化工分離工程試題答卷及參考答案

1、填空（每空2分，共20分）1 .如果設(shè)計中給定數(shù)值的物理量的數(shù)目等于設(shè)計變量，設(shè)計才有結(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，存在著兩個恒濃區(qū)，出現(xiàn)在精鐳段和進料板位置。3 .在萃取精鐳中，當原溶液非理想性不大時，加入溶劑后，溶劑與組分1形成具有較強正偏差的非理想溶液，與組分2形成負偏差或理想溶液，可提高組分1對2的相對揮發(fā)度。4 .化學(xué)吸收中用增強因子表示化學(xué)反應(yīng)對傳質(zhì)速率的增強程度，增強因子E的定義是化學(xué)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（k。/無化學(xué)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（"）o5 .對普通的N級逆流裝置進行變量分析，若組分數(shù)為C個，建立的MESHT程在全塔

2、有NC+NC+2N+N=N（2C+3）6 .熱力學(xué)效率定義為；實際的分離過程是不可逆的，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溶劑的性質(zhì)，對溶液施加壓力，克服溶劑的滲透壓，是一種用來濃縮溶液的膜分離過程。二、推導(dǎo)（20分）1 .由物料衡算，相平衡關(guān)系式推導(dǎo)圖1單級分離基本關(guān)系式。式中：K相平衡常數(shù)；氣相分率（氣體量/進料量）。2 .精儲塔第j級進出物料如圖1,建立MESH方程。三、簡答（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)上看物系的自由始最??；動力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。K=

3、y/xio2 .關(guān)鍵組分的定義是什么；在精儲操作中，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)，在釜中量嚴格控制；HK絕大多數(shù)在塔釜出現(xiàn)，在頂中量嚴格控制；LNKr部或接近全部在塔頂出現(xiàn)；HNKir部或接近全部在塔釜出現(xiàn)。3 .在吸收過程中，塔中每級汽、液流量為什么不能視為恒摩爾流？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。4 .在精儲塔中設(shè)中間換熱器為什么會提高熱力學(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

4、出的熱量其溫度高于塔頂引出熱量的溫度，相對于無中間換熱器的精儲塔傳熱溫差小，熱力學(xué)效率高。5 .反應(yīng)精儲的主要優(yōu)點有那些？（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)熱可由精儲過程利用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費用；（5）對于難分離物系通過反應(yīng)分離成較純產(chǎn)品。四、計算（1、2題10分，3題15分，共35分）1 .將含苯0.6（mol分數(shù)）的苯（1）一甲苯（2）混合物在101.3kPa下絕熱閃蒸，若閃蒸溫度為94C,用計算結(jié)果說明該溫度能否滿足閃蒸要求？已知：94c時P10=152.56kPaP20=61.59kPa2 .已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常壓、54

5、C下形成共沸物，共沸組成為=0.65（mol分率），在此條件下：p1090.24kPa,P：65.98kPa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（均為摩爾分數(shù)），用不揮發(fā)的爛類進行吸收，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,此時丙烷的吸收率可達到多少。考試參考答案（A）卷一、填空（每空2分，共20分）1 .設(shè)計變量。2 .精鐳段和進料板。3 .正；負偏差或理想。4 .化學(xué)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（k。/無化學(xué)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（k°L）05 .NC+NC+2

6、N+N=N（2C+3）6 .B分離/（W爭）；小。7 .溶劑；溶劑的滲透壓。2、 推導(dǎo)（20分）1 .設(shè)V/F氣化分率物料衡算式：FZiLxVyi=（1-）FXiFyi（1）相平衡關(guān)系式：xiKi/yi（2）yiKixi(3)將(3)代入(1)Zi(1)XKiX整理:Z(4)1 (Ki1)3、 簡答（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)上看物系的自由始最?。粍恿W(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。K=yi/xio2 .由設(shè)計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)，在釜中量嚴格控制；HK色大多數(shù)在塔釜出現(xiàn)，在頂中量嚴格控制；LNKlr部或

7、接近全部在塔頂出現(xiàn)；HNKir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)而流量在下降過程中不斷增力口，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，相對于無中間換熱器的精儲塔傳熱溫差小，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)熱可由精儲過程利用；（4）節(jié)省設(shè)備投資費用；（5）對于難分離物系通過反應(yīng)分離成較純產(chǎn)品。將（2）代入（1）Zi（1)KiV、V1.整理:y、KzK(Ki1

8、)kizi1.14681冬1.056371ki汽液平衡態(tài)，滿足閃蒸條件5同時存在，為2.2.Gi,jLj1Xi,j1Vj1yi,j1FjZi,jGiEjyi,jKi,jXi,j0CGjSYyi,j1.00i1CgSXXij1.00j,ji1GjHLj1hj1Vj1Hj1FjHF,j（LjUj）X,j（VjW®yi,j0一、填空（每空2分，共20分）1 .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。2 .一個多組分系統(tǒng)達到相平衡的條件是所有相（LjUj）hj（VjWj）HjQj0'、上中白力溫位、壓力相同，各相組分的逸度相同。四、計算（1、2題10分，3題15分，共35分

9、）3 .在變量分析中，固定設(shè)計變量通常指進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：xi=0.25時，yi=0.35;xi=0.8時，yi=0.62,該系統(tǒng)一定形成共沸物，這是因為在y-x圖中，平衡線與對角線相交（也可其它表示法）。5 .三對角線矩陣法用于多組分多級分離過程嚴格計算時，以方程解離法為基礎(chǔ)，將mesh*程按類型分為三組，即、和。6 .精鐳和吸收操作在傳質(zhì)過程上的主要差別是2 .在萃取精儲中，由相對揮發(fā)度表達式分析，為什么在加入萃取劑后會提高原溶液的相對揮發(fā)度？3 .精儲過程的熱力學(xué)不可逆性主要由哪些原因引起？4 .在固定床吸附過程中，什么是透過

10、曲線？在什么情況下，吸附劑失去吸附能力需再生？四、計算（1、2題15分，3題10分，共40分）1.已知某精鐳塔進料組成和操作條件下的平均組ABCD分7 .在ABCE組分精儲中，有個分離方案。8 .超濾是以壓力差為推動力，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 .對再沸器（圖1）進行變量分析，得出：Nv、Nc、M、Nx、Na,回答對可調(diào)設(shè)計變量vcxa如何指定。2 .溶液中1,2組分形成均相共沸物，分析共沸時活度系數(shù)與飽和蒸汽壓之間的關(guān)系可0用式：，也-表示。2Pi0三、簡答（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)法計算該物系相

11、平衡常數(shù)K的簡化形式是什么方程？并說明理由。（提示：KViPsiSxiivPexpvm,i（pps）RT爾0.060.170.320.451.00率2.581.991.000.84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；不對非關(guān)鍵組分校核，計算最少理論板數(shù)。2 .用水萃取精儲醋酸甲酯（1）與甲醇（2）二組分溶液，若X=0.8，儲出液量為100kmol/h,且儲出液中不含水，回流比取1.1,溶劑看成不揮發(fā)組分，計算水的加入量。3 .某氣體混合物含甲烷95%,正丁烷5%,現(xiàn)采用不揮發(fā)的燒油進行吸收，油氣比為1：1,進塔溫度均為37C,吸收塔壓力為304kPa,今要從

12、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考試參考答案（B）卷一、填空（每空2分，共20分）1 .平衡分離過程和速率分離過程。2 .溫度、壓力相同，各相組分的逸度相同。3 .進料物流的變量和裝置的壓力。4 .在y-x圖中，平衡線與對角線相交（也可其它表小法）05 .修正的M方程、S方程、和修正的H方程。6 .精儲為雙向傳質(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、熱負荷、氣化分率等之一均可。2 .共沸時：1 P；殳_氾1（理想氣體，非理想溶液）k22P2P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)相似物系，汽液相都為理想系，有：2答：在萃取精儲中，原溶液121,汽相為理想氣體，液相為非理想溶液，ss121,對于特定物系，匹不可122PSP3改變，要