化工分离工程知识点

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始 最小；动力学上看相间表观传递速率为零。Ki=yi反i2 .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，是个嫡减小的过程，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。yi yj分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度。定义式：口 j =一；一xi xj3 .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汽相：？V=?VP 液相：？L = iXifiOLOL相平衡常

2、数：Ki =% =fXi7 P4 .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。 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。因此必须从总变量中减去那些多余各个单元是依靠单元之间的物流而联结成一个装置,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：

3、清晰分割法指的是多组分精储中储出液中除了重关键组分 （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储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

4、。 用Underwood法计算Rm ,并选适宜的操作回流比 R。 确定适宜的进料位置。根据Rm,RNm,用Gilliland 图求理论板数N。8 .萃取精储中，萃取剂在何处加入？为何？答：在萃取精储塔顶下几块理论板、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 取精储塔顶带出，起到回收溶剂的作用。9 .简述萃取精储过程中塔内流率分布特点。答：萃取精储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

5、料流率，且溶剂挥发性越大，两者差值越大。10 .萃取精储和共沸精储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，使其可以用精储方法分离。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）共沸精储受组成限制，操作条件比较苛刻，萃取精储可在较大范围变化，操作比较容易， 流程较简单，只用于连续操作；4）同样压力下共沸精储温度低，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

6、）,吸收因子越大对吸收有利，所需的理论板数越少，反之亦然。12 .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，储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，则无论是储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储效果的准则，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：r z 、yLKjH

7、 > IL上则第j级为进料级yHk,j 书 JR 1yHK ,j 1 1s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,j I<XHK,j L二 S则第j级为进料级XLK , j 4/ 、XLK,j <lXHk，j 卡XLK,j 书 jXHk,j 书 JR xHK,j 中 咫13 .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

8、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（HETP5）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 .精储过程的不可逆性表现在那些方面，节省精储过程能耗有哪些措施。精储过程的不可逆性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

9、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（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，是使精储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。节省精储过程能耗的一些措施：1）有效能的充分回收及利用；2）减少过程的净耗功；3）减少质量传递中的浓度梯度（Ay）;4）多效精储；5）热泵精储设计一个脱乙烷塔，从含有6个轻姓的混合物中回收乙烷，进料组成、各组分的

10、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 条件下储出液和釜液的组成。脱乙烷塔设计条件编号进料组分mol %1CH5.07.356235.02.0913CH15.01.000420.00.9015i-C 4H010.00.5076n-C4H015.00.408设计分离要求储出液中C3H摊度<2.5mol %釜液中C2H摊度<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储出

11、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x3,W。取100摩尔进料为基准。假定为清晰分割，即x4 D电0 , x5D0 , x6 D球0 , ,xi,w -0,则根据物料衡算关系列出下表：编号组分进料，fi储出液，di釜液，w1CH5.05.00一2GH (LK)35.031.893.113GH (HK>15.00.9514.054GH20.0一20.005i-C 4H010.0一10.006nCHw15.0一15.00100.037.8462.16用式（3-11）计算最少理论板数：为核实清晰分割的假设是否合理，计算塔釜液重CH的摩尔数和浓度:x1W = w1

12、/W = 1.5父10"6(摩尔分率)同理可计算出组分4, 5, 6在储出液中的摩尔数和浓度：d4 =0.6448, d5 = 0.0067, d6 =0.0022x4,D =0.017, x5,D =1.77父10工，x6,D =5.8x10,可见，CH、i-C 4Hw和n QHw按清晰分割是合理的。GH8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储出液，di釜液，w1CH5.05.00一2GH (LK)35.035.0-0.05W0.05W3CH (HK)15.00.025D15-0.025D4CH20.00

13、.644819.35525i-C 4H1010.0一10.00006nCH。15.0一15.0000100.0DW解D和W编号组分进料，fi储出液，di釜液，w1CH5.05.00一2GH (LK)35.031.92673.07333GH (HK)15.00.963414.03664CH20.00.6448*19.3552*5i-C 4H1010.0一10.00006nCH。15.0一15.0000100.038.534961.4651*需核实的数据再用式（3-11 ）求Nn：校核d4：由于d4的初值和校核值基本相同，故物料分配合理。AiN 1AN11 .某原料气组成如下:组分CH 4 C 2

14、H GH i-C 4H0 n-C,Hw i-C 5H2 n-C5H2nCHLy0(摩尔分率)0.765 0.045 0.0350.0250.045 0.0150.025 0.045先拟用不挥发的烂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38C,压力为1.013Mpa,如果要求将i-C 4也 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-C 4H0为关键组分由 P=1.013Mpa t 平=38C查得 K关=0

15、.56 (P-T-K 图)(1)在最小液气比下 Nr0 ,人关=中关=0.9(LV)min = K关 A关=0.56 M 0.9=0.504(2) LV = 1. 1( % )min =1.1 M 0.504=0.5544 所以理论板数为组分进料量相平衡常数K被吸收量塔顶尾气数量组成CH76.517.40.0320.0322.44874.050.923GH64.53.750.1480.1480.6683.8340.048GH3.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C 4H02.50.560.990.902.2500.2500.003nCH。4.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-C 5H21.50.183.081.001.5000.00.0一 1VKi计算结果如下:(3)它组分吸收率公式 Ain-C5 H22.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6 H44.50.0569.91.004.5000.00.0合计100.0-19.81080.