化工分离工程重点

精品文档 1欢迎下载 化工分离工程复习题 第一章 1 求解分子传质问题的基本方法是什么 1 分子运动理论 2 速率表示方法 绝对 平均 3 通量 2 漂流因子与主体流动有何关系 p pBM反映了主体流动对传质速率的影响 定义为 漂流因子 因 p pBM 所以漂流因 数 p pBM 1 这表明由于有主体流动而使物质 A 的传递速率较之单纯的分子扩散要大一些 3 气体扩散系数与哪些因素有关 一般来说 扩散系数与系统的温度 压力 浓度以及物质的性质有关 对于双组分气体 混合物 组分的扩散系数在低压下与浓度无关 只是温度及压力的函数 4 如何获得气体扩散系数与液体扩散系数 测定二元气体扩散系数的方法有许多种 常用的方法有蒸发管法 双容积法 液滴蒸发 法等 液体中的扩散系数亦可通过实验测定或采用公式估算 5 描述分子扩散规律的定律是费克第一定律 6 对流传质与对流传热有何异同 同 传质机理类似 传递的数学模型类似 数学模型的求解方法和求解结果类似 异 系数差异 传质 分子运动 传热 能量过去 7 提出对流传质模型的意义是 对流传质模型的建立 不仅使对流传质系数的确定得以简 化 还可以据此对传质过程及设备进行分析 确定适宜的操作条件 并对设备的强化 新 型高效设备的开发等作出指导 8 停滞膜模型 溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么 各模型求得的传质系数与扩 散系数有何关系 其模型参数是什么 精品文档 2欢迎下载 停滞膜模型 要点 当气液两相相互接触时 在气液两相间存在着稳定的相界面 界 面两侧各有一个很薄的停滞膜 溶质 A 经过两膜层的传质方式为分子扩散 在气液相界 面处 气液两相出于平衡状态 在两个停滞膜以外的气液两相主体中 由于流体的强烈 湍动 各处浓度均匀一致 关系 液膜对流传质系数 k G D RTzG 气膜对流传质系数 k L D zL对流传质系数可通过分子扩散系数 D 和气膜厚度 zG或液膜厚度 zL来计算 模型 参数 组分 A 通过气膜扩散时气膜厚度为模型参数 组分 A 通过液膜扩散时液膜厚度为模 型参数 溶质渗透模型 要点 液面是由无数微笑的流体单元所构成 当气液两相出于湍流状 态相互接触时 液相主体中的某些流体单元运动至界面便停滞下来 在气液未接触前 液 体单元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等 接触开始后 相界面处立即达到与气相平衡 状态 随着接触时间的延长 溶质 A 通过不稳态扩散方式不断地向液体单元中渗透 液体单元在界面处暴露的时间是有限的 经过时间 c 后 旧的液体单元即被新的液体单 元所置换而回到液相主体中去 在液体单元深处 仍保持原来的主体浓度不变 液体单 元不断进行交换 每批液体单元在界面暴露的时间 c 都是一样的 关系 kcm 2 D c 1 2对流传质系数可通过分子扩散系数 D 和暴露时间 c计算 模型参数 暴露时间 表面更新模型 要点 溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程 界面上液体单 元有不同的暴露时间或称年龄 界面上各种不同年龄的液体单元都存在 不论界面上液 体单元暴露时间多长 被置换的概率是均等的 单位时间内表面被置换的分率称为表面更 新率 用符号 S 表示 关系 kcm DS 1 2对流传质系数可通过分子扩散系数 D 和表面更新 率 S 计算 模型参数 表面更新率 9 对流传质系数有哪几种求解方法 其适用情况如何 对流传质系数的分析解法和类比解法 仅适用于一些较为简单的传质问题 由于传质设 备的结构各式各样 传质机理 尤其是湍流下的传质机理又极不完善 所以目前设计上还 要靠经验方法 即通过实验整理出来的对流传质系数关联式来计算对流传质系数 10 雷诺类比有何意义 雷诺类比把整个边界层作为湍流区处理 但根据边界层理论 在湍流边界层中 紧贴壁面 总有一层流内层存在 在层流内层进行分子传递 只有在湍流中心才进行涡流传递 故雷 诺类比有一定的局限性 第二章 1 温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响 精品文档 3欢迎下载 加压和降温有利于吸收操作 因为加压和降温可提高气体溶质的溶解度 2 亨利定律的适用条件是在一定温度小 当总压不很高时 3 传质推动力的表达方式 气相组成差 y y ye 液相组成差 x xe x 气相分压差 p p pe以液相组成差 c ce c 4 相平衡关系在吸收过程中的作用 可以判断传质进行的方向 确定传质推动力的大小 指明传质过程所能达到的极限 5 如何判断吸收过程是属于哪种过程控制 对于易溶气体 H 值很大 1 HkL 1 kG 此时传质总阻力的绝大部分存在于气膜之中 吸收的总推动力主要用来克服气膜阻力 这种情况称为气膜控制 对于难容气体 H 值很 小 H kG 关键组分 重组分 18 常用解吸方法有哪些 精品文档 5欢迎下载 答 1 气提解吸 以空气 氮气 二氧化碳作载气 又称为惰性气体气提 以水蒸气 作载气 同时又兼作加热热源的解吸常称为汽提 以吸收剂蒸汽作为载气的解吸 2 减压解吸 3 加热解吸 4 加热 减压解吸 19 选择吸收剂有哪些基本原则 答 1 溶解度 吸收剂对溶质组分的溶解度要大 这样可以提高吸收速率并减少吸收 剂的耗用量 2 选择性 吸收剂对溶质组分要有良好的吸收能力 而对混合气体中的 其他组分无吸收或吸收甚微 否则不能直接实现有效的分离 3 挥发度 操作温度下吸收剂的蒸汽压要低 因为吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和 吸收剂的挥发度越高 其损失量便越大 4 黏度 吸收剂在操作温度下的黏度越低 其在塔内的流动性越好 这有助于传质速 率和传热速率的提高 5 所选用的吸收剂还应尽可能满足无毒性 无腐蚀性 不易燃易爆 不发泡 冰点低 价廉易得以及化学性质稳定等要求 20 什么情况下选择化学吸收 答 净化或精制气体 制取某种气体的液态产品 分离混合气体以回收所需组分 工业 废气的治理 第三章 1 多组分精馏如何计算泡点 露点 1 泡点及平衡气相组成的计算 因 y1 y2 yn 1 将其带入 ki yi xi 可得 MERGEFORMAT 要应用试差 法 即先假设泡点 根据已知的压力和所设的温度 求出所设的温度 求出平衡常数 再 核对 MERGEFORMAT 是否等于 1 若是 则所设的泡点正确 否则应另设温度 重复上面的计算 直至 MERGEFORMAT 1 为止 此时的温度和气相温度即为所 求 精品文档 6欢迎下载 2 露点和平衡液相组成的计算 因 x1 x2 xn 1 将其带入 ki yi xi 可得 MERGEFORMAT 应用试差法 也可用相对挥发度法 2 多组分精馏如何确定关键组分 在待分离的多组分溶液中 选取工艺中最关心的两个组分 规定它们在塔顶和塔底产品中 的组成或回收率 那么在一定的分离条件下 所需的理论板层数和其他组分的组成也随之 而定 由于所选定的两个组分对多组分溶液的分离起控制作用 故称它们为关键组分 其 中挥发度高的那个组分称为轻关键组分 挥发度低的称为重关键组分 3 何为清晰分割 何为非清晰分割 清晰分割 若两关键组分的相对挥发度相差较大 且两者为相邻组分 此时可认为比重关 键组分还重的组分全部在塔底产品中 比轻关键组分还轻的组分全部在塔顶产品中 这种 情况称为清晰分割 非清晰分割 若两关键组分不是相邻组分 则塔顶和塔底产品中必有中间组分 或者 若 进料中关键组分的相对挥发度与关键组分的相差不大 则塔顶产品中就含有比重关键组分 还重的组分 塔底产品中就会含有比轻关键组分还轻的组分 上述两种情况称为非清晰分 割 4 多组分精馏如何确定最小回流比 恩德伍德公式 MERGEFORMAT MERGEFORMAT MERGEFORMAT 先用试差法求出 再求出 Rmin 5 多组分精馏如何进行进料板位置确定计算 仿照两组分精馏计算中所采用的方法 若为泡点进料 则用经验公式计算 MERGEFORMAT 2 精品文档 7欢迎下载 第四章 1 塔板有哪些主要类型 塔板可分为 降液管式塔板和无降液管式塔板 降液管式塔板 泡罩塔板 筛孔塔板 浮阀塔板 喷射型塔板 舌型塔板 浮舌塔板 斜 孔塔板 2 板式塔的流体力学性能包括哪些方面 塔板上气液两相的接触状态 1 鼓泡接触状态 2 蜂窝状接触状态 3 泡沫接触状态 4 喷射接触状态 气体通过塔板的压降 塔板上的液面落差 3 异常操作现象 是如何形成的 塔板的异常操作现象包括漏液 液泛和液沫夹带 漏液 形成原因 气速太小和板面上液面落差所引起的气流分布不均匀 在塔板液体入 口处 液层较厚 往往出现漏液 液沫夹带 形成原因 上升气流穿过塔板上层时 必然将部分液体分散成微小液滴 气体夹带着这些液滴在板间的空间上升 如液滴来不及沉降分离 则将随气体进入上层塔 板 这就是液沫夹带现象 影响雾沫夹带量的因素很多 最主要的是空塔气速和塔板间距 空塔气速减小及塔板间距增大 可使液沫夹带量减小 液泛 形成原因 液泛的形成与气液两相的流量有关 对一定的液体流量 气速过大会 形成液泛 反之 对一定的气体流量 液量过大可能发生液泛 还与塔板结构 特别是塔 板间距等参数有关 4 评价踏板性能的指标有哪些方面 开发新型塔板应考虑哪些问题 性能指标 生产能力大 即单位塔截面上气体和液体的通量大 踏板效率高 即完成一定的分离任务所需的板数少 压降低 即气体通过单板的压降低 能耗低 精品文档 8欢迎下载 操作弹性大 当操作的气液负荷波动时仍能维持板效率的基本稳定 结构简单 制造维修方便 造价低廉 新型塔板应满足高效率 大通量 高操作弹性 低压力降的要求 5 塔板负荷性能图的构造如何 雾沫夹带线 液相负荷下限线 漏液线 液相负荷上限线 液泛线 6 填料有哪些主要类型 散装填料 1 拉西环填料 2 鲍尔环填料 3 阶梯环填料 4 弧鞍填料 5 矩鞍填料 6 金属环矩鞍 填料 7 球形填料 规整填料 1 格栅填料 2 波纹填料 3 脉冲填料 7 填料的几何特性包括哪些参数 精品文档 9欢迎下载 填料的几何特性主要包括 比表面积 空隙率 填料因子 8 填料塔吸收塔泛点速度如何确定 填料的泛点气速由贝恩 霍根关联式进行计算 埃克特通用关联图 第五章 1 萃取操作的基本原理是什么 在液体混合物中加入一个与基本不相混溶的液体作为溶剂 造成第二相 利用原料液中各 组分在两个液相之间的分配关系来分离液体混合物 2 共轭相 联结线 临界混溶点 辅助曲线各表示何意义 曲线以内的区域为两相区 以外的区域为均相区 位于两相区内的混合物分为两个互相平 衡的液相 称为共轭相 联结两共轭液相组成的直线称为联结线 辅助曲线与溶解度曲线相交 得交点 P 通过 P 点的联结线无限短 即该点所代表的平衡 液相无共轭相 相当于该系统的临界状态 故该点 P 为临界混溶点 辅助曲线 通过已知点 R1 R2 等分别作底边 BS 的平行线 再通过相应联结线的另一端点 E1 E2 等分别作左侧边 AB 边的平行线 这些平行线分别交与 F G 联接这些点所得 平滑曲线即为辅助曲线 3 分配系数和选择性系数各表示什么意义 分配系数 ka ya xa 分配系数 ka表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系 Ka 值越大 萃取分离的效果越好 Ka 值与联结线的斜率有关 同一物系 ka值随温度和组成而变 选择性系数 ka kb ka kb为组分 A B 的分配系数 选择性系数为组分 A B 的分配系数之比 若 1 则 A B 组分能分离 且 越大 越 易分离 若 1 则 A B 组分不能用此萃取剂分离 4 溶解度曲线和分配曲线有何联系 精品文档 10欢迎下载 以溶解度曲线上的萃余相 R 中组分 A 的质量分数 xa 为横坐标 以萃取相 E 中组分 A 的质量 分数为纵坐标 则可以在 x y 直角坐标图上得到表示这一对共轭相组成的点 每一对共轭 相可得一个点 将这些点相连接即可得分配曲线 分配曲线表达了溶质 A 在互成平衡的 E 相与 R 相中的分配关系 5 单级萃取如何计算 6 多级错流萃取有何特点 1 每一级均加入新鲜萃取剂 2 萃取后的萃取相作为下一级的原料液 3 多级错流 萃取的总溶剂用量等于各级溶剂用量之和 4 一般各级溶剂用量均相等 7 多级错流萃取的级数如何计算 1 B 与 S 部分互溶 2 B 与 S 不互溶 n ln XF YS K Xn YS K ln 1 Am 8 多级逆流萃取如何计算 n ln 1 1 Am XF YS K Xn YS K 1 Am lnAm 9 为强化萃取传质过程采取哪些措施 脉冲 振荡 转盘 10 膜分离原理如何 膜分离过程是利用流体混合物中组分在特定的半透膜中迁移速度的不同 经半透膜的渗透 作用 改变混合物的组成 达到组分间的分离 原料混合物通过膜后被分离成一个截留 物和一个透过物 通常原料混合物 截留物 透过物为液体或气体 半透膜可以是薄的均 质聚合物膜 也可以是多孔聚合物 陶瓷或金属材料的薄膜 有时在膜的透过物一侧加入 一个吹扫流体以帮助移除透过物 11 超临界萃取原理是什么 超临界流体萃取 又称超临界萃取 压力流体萃取 超临界气体萃取 它是以高压 高密 度的超临界状态流体为溶剂 从液体或固体中萃取所需的组分 然后采用升温 降压或二 者兼用和吸