化工分离工程知识点

1、1. 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。热力学上看物系的自由焓最小；动力学上看相间表观传递速率为零。Ki=yi/xi2. 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:3. 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：?V ?L液相：?LiXifi°L相平衡常数：Ki匕Xi4. 请写出活度系数法计算汽液相平衡常数的

2、关系式，并指出关系式中各个物理量的含义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 在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。NiuN；nC Nr n(C 2) 在装置中某一单元以串联的形式被重复使用，则用Nr以区别于一个这种单元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+2）个等 式。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？ 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

3、除了重关键组分 （HK）之外，没有 其它重组分；釜液中除了轻关键组分（LK）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。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。 一般情况下，LK、HK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。7. 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 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。 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Fenske公式计算Nm。 用Underwood 法计

4、算Rm，并选适宜的操作回流比 R。 确定适宜的进料位置。根据Rm,R,Nm，用Gilliland图求理论板数N8. 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。9. 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

5、差值越大。10. 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离。 不同点：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受 限制；2）共沸剂从塔顶蒸出，萃取剂从塔底出，因此消耗能量多；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，操作比较容易，流程较简单，只用于连续操作；4）同样压力下共沸精馏温度低，适于热敏性物料。11. 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、低的气相量试分板吸收因子对吸收过程的影响 吸收因子A=L/ （VKi ）,吸收因子越大对吸收

6、有利，所需的理论板数越少，反之 亦然。20吸收与蒸乌的异冋点 相同点1）都是分离探作2）苗是气橄两相间传预过程3）可以存同样设备中饌作 不同点吸收原理利用溶解度不直挥垸度不同1第二物相产生方法从外界引入从内部产生1:操作方法吸收-精懦两次次获得相件逵方向单向传展恶向传质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?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组成都不容易准确估计。可以分别从两端

7、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好， 如果满足：里3沁口 则第j级为进料级yHk,j 1 R yHK,j 1 s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:XLK,jXHk,jRXLK ,jXHK,jSS 则第j级为进料级XLK,j 1XHk,j 1 RXLK,j 1XHK,j 1 S14.影响气液传质设备的生产能力的因素有哪些?液泛 雾沫夹带 压力降 停留时间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

8、用什么方法来处理？实际板和理论板的差异1）理论板假定离开该板的汽、液两相达到平衡；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 溢流液的浓度；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；4）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1）全塔效率，又称为总板效率2）Murphree 板效率，又称干板效率3）点效率4）理论板当量高度（HETP）5）传质单元高度16. 目前常用的效率有哪几种？影响效率的因素有哪些?全塔效率默弗里板效率点效率填料塔的等板高度影响因素：传质速率 流型和混合效应 雾沫夹带 物性的影响17. 精

9、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 时塔顶釜的温差也会加大，亦即 W净增大2）传热（1）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D QTo（TH Tl）IhTL（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时的温差，是使精馏过程热力学下降的重要因素3）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：1）有效能的

10、充分回收及利用；2）减少过程的净耗功；3）减少质量传递中的浓度梯度（y ）； 4）多效精馏；5 ）热泵精馏 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%1CH45.07.3562C2H 635.02.0913C3H615.01.0004C3H820.00.9015i-C 4H1010.00.5076n-C 4 H1015.00.408设计分离要求馏出液中C3H6浓度W2.5mol%釜液中 C2H6 浓度W5.0mol%解：根据题意，

11、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X2,d及X3W。取100摩尔进料为基准。假定为清晰分割，即X4,d 0 , X5,d 0 , X6,d 0 ,Xi,w 0，则根据物料衡算关系列出下表：号组分进料，fi馏出液，di釜液，Wi1CH 45.05.002C2H6 (LK)35.031.893.113C3H6 (HK)15.00.9514.054C3H820.0一20.005i-

12、C4H1010.0一10.006n-C 4H1015.0一15.00100.037.8462.16用式（3-11 ）计算最少理论板数:Nmlg31.893.110.9514.05lg 2.0916.79为核实清晰分割的假设是否合理，计算塔釜液重CH 4的摩尔数和浓度:wi0.9514.057.3566.790.000096X1,w W1 /W 1.5 106(摩尔分率)同理可计算出组分 4 , 5，6在馏出液中的摩尔数和浓度：d40.6448，d50.0067，d60.00224X4, d 0.017 ， X5, d 1.77 10 ， X6 ,d5.8 10C3H8按清晰分割略有误差应可见，

13、CH4、i-C4H10和n C4H10按清晰分割是合理的。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，W i1CH45.05.002C2H6 (LK)35.035.0 0.05W0.05W3C3H6 (HK)15.00.025D15 0.025D4C3H820.00.644819.35525i-C4H1010.0一10.00006n-C 4H1015.0一15.0000100 0DW解D和W完成物料衡算如下：编号组分进料fi馏出液 d i釜液W i-/11IJ J“JUL.丿 J1CH 45.05.00一2C2H6 (LK)3

14、5.031.92673.07333C3H6 (HK)15.00.963414.03664C3H820.00.6448*19.3552*5i-C 4H1010.0一10.00006n-C 4H1015.0一15.0000100 038 534961 4651*需核实的数据再用式（3-11 ）求Nm:校核d4:Nm31.92670.96343.073314.0366lg 2.0916.805d4200.963414.03660.9016.8050.963414.03660.9016.8050.653由于d4的初值和校核值基本相同，故物料分配合理。1某原料气组成如下：组分CH4C2H6 C3H8i-

15、C4Hio n-C4H10i-C5Hi2 n-C 5H12n-C 6H14yo(摩尔分率)0.765 0.0450.0350.0250.045 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 C,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。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。各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。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 C查得 K 关=0.56 (P-T-K 图

16、)(1)在最小液气比下 N= %, A关=中关=0.9(LV)min K关A关=0.560.9=0.504 LV 1. 1( LV )min =1.10.504=0.55440. 55440. 560. 99LA关K关V关所以理论板数为/ Alog ( 1Nlog Alog(0. 990. 9)1乂-919. 48log 0. 99(3)它组分吸收率公式Ai ,VKiA, 1A计算结果如下:组分进料量相平衡常数KiAii被吸收量塔顶尾气数量组成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.140.140.6683.8340.04888C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C 4H104.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-C5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C 6H144.50.0569.91.004.5000.00.