化工分离工程知识点

精品文档 1欢迎下载1欢迎下载1欢迎下载 1 1 什么叫相平衡 相平衡常数的定义是什么 什么叫相平衡 相平衡常数的定义是什么 由混合物或溶液形成若干相 这些相保持物理平衡而共存状态 热力学上看物由混合物或溶液形成若干相 这些相保持物理平衡而共存状态 热力学上看物 系的自由焓最小 动力学上看相间表观传递速率为零 系的自由焓最小 动力学上看相间表观传递速率为零 Ki yi xiKi yi xi 2 2 简述分离过程的特征 什么是分离因子 叙述分离因子的特征和用途 简述分离过程的特征 什么是分离因子 叙述分离因子的特征和用途 答 分离过程的特征 分离某种混合物成为不同产品的过程 是个熵减小的过答 分离过程的特征 分离某种混合物成为不同产品的过程 是个熵减小的过 程 不能自发进行 因此需要外界对系统作功 或输入能量 方能进行 程 不能自发进行 因此需要外界对系统作功 或输入能量 方能进行 分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度 定义式 分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度 定义式 ij ij ij yy x x 3 3 请推导活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式 请推导活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式 汽液相平衡关系 汽液相平衡关系 L i V i ff 汽相 汽相 Pyf i V i V i 液相 液相 OL iii L i fxf 相平衡常数 相平衡常数 P f x y K V i OL ii i i i 4 4 请写出活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式 并指出关系式中各个物理请写出活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式 并指出关系式中各个物理 量的含义量的含义 5 5 什么是设计变量 如何通过各单元设计变量确定装置的设计变量 什么是设计变量 如何通过各单元设计变量确定装置的设计变量 在设计时所需要指定的独立变量的数目 即设计变量 在设计时所需要指定的独立变量的数目 即设计变量 2 CnNNNN r e c e v u i 在装置中某一单元以串联的形式被重复使用 则用在装置中某一单元以串联的形式被重复使用 则用以区别于一个这种单元以区别于一个这种单元 r N 于其他种单元的联结情况 每一个重复单元增加一个变量 于其他种单元的联结情况 每一个重复单元增加一个变量 各个单元是依靠单元之间的物流而联结成一个装置 因此必须从总变量中减各个单元是依靠单元之间的物流而联结成一个装置 因此必须从总变量中减 去那些多余的相互关联的物流变量数 或者是每一单元间物流附加 去那些多余的相互关联的物流变量数 或者是每一单元间物流附加 C 2C 2 个 个 等式 等式 6 6 什么叫清晰分割法 什么叫非清晰分割法 什么是分配组分与非分配组分 什么叫清晰分割法 什么叫非清晰分割法 什么是分配组分与非分配组分 非关键组分是否就一定是非分配组分 非关键组分是否就一定是非分配组分 答 清晰分割法指的是多组分精馏中馏出液中除了重关键组分答 清晰分割法指的是多组分精馏中馏出液中除了重关键组分 HK HK 之外 没有之外 没有 其它重组分 釜液中除了轻关键组分其它重组分 釜液中除了轻关键组分 LK LK 之外 没有其它轻组分 非清晰分割之外 没有其它轻组分 非清晰分割 表明各组分在顶釜均可能存在 表明各组分在顶釜均可能存在 在顶釜同时出现的组分为分配组分 只在顶或釜出现的组分为非分配组分 在顶釜同时出现的组分为分配组分 只在顶或釜出现的组分为非分配组分 精品文档 2欢迎下载2欢迎下载2欢迎下载 一般情况下 一般情况下 LKLK HKHK 和中间组分为分配组分 非关键组分可以是分配组分 和中间组分为分配组分 非关键组分可以是分配组分 也可以是非分配组分 所以非关键组分不一定是非分配组分 也可以是非分配组分 所以非关键组分不一定是非分配组分 7 7 叙述用简捷法作普通精馏过程理论板数的步骤 叙述用简捷法作普通精馏过程理论板数的步骤 简捷法计算理论板数步骤简捷法计算理论板数步骤 根据工艺条件及工艺要求 找出一对关键组分 根据工艺条件及工艺要求 找出一对关键组分 由清晰分割估算塔顶 塔釜产物的量及组成 由清晰分割估算塔顶 塔釜产物的量及组成 根据塔顶塔釜组成计算相应的温度 求出平均相对挥发度 根据塔顶塔釜组成计算相应的温度 求出平均相对挥发度 用用 FenskeFenske 公式计算公式计算 m N 用用 UnderwoodUnderwood 法计算法计算 并选适宜的操作回流比 并选适宜的操作回流比 R R m R 确定适宜的进料位置 确定适宜的进料位置 根据根据 用 用 GillilandGilliland 图求理论板数图求理论板数 N N mm NRR 8 8 萃取精馏中 萃取剂在何处加入 为何 萃取精馏中 萃取剂在何处加入 为何 答 在萃取精馏塔顶下几块理论板 进料板以上几块理论板处加入 在进料板答 在萃取精馏塔顶下几块理论板 进料板以上几块理论板处加入 在进料板 以上几块板加入可以使全塔范围内保持较高的溶剂浓度 在塔顶下保留几块理以上几块板加入可以使全塔范围内保持较高的溶剂浓度 在塔顶下保留几块理 论板是为了防止萃取剂从萃取精馏塔顶带出 起到回收溶剂的作用 论板是为了防止萃取剂从萃取精馏塔顶带出 起到回收溶剂的作用 9 9 简述萃取精馏过程中塔内流率分布特点 简述萃取精馏过程中塔内流率分布特点 答 萃取精馏塔内由于大量溶剂的存在 影响塔内汽液流率分布 大量溶剂温答 萃取精馏塔内由于大量溶剂的存在 影响塔内汽液流率分布 大量溶剂温 升导致塔内汽相流率越往上走愈小 液相流率越往下流越大 对于溶剂而言 升导致塔内汽相流率越往上走愈小 液相流率越往下流越大 对于溶剂而言 各板下流的溶剂液相流率大于其进料流率 且溶剂挥发性越大 两者差值越大 各板下流的溶剂液相流率大于其进料流率 且溶剂挥发性越大 两者差值越大 10 10 萃取精馏和共沸精馏的相同点和不同点是什么 萃取精馏和共沸精馏的相同点和不同点是什么 答 相同点 都是加入溶剂改变原溶液的相对挥发度 使其可以用精馏方法分答 相同点 都是加入溶剂改变原溶液的相对挥发度 使其可以用精馏方法分 离 离 不同点 不同点 1 1 可供选择的共沸剂数目远不及萃取剂多 且萃取剂用量不像共沸剂可供选择的共沸剂数目远不及萃取剂多 且萃取剂用量不像共沸剂 受限制 受限制 2 2 共沸剂从塔顶蒸出 萃取剂从塔底出 因此消耗能量多 共沸剂从塔顶蒸出 萃取剂从塔底出 因此消耗能量多 3 3 共沸精馏受组成限制 操作条件比较苛刻 萃取精馏可在较大范围变化 操共沸精馏受组成限制 操作条件比较苛刻 萃取精馏可在较大范围变化 操 作比较容易 流程较简单 只用于连续操作 作比较容易 流程较简单 只用于连续操作 4 4 同样压力下共沸精馏温度低 适于热敏性物料 同样压力下共沸精馏温度低 适于热敏性物料 11 11 吸收的有利条件是什么 吸收的有利条件是什么 低温 高压 高的气相浓度 低的液相浓度 高的用量 低的气相量 低温 高压 高的气相浓度 低的液相浓度 高的用量 低的气相量 精品文档 3欢迎下载3欢迎下载3欢迎下载 试分板吸收因子对吸收过程的影响试分板吸收因子对吸收过程的影响 吸收因子吸收因子 A L A L VKiVKi 吸收因子越大对吸收有利 所需的理论板数越少 反之 吸收因子越大对吸收有利 所需的理论板数越少 反之 亦然 亦然 12 12 13 13 逐级计算法的起点如何确定 适宜的进料板位置如何确定 逐级计算法的起点如何确定 适宜的进料板位置如何确定 计算起点的确定计算起点的确定 对于只有轻非关键组分的物系 馏出液的组成可以准确估计 计算应该从塔顶对于只有轻非关键组分的物系 馏出液的组成可以准确估计 计算应该从塔顶 开始 开始 对于只有重非关键组分的物系 塔釜液的浓度可以准确估计 计算应该从塔底对于只有重非关键组分的物系 塔釜液的浓度可以准确估计 计算应该从塔底 开始 开始 如果进料中既有轻非关键组分 又有重非关键组分 则无论是馏出液或釜液的如果进料中既有轻非关键组分 又有重非关键组分 则无论是馏出液或釜液的 组成都不容易准确估计 可以分别从两端开始往进料级计算组成都不容易准确估计 可以分别从两端开始往进料级计算 适宜进料位置确定方法之二 适宜进料位置确定方法之二 适宜进料位置的近似确定方法是以轻 重关键组分的浓度之比作为精馏效果的适宜进料位置的近似确定方法是以轻 重关键组分的浓度之比作为精馏效果的 准则 当逐级从上向下计算时 要求轻 重关键组分汽相浓度比值降低越快越准则 当逐级从上向下计算时 要求轻 重关键组分汽相浓度比值降低越快越 好 如果满足 好 如果满足 则第则第 j j 级为进料级级为进料级 S jHK jLK R jHk jLK y y y y 1 1 1 1 从下往上计算时 要求轻 重关键组分液相浓度比值增加越快越好 如果满足 从下往上计算时 要求轻 重关键组分液相浓度比值增加越快越好 如果满足 则第则第 j j 级为进料级级为进料级 S jHK jLK R jHk jLK S jHK jLK R jHk jLK x x x x x x x x 1 1 1 1 14 14 影响气液传质设备的生产能力的因素有哪些 影响气液传质设备的生产能力的因素有哪些 液泛液泛 雾沫夹带雾沫夹带 压力降压力降 停留时间停留时间 15 15 实际板和理论板的差异表现在那些地方 这些差异的影响应用什么方法来处实际板和理论板的差异表现在那些地方 这些差异的影响应用什么方法来处 精品文档 4欢迎下载4欢迎下载4欢迎下载 理 理 实际板和理论板的差异实际板和理论板的差异 1 1 理论板假定离开该板的汽 液两相达到平衡 理论板假定离开该板的汽 液两相达到平衡 2 2 理论板上相互接触的汽液两相完全混合 板上液相浓度均一 等于离开该板 理论板上相互接触的汽液两相完全混合 板上液相浓度均一 等于离开该板 溢流液的浓度 溢流液的浓度 3 3 实际板上汽液两相存在不均匀流动 停留时间有明显差异 实际板上汽液两相存在不均匀流动 停留时间有明显差异 4 4 实际板存在雾沫夹带 漏液和液相夹带泡沫现象 实际板存在雾沫夹带 漏液和液相夹带泡沫现象 为考虑上述各种差异的影响 引进了几种效率为考虑上述各种差异的影响 引进了几种效率 1 1 全塔效率 又称为总板效率 全塔效率 又称为总板效率 2 2 MurphreeMurphree 板效率 又称干板效率板效率 又称干板效率 3 3 点效率 点效率 4 4 理论板当量高度 理论板当量高度 HETPHETP 5 5 传质单元高度 传质单元高度 16 16 目前常用的效率有哪几种 影响效率的因素有哪些 目前常用的效率有哪几种 影响效率的因素有哪些 全塔效率全塔效率 默弗里板效率默弗里板效率 点效率点效率 填料塔的等板高度填料塔的等板高度 影响因素 传质速率影响因素 传质速率 流型和混合效应流型和混合效应 雾沫夹带雾沫夹带 物性的影响物性的影响 17 17 精馏过程的不可逆性表现在那些方面 节省精馏过程能耗有哪些措施 精馏过程的不可逆性表现在那些方面 节省精馏过程能耗有哪些措施 精馏过程的不可逆性精馏过程的不可逆性 1 1 流体流动 在流体流动时有压力降 当塔板数较多时 压力降也要加大 同 流体流动 在流体流动时有压力降 当塔板数较多时 压力降也要加大 同 时塔顶釜的温差也会加大 亦即时塔顶釜的温差也会加大 亦即增大增大 净 W 2 2 传热 传热 1 1 一定温度梯度的热量传递 一定温度梯度的热量传递 塔再沸器和冷凝器中介质存在温差 因温差传热过程而引起的有效能损失为塔再沸器和冷凝器中介质存在温差 因温差传热过程而引起的有效能损失为 0 LH LH TT TT QTD 2 2 不同温度物流的直接混合 塔内上升蒸汽与下流液体直接接触产生热交换 不同温度物流的直接混合 塔内上升蒸汽与下流液体直接接触产生热交换 时的温差 是使精馏过程热力学下降的重要因素时的温差 是使精馏过程热力学下降的重要因素 3 3 传质 传质 通过一定浓度梯度的质量传递或不同化学位物流的直接混合 即上升蒸汽与下通过一定浓度梯度的质量传递或不同化学位物流的直接混合 即上升蒸汽与下 流液体进行传质过程时 两相浓度与平衡浓度的差别 流液体进行传质过程时 两相浓度与平衡浓度的差别 节省精馏过程能耗的一些措施 节省精馏过程能耗的一些措施 1 1 有效能的充分回收及利用 有效能的充分回收及利用 2 2 减少过程的净耗功 减少过程的净耗功 3 3 减少质量传递中的浓 减少质量传递中的浓 度梯度 度梯度 4 4 多效精馏 多效精馏 5 5 热泵精馏 热泵精馏y 精品文档 5欢迎下载5欢迎下载5欢迎下载 设计一个脱乙烷塔 从含有 6 个轻烃的混合物中回收乙烷 进料组成 各组分的相对挥发 度和对产物的分离要求见设计条件表 试求所需最少理论板数及全回流条件下馏出液和釜 液的组成 脱乙烷塔设计条件 编号进料组分 mol 1CH45 07 356 2C2H635 02 091 3C3H615 01 000 4C3H820 00 901 5i C4H1010 00 507 6n C4H1015 00 408 设计分离要求 馏出液中 C3H6 浓度 2 5mol 釜液中 C2H6 浓度 5 0mol 解 根据题意 组分 2 乙烷 是轻关键组分 组分 3 丙烯 是重关键组分 而组分 1 甲烷 是轻组分 组分 4 丙烷 组分 5 异丁烷 和组分 6 正丁烷 是重组分 要 用芬斯克公式求解最少理论板数需要知道馏出液和釜液中轻 重关键组分的浓度 即必须 先由物料衡算求出及 D x 2W x 3 取 100 摩尔进料为基准 假定为清晰分割 即 0 4 D x0 5 D x0 6 D x 则根据物料衡算关系列出下表 0 1 W x 编号组分进料 fi馏出液 di釜液 wi 1CH45 05 00 2 C2H6 LK 35 031 893 11 3 C3H6 HK 15 00 9514 05 4C3H820 0 20 00 5i C4H1010 0 10 00 6n C4H1015 0 15 00 100 037 8462 16 用式 3 11 计算最少理论板数 79 6 091 2 lg 05 14 95 0 11 3 89 31 lg m N 精品文档 6欢迎下载6欢迎下载6欢迎下载 为核实清晰分割的假设是否合理 计算塔釜液重 CH4的摩尔数和浓度 000096 0 356 7 05 14 95 0 1 5 79 6 i w 摩尔分率 6 1 1 105 1 Wwx W 同理可计算出组分 4 5 6 在馏出液中的摩尔数和浓度 6448 0 4 d0067 0 5 d0022 0 6 d 017 0 4 D x 4 5 1077 1 D x 5 6 108 5 D x 可见 CH4 i C4H10和 n C4H10按清晰分割是合理的 C3H8按清晰分割略有误差应再行 试差 其方法为将 d4的第一次计算值作为初值重新做物料衡算列表求解如下 编号组分进料 fi馏出液 di釜液 wi 1CH45 05 00 2 C2H6 LK 35 0 35 0 0 05W 0 05W 3 C3H6 HK 15 00 025D 15 0 025D 4C3H820 00 644819 3552 5i C4H1010 0 10 0000 6n C4H1015 0 15 0000 100 0DW 解 D 和 W 完成物料衡算如下 编号组分进料 fi馏出液 di釜液 wi 1CH45 05 00 2 C2H6 LK 35 031 92673 0733 3 C3H6 HK 15 00 963414 0366 4C3H820 00 6448 19 3552 5i C4H1010 0 10 0000 6n C4H1015 0 15 0000 100 038 534961 4651 需核实的数据 再用式 3 11 求 Nm 805 6 091 2 lg 0366 14 9634 0 0733 3 9267 31 lg m N 精品文档 7欢迎下载7欢迎下载7欢迎下载 校核 d4 653 0 901 0 0366 14 9634 0 1 901 0 0366 14 9634 0 20 805 6 805 6 4 d 由于 d4的初值和校核值基本相同 故物料分配合理 精品文档 8欢迎下载8欢迎下载8欢迎下载 1 某原料气组成如下 组分 CH4 C2H6 C3H8i C4H10n C4H10i C5H12n C5H12 n C6H14 y0 摩尔分率 0 7650 045 0 0350 025 0 045 0 0150 0250 045 先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收 平均吸收温 度为 38 压力为 1 013Mpa 如果要求将 i C4H10回收 90 试求 1 为完成此吸收任务所需的最小液气比 2 操作液气比为组小液气比的 1 1 倍时 为完成此吸收任务所需理论板 数 3 各组分的吸收分率和离塔尾气的组成 4 求塔底的吸收液量 解 由题意知 i C4H10为关键组分 由 P 1 013Mpa t 平 38 查得 K关 0 56 P T K 图 1 在最小液气比下 N A关 中关 0 9 0 56 0 9 0 504 关关 AK V L min 2 1 10 504 0 5544 min 1 1 V L V L 99 0 56 0 5544 0 关关 关 VK L A 所以 理论板数为 48 91 99 0log