03多级分离习题课

1、1.单元设计变量单元设计变量einevnecn=+2.装置设计变量装置设计变量数数出出能进能进数数出出功进功进）（)()(2+ + + += =cn 包括：物料平衡式；能量平衡式；相平衡关系式；包括：物料平衡式；能量平衡式；相平衡关系式；化学平衡式；其它相等条件化学平衡式；其它相等条件ecnevnucnrneinuin式式连连接接单单元元间间物物流流产产生生等等重重复复使使用用的的单单元元数数 + += = 3.精馏装置郭氏法计算设计变量精馏装置郭氏法计算设计变量固定设计变量数固定设计变量数nxu ：1)进料变量数进料变量数2)装置中具有不同的压力数装置中具有不同的压力数可调设计变可调设计变n

2、au :1)串级单元数目串级单元数目2)分配器的数目分配器的数目3)侧线采出单元数目侧线采出单元数目4)传热单元数目传热单元数目在塔釜回收率在塔顶回收率关键组分的回收率jfxwxifxdxfjwjwjfididi=4.清晰分割清晰分割假设假设lnk全部从塔顶采出；全部从塔顶采出； 假设假设hnk全部从塔釜采出。全部从塔釜采出。塔顶塔釜同时出现的组分塔顶塔釜同时出现的组分分配组分分配组分只在塔顶或塔釜出现的组分只在塔顶或塔釜出现的组分非分配组分非分配组分5.分配组分和非分配组分分配组分和非分配组分6.最小回流比最小回流比采用采用underwood法计算：法计算： 该法假设：该法假设：1.恒摩尔流

3、恒摩尔流 2. 在全塔可看成常数在全塔可看成常数hia a)33(1)33(1)(,bqxarxrifirimrimdiri = = + += = a aa a a aa a式中：式中： i 对基准组分对基准组分 r 的相对挥发度的相对挥发度ria ami,dx( ) 最小回流比操作下，最小回流比操作下，i 的摩尔分数，的摩尔分数， dimdixx,)( 7.最少理论板数最少理论板数）（）（）（用摩尔浓度表示：用摩尔浓度表示：83lglgabwbadbamxxxxna a= =）（）（）（量表示：量表示：用摩尔量、体积量、重用摩尔量、体积量、重113lglgabbamwdwdna a= =）（

4、）（）（不用对数表示：不用对数表示：123bmabawdnwda a= =1.由工艺要求选由工艺要求选lk，hk，物料分配得出，物料分配得出widixxwd,、进进料料位位置置、确确定定方方程程求求法法求求：泡泡点点方方程程试试差差求求取取：露露点点方方程程试试差差求求取取的的求求取取、及及、釜釜顶顶釜釜顶顶nrnfenskerunderwoodppkkttttmmsrsiririri.5.4.3.2= = =a aa a8、简捷计算法步骤：、简捷计算法步骤： 原溶液加新组分后形成最低共沸物从塔顶采出。原溶液加新组分后形成最低共沸物从塔顶采出。 共沸精馏共沸精馏，s为共沸剂为共沸剂 原溶液加新

5、组分后不形成共沸物且原溶液加新组分后不形成共沸物且s沸点最沸点最高，从塔釜采出高，从塔釜采出 萃取精馏，萃取精馏，s为萃取剂或溶剂为萃取剂或溶剂9、共沸精馏和萃取精馏、共沸精馏和萃取精馏的选择性。为溶剂定义：）（）（sxaaaxlnsssssaaaa2632111221=10、萃取剂的选择性、萃取剂的选择性11、如何提高萃取剂的选择性（课前已经总结过，此略）、如何提高萃取剂的选择性（课前已经总结过，此略）)453(1)1( = =ssxdlsx 整理：整理：）（提提馏馏段段：同同理理：4731)1( + + = =ssxwlsx 的的釜釜产产量量不不包包括括sw12、萃取剂的浓度分布（三个重点

6、）、萃取剂的浓度分布（三个重点）13、共沸精馏、共沸精馏sssspppp12212211121=a：14、吸收分析（上次课已经总结，此略）、吸收分析（上次课已经总结，此略）15、吸收的简捷计算法、吸收的简捷计算法111=+nnaaan时：当aaa= = 111有：有：naan用来求用来求)823(1lg1lg = = minminminmin)(22 . 1)()()(vlvlkavlvlvln vlkmk）（的计算的计算 = = =非关键组分关键组分的计算ikkakavlvklaaiikkkk=16、化学吸收的特点和类型、化学吸收的特点和类型u设计变量的计算设计变量的计算u清晰分割计算清晰分

7、割计算u精馏塔简捷法计算理论板数精馏塔简捷法计算理论板数u共沸计算共沸计算u吸收计算吸收计算一、填空一、填空1.1.对单相物流的独立变量数为（对单相物流的独立变量数为（ ），对相平衡物流的），对相平衡物流的独立变量数为（独立变量数为（ ）。）。答案：答案：c+2c+2；c+2c+22.2.在设计变量中，分为（在设计变量中，分为（ ）和（）和（ ）。）。答案：固定设计变量；可调设计变量答案：固定设计变量；可调设计变量3.3.设计变量是指在计算前，必须由设计者（设计变量是指在计算前，必须由设计者（ ）变量。）变量。答案：指定答案：指定4.4.一个装置的设计变量的确定是将装置分解为若干进行一个装置的

8、设计变量的确定是将装置分解为若干进行（ ），由（），由（ ）计算出装置的设计变量数。）计算出装置的设计变量数。答案：简单过程的单元；单元的设计变量数答案：简单过程的单元；单元的设计变量数6.6.萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（ ）。）。5.5.在塔顶和塔釜同时出现的组分为（在塔顶和塔釜同时出现的组分为（ ）。）。答案：分配组分答案：分配组分 7.7.采用液相进料的萃取精馏时，为使萃取的浓度在全塔采用液相进料的萃取精馏时，为使萃取的浓度在全塔内为一恒定值，所以在（内为一恒定值，所以在（ ）答案：萃取剂回收段答案：萃取剂回收段答案：进料时补加一定的萃取剂答案：进

9、料时补加一定的萃取剂8.8.要提高萃取剂的选择性，可（要提高萃取剂的选择性，可（ ）萃取剂的浓度。）萃取剂的浓度。答案：增大答案：增大9.9.当原料液为非理想性较强的物系，则加入萃取剂主要当原料液为非理想性较强的物系，则加入萃取剂主要起（起（ ）作用。）作用。答案：稀释答案：稀释10.10.吸收因子吸收因子a a的值随着温度的提高而（的值随着温度的提高而（ ），随着压），随着压力的升高而（力的升高而（ ）。）。答案：减小；增大答案：减小；增大11.11.吸收有（吸收有（ ）关键组分，这是因为（）关键组分，这是因为（ ）的缘故。）的缘故。答案：答案：1 1个；单向传质个；单向传质12.12.吸收

10、过程只有在（吸收过程只有在（ ）的条件下，才能视为恒摩尔流。）的条件下，才能视为恒摩尔流。答案：贫气吸收答案：贫气吸收13.13.吸收因子定义式为（吸收因子定义式为（ ），其值可反映吸收过程的），其值可反映吸收过程的（ ）。）。答案：答案：a=l/kva=l/kv；吸收分离的难易程度；吸收分离的难易程度一、选择一、选择1.1.设计变量就是（设计变量就是（ ）。）。答案：答案：d da.a. 设计时所涉及的变量数；设计时所涉及的变量数；b.b.约数数；约数数； c.c.独立变量数与约束数的和；独立变量数与约束数的和； d.d.独立变量数与约束数的差独立变量数与约束数的差2.2.常规精馏过程，可调

11、设计变量数为（常规精馏过程，可调设计变量数为（ ）。）。a. 5a. 5个；个； b. 4b. 4个；个； c. 1c. 1个；个； d. 2d. 2个个3.3.每一单股进料均有（每一单股进料均有（ ）个设计变量。）个设计变量。a. ca. c； b. c+1b. c+1； c. c+2c. c+2； d.c+3d.c+3答案：答案：a a答案：答案：c c4.4.如果二元物系，如果二元物系，1 1 1 1，2 1 1，则此二元物系所形，则此二元物系所形成的溶液一定是（成的溶液一定是（ ）。）。a. a. 正偏差溶液正偏差溶液 b. b. 理想溶液理想溶液 c. c. 负偏差溶液负偏差溶液 d

12、.d.不确定不确定5.5.当萃取精馏的进料是饱和汽相时，萃取剂的加入位置是当萃取精馏的进料是饱和汽相时，萃取剂的加入位置是（ ）。）。a.a. 从塔的中部进入从塔的中部进入 b.b.塔顶第一级加入塔顶第一级加入c.c.塔顶几个级以下进入塔顶几个级以下进入 d.d.进料位置不重要进料位置不重要6.6.如果二元物系，如果二元物系，a a1212=0=0，a a2121=0=0，则此二元物系所形成的溶，则此二元物系所形成的溶液一定是（液一定是（ ）。）。a. a. 正偏差溶液正偏差溶液 b.b.理想溶液理想溶液 c.c.负偏差溶液负偏差溶液 d.d.不确定不确定答案：答案：a a答案：答案：c c答

13、案：答案：b b7.7.多组分精馏过程，当进料中的非分配组分只有重组分而多组分精馏过程，当进料中的非分配组分只有重组分而无轻组分时，恒浓区出现于（无轻组分时，恒浓区出现于（ ）。）。a.a.上恒浓区出现于精馏段中部，下恒浓区出现于进料级下；上恒浓区出现于精馏段中部，下恒浓区出现于进料级下；b.b.恒浓区出现于进料级上下；恒浓区出现于进料级上下；c.c.上恒浓区在进料级上，下恒浓区出现于提馏段中部；上恒浓区在进料级上，下恒浓区出现于提馏段中部；d.d.上、下恒浓区分别出现于精馏段和提馏段中部。上、下恒浓区分别出现于精馏段和提馏段中部。8.8.全回流操作不能用于（全回流操作不能用于（ ）。）。a.

14、a.正常生产稳定过程；正常生产稳定过程； b.b.开车时；开车时； c.c.当产品不合格时进行调节当产品不合格时进行调节 d.d.实验室研究传质过程实验室研究传质过程答案：答案：a a答案：答案：a a9.9.全回流操作时，精馏塔进料全回流操作时，精馏塔进料f f、馏出液、馏出液d d和釜液和釜液w w的流率的流率应为（应为（ ）。）。a.a. w=0w=0，d=0d=0， f=0f=0； b. w=0b. w=0，d=0d=0， f 0f 0c. w0c. w0，d0d0， f0f0； d. w=0d. w=0，d0d0， f0f010.10.平衡常数较大的组分是（平衡常数较大的组分是（ ）

15、。）。a.a.难吸收的组分；难吸收的组分； b.b.次较轻组分；次较轻组分；c.c.挥发能力大的组分；挥发能力大的组分； d.d.吸收剂中溶解度大的组分。吸收剂中溶解度大的组分。答案：答案：a a答案：答案：a a11.11.易吸收组分主要在塔的什么位置被吸收（易吸收组分主要在塔的什么位置被吸收（ ）。）。a.a. 塔顶级；塔顶级；b.b.进料级；进料级；c. c. 塔底级；塔底级；d. d. 全塔平均吸收全塔平均吸收12. 12. 当体系的当体系的yiyi*时时( )( )。a.a.发生解吸过程；发生解吸过程； b.b.发生吸收过程；发生吸收过程；c.c.发生精馏过程；发生精馏过程； d.d

16、.没有物质的净转移。没有物质的净转移。答案：答案：c c答案：答案：b b二、简答题二、简答题1.1.简述用简捷法求普通精馏过程理论级数的步骤。简述用简捷法求普通精馏过程理论级数的步骤。2.2.叙述恒沸剂选择的原则。叙述恒沸剂选择的原则。3.3.如何提高萃取剂的选择性？如何提高萃取剂的选择性？4.4.与精馏过程相比，吸收过程有哪些突出特点？与精馏过程相比，吸收过程有哪些突出特点？5.5.精馏有两个关键组分，而吸收有一个关键组分，为什么？精馏有两个关键组分，而吸收有一个关键组分，为什么？6.6.什么条件下，在精馏段和提馏段的萃取剂摩尔浓度相等？什么条件下，在精馏段和提馏段的萃取剂摩尔浓度相等？7

17、.7.萃取精馏中，是否增大回流比，有利于提高萃取效率？为萃取精馏中，是否增大回流比，有利于提高萃取效率？为什么？什么？三、计算题三、计算题1. 某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为， ，端值常数与温度的关系：a=1.7884-4.25 10-3t (t，k) 蒸汽压方程为 (p：kpa：t：k) 假设汽相是理想气体，试问99.75kpa时系统形成哪种共沸物？共沸温度是多少？221lnax=212lnax=tps40500826.16ln1=tps40503526.16ln2=解：设t为350k则a=1.7884-4.25 10-3 350=1.7884-1.4875=0.3009 ； =9

18、1.0284 kpa ； =119.2439 kpa35040500826.16ln1=sp35040503526.16ln2=spsp1sp1因为在恒沸点sspp1221=）（）（1212221212121lnlnlnlnxaxxappss=）（1213009. 02439.1190284.91lnx=解得： x1=0.9487 x2=0.0513210513. 03009. 0ln=1=1.0008229487. 03009. 0ln=2=1.3110p= =1.0008 0.9487 91.0284+1.3110 0.0513 119.2439=95.0692 kpasiiipx75.9

19、9设t为352k则a=1.7884-4.25 10-3 352=0.2924sp1=97.2143 kpasp2=127.3473 kpa35240500826.16ln1=sp35240503526.16ln2=sp）（12121lnxappss=解得： x1 =0.9617 x2 =1-0.9617=0.03831=1.0004 2=1.3105）（1212924. 03473.1272143.97lnx=210383. 02924. 0ln=229617. 02924. 0ln=p= =1.0004 0.9617 97.2143+1.3105 0.0383 127.3473=99.920

20、2kpa kpasiiipx75.99说明系统形成共沸物，其共沸温度为352k。31. 16738.7513.9912=ssppssppp21,故形成最低沸点恒沸物，恒沸物温度为344.5k。2.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。求：总变量数nv;有关变量的独立方程数nc；设计变量数ni;固定和可调设计变量数nx , na；对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？ v-2fzitfpfv , yi ,tv , pvl , xi , tl , pl习题5附图思路：思路：总变量数总变量数nv=3(c+2)=3c+6nv=3(c+2)=3c+6独立方程数独立方程数ncnc物料衡

21、算式物料衡算式 c c个个 热量衡算式热量衡算式 1 1个个 相平衡组成关系式相平衡组成关系式 c c个个平衡温度等式平衡温度等式 1 1个个平衡压力等式平衡压力等式 1 1个个共共2c+32c+3个个故设计变量故设计变量ni=nv-ni=3c+6-(2c+3)=c+3ni=nv-ni=3c+6-(2c+3)=c+3固定设计变量nxc+2,加上节流后的压力，共c+3个 可调设计变量na0 解：nv = 3 ( c+2 )nc 物 c 能 1 相 c 内在(p，t) 2 nc = 2c+3ni = nv nc = c+3nxu = ( c+2 )+1 = c+3nau = c+3 ( c+3 )

22、 = 0 3. 3. 具有单进料和采出全凝器的精馏塔，若以新鲜蒸汽直具有单进料和采出全凝器的精馏塔，若以新鲜蒸汽直接进入塔底一级代替再沸器分离乙醇和水混合物。假设固接进入塔底一级代替再沸器分离乙醇和水混合物。假设固定进料，绝热操作，全塔压力为常压，并规定塔顶乙醇的定进料，绝热操作，全塔压力为常压，并规定塔顶乙醇的浓度，求：（浓度，求：（1 1）设计变量数是多少？（）设计变量数是多少？（2 2）若完成设计，）若完成设计，你想推荐哪些变量？你想推荐哪些变量？ 解：解：nxu 进料进料 c+2=4 水蒸气水蒸气 c+2=3 压力压力 1 4+3+1=8nau 串级单元串级单元 2 分配器分配器 1

23、侧线采出侧线采出 0 传热单元传热单元 12+1+0+1=4但因已经塔顶乙醇浓度，所以但因已经塔顶乙醇浓度，所以nau-1niu = nxu+nau = 8+3=11nxu：进料的流量、乙醇的组成、温度、压力、水蒸气：进料的流量、乙醇的组成、温度、压力、水蒸气 的流的流量、温度、压力，塔压。量、温度、压力，塔压。nau：n、n进料、进料、r进料，227k，2068kpa 组分n2c1c2c3c4c5c6kmol/h1.054.467.6141.154.756.033.3塔顶产物塔底产物92习题6附图4.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求：1)设计变更量数是多少？2)如果有，请指出哪些附加变量需要规定？ 解： nxu 进料 c+2 压力 9c+11=7+11=18附加变量：总理论板数。nau=串级数+传热单元数=1+1=2但n已经定下来，所以要减去1.niu= nxu + nau=18+（2-1）=19(2）nxu：进料组成6个，f、温度tf、压力pf，各级压力9个，共18个； nau：请关键组分的回收率，重关键组分的回收率；或者xd,hk,xw,lk若忽略压力降时nxu=c+2+1=7+2+1=10niu= nxu + nau=10+（2-1）=115.在一精馏塔中分离苯(b)