化工分離工程知識(shí)點(diǎn)

1、化工分離工程知識(shí)點(diǎn)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(dòng)力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。Ki=yi/xi 2.簡(jiǎn)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, 程，不能自發(fā)進(jìn)行，因此需要外界對(duì)系統(tǒng)作功(或輸入能量) 分離因子表示任一分離過程所達(dá)到的分離程度。定義式:是個(gè)熵減小的過 方能進(jìn)行。yyjijXiXj汽液相平衡關(guān)系：?L液相：?LOL iXi fi3. 請(qǐng)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。OL相平衡常數(shù):Xi4. 請(qǐng)寫出活度

2、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. 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。ueeNi Nv Nc Nr n (C 2) 在裝置中某一單元以串聯(lián)的形式被重復(fù)使用，則用Nr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)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

3、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(jiǎn)捷法作普通精餾過程理論板數(shù)的步驟。簡(jiǎn)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(duì)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(duì)揮發(fā)度。 用Fenske公式計(jì)算Nm。

4、 用Underwood法計(jì)算Rm，并選適宜的操作回流比 R。 確定適宜的進(jìn)料位置。根據(jù)Rm,R,Nm，用Gilliland 圖求理論板數(shù)N。8. 萃取精餾中，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(jiǎn)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(duì)于溶劑而言， 各板下流的溶劑液相流率大于其進(jìn)料流率

5、，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?cè)芤旱南鄬?duì)揮發(fā)度，使其可以用精餾方法分 離。不同點(diǎn)：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(jiǎn)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(duì)吸收過程的影響吸收因子A=L/（VKi）,

6、吸收因子越大對(duì)吸收有利，所需的理論板數(shù)越少，反之 亦然。如吸吃與蒸罵的異同.點(diǎn)相同點(diǎn)I）都是分鳥操作2.都是弓額兩相間電貴過程3）可以在同樣設(shè)備中盍作 不同點(diǎn)12.吸收原理利用溶解度不同揮疑度不同i笫二物相產(chǎn)生方法從外界引入從內(nèi)部產(chǎn)生1捉作方法吸收精惘兩次次獲得相傳遞方向單向傳質(zhì)雙向傳質(zhì)13.逐級(jí)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(duì)于只有輕非關(guān)鍵組分的物系， 開始。對(duì)于只有重非關(guān)鍵組分的物系， 開始。如果進(jìn)料中既有輕非關(guān)鍵組分，餾出液的組成可以準(zhǔn)確估計(jì)，計(jì)算應(yīng)該從塔頂塔釜液的濃度可以準(zhǔn)確估計(jì)，計(jì)算應(yīng)該從塔底又有重非關(guān)鍵組分，則無論是餾出液或釜液的組成都不容易準(zhǔn)確

7、估計(jì)。可以分別從兩端開始往進(jìn)料級(jí)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(jí)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：沁也4 則第j級(jí)為進(jìn)料級(jí)yHk,j 1 RyHK ,j 1 S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:XLK,jXHk,j RXLK ,jXLK,j 1XHk,j 1 RXhk j,S則第j級(jí)為進(jìn)料級(jí)XLK,j 1XHK,j 1 S14.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. 實(shí)際板和理論板的差異表現(xiàn)在那些地方，

8、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(dòng)，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（HETP5）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素：傳質(zhì)速率 流型和混合效應(yīng) 霧沫夾帶 物性的

9、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(dòng)，在流體流動(dòng)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(huì)加大，亦即 W凈增大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D QT°（亙丄）ThTl（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

10、一些措施：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（y）； 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(duì)揮發(fā)度和對(duì) 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(hào)進(jìn)料組分mol %丿IIIJ PCH1 1 1 Wl/u5.07.356C2H35.02.091CB15.01.000GH20.00.901i-C 4H1010.00.507n-C4Hw150.408k設(shè)計(jì)分離要求餾出液中C3H6濃度<釜液中C2H6濃度二解：根據(jù)題意，組分2

11、 （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X2,D及X3,W。取100摩爾進(jìn)料為基準(zhǔn)。假定為清晰分割， 即卩 X4,D0 ， X5,D0， X6,D0 ，S編組分進(jìn)料，fi餾出液,釜液，wCHC2H（ LK）CH（ HK）C3Hi-C 4H0n-C4H。5.0031.890.955.035.015.020.010.015.0 10037.843.1114.0520.0010.0015.

12、0062160.95竺亜6.79用式（3-11 ）計(jì)算最少理論板數(shù)： lg31.89山- lg 2.091為核實(shí)清晰分割的假設(shè)是否合理，計(jì)算塔釜 液重CH的摩爾數(shù)和濃度：5W0.0000960.96.7917.35614.05x1W 則/W 1.5 10 6（摩爾分率）6在餾出液中的摩同理可計(jì)算出組分4, 5,爾數(shù)和濃度：d40.6448 ,X4,d0.017d50.0067 , d60.0022,X5,d1.77 10 4,x6,D 5.8 105可見，CH、i-C4H。和n GH°按清晰分割是合理的。C3H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

13、 料衡算列表求解如下：組分進(jìn)料，f i餾出液，釜液，wCH5.05.00C2H（ LK）35.035.0 0.05WCH( HK)15.00.025D15CH20.00.644819.3552i-C 4H010.010.0000n-CdHo15.015.0000100.0DW解D和W完成物料衡算如下:組分CH進(jìn)料，f i5.0餾出液，5.00釜液，wGHs (LK)35.031.92673.0733CH (HK)15.00.963414.0366CH20.00.6448*19.3552i-C 4H010.010.0000n-C4Ho15.015.0000100.038.534961.4651*

14、需核實(shí)的數(shù)據(jù)再用式（3-11 ）求,31.92670.9634lgNm6.8053.073314.0366lg 2.091校核d4:d4200.963414.03660.9016.8050.963414.03660.9016.8050.653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：C2H6 C3H8 i-C4H 10 n-C4Hioi-C5H 12 n-C5H12組分CH4n-C6H14yo(摩爾分率)0.7650.045 0.0350.0250.045 0.015 0.0250.045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38C，壓力

15、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。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=38C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(LV)min LV1. K LV )min =1.1K 關(guān)A 關(guān)=0.560.504=0.55440. 55440. 560.9=0.5040. 99所以理論板數(shù)為log(log Alog0. 990.

16、 9)10. 91log 0. 999. 48組分進(jìn)料量相平衡常數(shù)KiAi被吸收量塔頂尾氣數(shù)量組成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025VKi計(jì)算結(jié)果如下:A, 1AAiN 11(3)它組分吸收率公式Aii-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4H104.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-C5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6H144.50.0569.91.004.5000.00.