(jìn)料組成、各組分的相對揮發(fā)度和對產(chǎn)物的分離要求見設(shè)計(jì)條件表。試求所需最少理論板數(shù)及全回流條件下餾出液和釜液的組成。脫乙烷塔設(shè)計(jì)條件編號進(jìn)料組分mol %1CH45.07.3562C2H635.02.0913C3H615.01.0004C3H820.00.9015i-C4H1010.00.5076n-C4H1015.00.408設(shè)計(jì)分離要求餾出液中C3H6濃度 2.5mol %釜液中C2H6濃度 5.0mol %解：根據(jù)題意，組

10、分2（乙烷）是輕關(guān)鍵組分，組分3（丙烯）是重關(guān)鍵組分，而組分1（甲烷）是輕組分，組分4（丙烷）、組分5（異丁烷）和組分6（正丁烷）是重組分。要用芬斯克公式求解最少理論板數(shù)需要知道餾出液和釜液中輕、重關(guān)鍵組分的濃度，即必須先由物料衡算求出及。取100摩爾進(jìn)料為基準(zhǔn)。假定為清晰分割，即，則根據(jù)物料衡算關(guān)系列出下表：編號組分進(jìn)料，fi餾出液，di釜液，wi1CH45.05.002C2H6（LK）35.031.893.113C3H6（HK）15.00.9514.054C3H820.020.005i-C4H1010.010.006n-C4H1015.015.00100.037.8462.16用式（3-1

11、1）計(jì)算最少理論板數(shù)： 為核實(shí)清晰分割的假設(shè)是否合理，計(jì)算塔釜液重CH4的摩爾數(shù)和濃度： （摩爾分率）同理可計(jì)算出組分4，5，6在餾出液中的摩爾數(shù)和濃度： ， ，可見，CH4、i-C4H10和nC4H10按清晰分割是合理的。C3H8按清晰分割略有誤差應(yīng)再行試差。其方法為將d4的第一次計(jì)算值作為初值重新做物料衡算列表求解如下：編號組分進(jìn)料，fi餾出液，di釜液，wi1CH45.05.002C2H6（LK）35.035.00.05W0.05W3C3H6（HK）15.00.025D150.025D4C3H820.00.644819.35525i-C4H1010.010.00006n-C4H1015.

12、015.0000100.0DW 解D和W完成物料衡算如下：編號組分進(jìn)料，fi餾出液，di釜液，wi1CH45.05.002C2H6（LK）35.031.92673.07333C3H6（HK）15.00.963414.03664C3H820.00.6448*19.3552*5i-C4H1010.010.00006n-C4H1015.015.0000100.038.534961.4651*需核實(shí)的數(shù)據(jù)再用式（3-11）求Nm： 校核d4： 由于d4的初值和校核值基本相同，故物料分配合理。1.某原料氣組成如下：組分 CH4 C2H6 C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12

13、n-C6H14y0(摩爾分率) 0.7650.045 0.0350.025 0.0450.0150.0250.045先擬用不揮發(fā)的烴類液體為吸收劑在板式塔吸收塔中進(jìn)行吸收，平均吸收溫度為38，壓力為1.013Mpa，如果要求將i-C4H10回收90%。試求：(1) 為完成此吸收任務(wù)所需的最小液氣比。(2) 操作液氣比為組小液氣比的1.1倍時(shí)，為完成此吸收任務(wù)所需理論板數(shù)。(3) 各組分的吸收分率和離塔尾氣的組成。(4) 求塔底的吸收液量解：由題意知，i-C4H10為關(guān)鍵組分由P=1.013Mpa，t平=38查得K關(guān)=0.56 (P-T-K圖)(1)在最小液氣比下 N=，A關(guān)=中關(guān)=0.9=0.56 0.9=0.504(2)=1.10.504=0.5544所以 理論板數(shù)為(3)它組分吸收率公式 ，計(jì)算結(jié)果如下：組分進(jìn)料量相平衡常數(shù)Ki被吸收量塔頂尾氣數(shù)量組成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4H104.50.41.3860.994.4550.0450.