《分離工程》試卷及答案

1、氣相分率（氣體量/進料量）。屮L瓦iTlPl圖1一、填空（每空2分,共20分）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。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_精鎦段和進料板位置。在萃取精鎦中，當(dāng)原溶液非理想性不大時，加入溶劑后，溶劑與組分2.精餾塔第j級進出物料如圖1,建立MESH方程。1形成具有較強正偏差的非理想溶液，與組分2形成VjyyHjALj-iXy-ihj-iVj+iVij+iHj+iLjXijhj區(qū)12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

2、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)（koL）_。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MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N（2C+3）個。熱力學(xué)效率定義為n=；實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）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czi（Ki-1）=0（K-1+1i=1i式中：Ki相平衡常數(shù)；歡迎下載三、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

3、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)上看物系的自由恰最??；動力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。K二y/x。iii關(guān)鍵組分的定義是什么；在精憎操作中，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；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。在精憎塔中設(shè)中間換熱器

4、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憎塔傳熱溫差小，熱力學(xué)效率高。反應(yīng)精憎的主要優(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)熱可由精憎過程利用；（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）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P1o=15

5、2.56kPaP2o=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X=0.65（mol分率），在此條件下：po=90.24好么，P。=65.98kPaz12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（均為摩爾分數(shù)），用不揮發(fā)的桂類進行吸收，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。歡迎下載2006-2007學(xué)年第2學(xué)期考試參考答案（A）卷一、填空侮空2分，共20分）設(shè)計變量。精錨段和進料板。正；負偏差或理想?；瘜W(xué)吸

6、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)（koL）0NC+NC+2N+N=N（2C+3）。7.溶劑；溶劑的滲透壓。二、推導(dǎo)（20分）1.設(shè)屮=V/F氣化分率物料衡算式：Fz=Lx+Vy=（1屮）Fx+屮Fy（1）zzzzz相平衡關(guān)系式：二K/齊（2）y.=K.x將（3）代入（1）Z=（1-屮）x+屮Kx1. yyyz(ki)1y_厶兀二厶iii，v(K-1)+1z=lz=lz=liGm=Lx+Vy+Fz-（L+U）x-（V+W）y=Qi,jJ-li,j-lJ+li,j+lji,jjji,jjji,jGe=yKx=0i,ji,ji,ji,jGsy=y1.0=0ji，j1=1Gsx=

7、Sx1.0=0ji，ji=lGh=Lh+VH+FH-（L+U）h-（V+W）H-Q=0jJ-lJ-lJ+lJ+ljF,jjjjjjjj三、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)上看物系的自由恰最?。粍恿W(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。K二y/x。由喪X者抬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；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)。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

8、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，相對于無中間換熱器的精憎塔傳熱溫差小，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)熱可由精憎過程利用；（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）歡迎下載同時存在，為汽液平衡態(tài)，滿足閃蒸條件。Zkz=1.14681ii工仝=1.056371k.2.P=打1兀1+砂丫P-丫1_2%2=艸丫1=卩歲2101.3沖=1.120690.24)=1.535365.98“2

9、lfTA-(p1.26-0.81堤1lg(1)N-1=2.731-91-0.81IgAlgl.26(2)A=2x1.26=2.52(A2V+1-A)9-(AN+1-1)=0.955歡迎下載一、填空（每空2分,共20分）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中的.溫度、壓力相壓之間的關(guān)系可用式：紅=丫2P2表示。P0三、簡答（每題5分,共20分）同，各相組分的逸度相同在變量分析中，固定設(shè)計變量通常指進料物流的變量和裝置的壓力。1.為基礎(chǔ)，將MESH方程按類型分為三組，即2.某二兀

10、系常壓下汽液平衡數(shù)據(jù)在yx圖中摘錄如下：X=0.25時，y1=0.35；x1=0.8時，y1=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）_。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)法計算該物系相平衡常數(shù)K的簡化形式是什么方程？并說明理由。（提示：K=爼=丫iP嚴iexpVm,i（P-Pi）jx.於vpfRTii在萃取精餾中，由相對揮發(fā)度表達式分析，為什么在加入萃取劑、和后會提高原溶液的相對揮發(fā)度？6.精鎦和吸收操作在傳質(zhì)過程上的主要差別是3.精餾過程的熱力學(xué)不可逆性主要由哪些原因引起

11、？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7.在ABC三組分精餾中，有個分離方案。失去吸附能力需再生？粒和大分子的膜分離操作。四、計算（1、2題15分，3題10分，共40分）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已知某精鎦塔進料組成和操作條件下的平均相對揮發(fā)度如下：料衡算；不對非關(guān)鍵組分校核，計算最少理論板數(shù)。二、分析（20分）對再沸器（圖1）進行變量分析，得出：N、N、N.、N、N，回答vcixa對可調(diào)設(shè)計變量如何指定。組分ABCD摩爾分率0.060.170.320.451.00(%)均2.581.991.000.84已知塔頂B的回收率為95%，塔釜

12、C的濃度為0.9,按清晰分割法物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，溶劑看成不歡迎下載揮發(fā)組分，計算水的加入量。某氣體混合物含甲烷95%,正丁烷5%,現(xiàn)采用不揮發(fā)的桂油進行吸收，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=1.127歡迎下載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)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。進料物流的變量和裝置的壓力。在y-x

13、圖中，平衡線與對角線相交(也可其它表示法)。修正的M方程、S方程、和修正的H方程。精憎為雙向傳質(zhì)，吸收為單向傳質(zhì)。2。粒徑不同。二、分析(20分)1.N=3(C+2)+l=3C+7Nv：方程數(shù)目c物料平衡式C軌量豐畬式1相平衡方程式c兩相T、P相等2合計：2C+3N=(3C+7)-(2C+3)=C+4Nl=(C+2)+l=C+3N=(C+4)_(C+3)=1a指定：溫度、熱負荷、氣化分率等之一均可。2.共沸時：K(理想氣體，非理想溶液)丫2P；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：Y=1,$=1,0s=l,expRTK亠也1xiP2答：

14、在萃取精憎中，原溶液oci21,汽相為理想氣體，液相為非理想對于特定物系,ps不可改變，要使Yps-溶液,a=21xcl,%$】,只有寸增加,加S后可使（十逞）。加入萃取劑后會提高原溶液的相對揮發(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，不同時間對應(yīng)流出物濃度變化曲線為透過曲線。對應(yīng)纟留出物最大允許濃度時間為穿透點時間tb，到達穿透點時吸附劑失去吸附能力需再生。四、計算進料量塔頂量塔爺量A660B1716.150.85C3227.46544.5346D45045Z10049.615450.3846N=：1.662.x一S_SsRD+Sl.lxlOO+s5=0.85+88S=

15、44Qkmol/h3.8歡迎下載AK11.12i=1z(K1)ii(K1+1i=0式中:Ki相平衡常數(shù)；屮氣相分率（氣體量/進料量）。iA-900428lglg(8)19歩015丿05446N=191=0.151=:1=10.06lgAlg0.89280.04924一、填空（每空2分，共20分）如果設(shè)計中給定數(shù)值的物理量的數(shù)目等于設(shè)計變量一，設(shè)計才有結(jié)果。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-精鎦段和進料板一位置。在萃取精鎦中，當(dāng)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形成一負偏差或理想溶液，可

16、提高組分1對2的相對揮發(fā)度。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)（kL）/無化學(xué)吸收的液相分傳質(zhì)系數(shù)（koL）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MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N（2C+3）個。6.熱力學(xué)效率定義為耳=一.AB分離W爭）;精餾塔第j級進出物料如圖1，建立MESH方程。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)上看物系的自由實際的分離過程是不可逆的，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溶劑的性質(zhì)，對溶液施

17、加壓力，克服一溶劑的滲透焓最??；動力學(xué)上看相間表觀傳遞速率為零。K=y/x。iii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、釜的分配情況如壓，是一種用來濃縮溶液的膜分離過程。二、推導(dǎo)（20分）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。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；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，塔中每級汽、液流量為什么不能視為恒摩爾流？歡迎下載吸收為單相傳質(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

18、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。在精憾塔中設(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憾塔傳熱溫差小，熱力學(xué)效率高。5反應(yīng)精憾的主要優(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)熱可由精憾過程利用；（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CI2題10分，3題15分，共35分）將含苯0.6（mol分數(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,

19、用計算結(jié)果說明該溫度能否滿足閃蒸要求？已知：94C時P1o=152.56kPaP2o=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：Pf=90.24kPa,=65.98kPa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（均為摩爾分數(shù)），用不揮發(fā)的桂類進行吸收，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。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)屮=

20、V/F-H化分率TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 物料衡算式：Fz.=Lx.+vy=（1屮）用+屮Fy.（1）IIIII相平衡關(guān)系式：專（2）=Kixi將（3）代入（1）J=（1-屮）+屮Kx整理:zX=ii1+屮（K-1）3.9將（2）代入（1）乙=（1-屮）i_y皿-i)=11v(K-1)+1心1i_Kz整理：=i+屮(”_1)i2Gm=LX+Vy+Fz(L+U)x-(V+W)y=0ijJ-li,j-)+1ij+ljijjjijjjijGe=yKX=0ijhji,jhjGsy=-1.0=0ji,ji=lGsx二為

21、兀1.0=0jJi=lGh=Lh+VH+FH-(L+U)h-(V+W)H-Q=0jJ-lJ-lJ+lJ+ljF,jjjjjjjj四、計算Cl2題10分，3題15分，共35分）Zkz=1.14681ii同時存在，為汽液平衡態(tài)，滿足閃蒸條件。、工土=1.056371k.2.P=艸丫1兀1+咱2兀2=Pll=P2y2p101.3=_1艸-P290.24=L120610歡迎下載lgA申1.26-0.81lglgN=一1申-1=10.81-1=2.73lgAlg1.26A=2x1.26=2.52表示。(AN+1A)9-(AN+11)=0.95三、簡答（每題5分,共20分）常壓下分離苯、甲苯、二甲苯混合物

22、，用活度系數(shù)法計算該物系2.相平衡常數(shù)K的簡化形式是什么方程？并說明理由。一、填空（每空2分,共20分）1傳質(zhì)分離過程分為一平衡分離過程和速率分離過程兩大類。（提示：Ki=ivpexpm,i(PPS)RT2在萃取精餾中，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)一個多組分系統(tǒng)達到相平衡的條件是所有相中的一溫度、壓力相同，各相組分的逸度相度？3精餾過程的熱力學(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.已知某精鎦塔進料組成和操作條件下的平均相對揮發(fā)度如下組分A

23、BCD摩爾分率0.060.170.320.451.00(%)均2.581.991.000.84同一。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某二兀系常壓下汽液平衡數(shù)據(jù)在yx圖中摘錄如下：X=0.25時，yx=0.35；xx=0.8時，yx=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）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方程按類型分為三組，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ABC三組分精餾中，有2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。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)鍵組二、分析（20分）i對再沸器（圖1）進行變量分析，得出：Nv、Nc、NrNx、Na，回答對可調(diào)設(shè)計變量如何指定。12.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)系可用式分校核，計算最少理論板數(shù)。用水萃取精餾醋酸甲酯（1）與甲醇（2）二組分溶液，若X