化工分离工程刘佳琪复习

1、分离工程一、填空（本大题共9小题，每空1分，共25分）1、分离过程可分为、两大类。2、在平衡分离过程中，平衡关系用分离因子表示为叼=。分离因子在精储中又称为,在液液平衡中又称为。3、对于一四组分气液平衡物系而言，其自由度数f等于。4、吸收过程按溶质数多少可分为和;按吸收温度状况可分为和。5、超临界流体萃取有、和等三种操作方法。6、闪蒸温度必须介于物系的与之间。7、吸附剂的再生方法有、。8、结晶分离的传质推动力为。9、膜分离过程按分离体系不同可分为、。按推动力不同可分为、。1、一姓类混合物中含有乙烷30%、丙烷30%、正丁烷40%。其安托因方程参数见下表。试求30c时的泡点压力及此时的气相组成。

2、（物系可认为是完全理想物系）（10分）。安托因方程为：lnp=A-/%组分ABCT(K)P(mmHg)乙烷15.66371511.42-17.16丙烷15.7261872.46-25.16丁烷15.67822154.9-34.422、将苯（A）甲苯（B）对二甲苯（C）混合物送入精储塔分离，进料流量为100kmol/h,组成为Za=0.4、Zb=0.4、Zc=0.2,要求苯在塔顶回收率为95%,甲苯在塔釜的回收率为95%o组分相对平均挥发度0AB=2.0,试按清晰分割法求全回流条件下所需理论板数及塔顶与塔底的流量及组成。（10分）3、具有三块理论板的吸收塔，用来处理下列组成的气体（Vn+1）,在

3、操作条件下各组分分离工程试卷（A）1平均吸收因子见下表。富气与贫油流率均为100kmol/h,试用平均吸收因子法计算各组分的吸收率、吸收液与尾气的量及组成。（14分）组分VN+1,iLoiAiC2H66000.8C3H83003n-C4Hio10010n-C6H140100合计100100分离工程课程试卷5参考答案及评分细则一、填空（本大题共9小题，每空1分，共25分）（每填对一空给一分）1、平衡分离过程、速率分离过程。yxjKi,2、%=，相对挥发度，相对选择性。xyjKj3、4。4、单组分吸收、多组分吸收；等温吸收、非等温吸收。5、等温法、等压法、吸附法。6、露点温度、泡点温度。7、变压法

4、、变温法、惰性气体吹扫法、置换再生法、。8、过饱和度。9、气体、液体。浓度差、压力差、电位差。二、简述题（本大题共5小题，每题5分，共25分）分离工程试卷（A）21、平衡常数与组成无关的泡点温度计算过程。答：1）已知p,假设Tt求出（或查出）各组分的pSs2）Ki=9-tKi由已知的xtyi=8为一P3） |!KiXi-1<®（£通常取为0.005）T泡点T4）如果iKixi-1;降低T,重新计算。iKixi-1<-q升高t,重新计算。2、平衡常数与组成有关的露点温度计算过程。答：1）已知p,假设Tt求出（或查出）各组分的相应参数及利用维里方程计算*i2）由已知

5、的yi,取*L=1求出Ki,初步算出Xi3）校正”,求出Ki,由已知的ytXi=y"Ki4） |Ex-1式通常取为0.005）t露点T5）如果工Xi-1工%降低重新计算。工Xi-1至一引升高T,重新计算。3、萃取精储中提高塔顶产品含量的方法有哪些。答：1）加大米出量，减小回流量。2）加大萃取剂用量3）减少进料量4、间歇精储中的操作方式有哪几种，工业上主要采用哪一种。答：1）恒回流比2）包塔顶组成3）变优化操作（先包塔顶组成后包回流比）。工业中常采用变优化操作。三、名词解释（本大题共4小题，每小题4分，共16分）1-化学吸附一一在吸附过程中吸附质与吸附剂分子间形成化学键的作用。2-轻关

6、键组分一一精储过程由设计者指定浓度或提出分离要求（如指定回收率）的那个相对易挥发的组分。3-清晰分割一一储出液中除了HK外，没有其他重组分，釜液中除了LK外，没有其他轻组分。4-物理吸收一一气体溶质溶入到吸收溶剂中，不与溶剂发生化学反应。四、计算题（本大题共3小题，共34分）1、解:B0P乙烷=32171mmHg1）求出各组分的饱和蒸气压，由：lnp=A-元，T=303.15K,得：（3分）lnp乙烷1511.42=15.6637=10.3788=303.15-17.16lnp丙烷=15.7261872.46_=8.9903=p°=8025mmHg303.15-25.16烷2154.

7、90lnp丁烷=15.67827.6594=p”=2120mmHg303.15-34.42丁烷2）求泡点压力，因为物系可以看作理想物系，由拉乌尔定律，得到：（2分）P=p'x疗px丙户p）x=321710.380250.321200.4=12906.8mmHg3）求平衡常数Ki,求气相组成yi。因为物系可以看作理想物系，可得：（5分）K乙烷=p0烷/P=32171/12906.8=2.492=y乙烷=K乙烷x乙烷=2.492父0.3=0.7478K丙烷=p：JP=8025/12906.8=O.622=y丙烷=K丙烷x丙烷=O.622"3=0866K丁烷=p1P=2120/12

8、906.8=O.164=y丁烷=。/丁烷=0.164父0.4=0.06562、解:分离工程试卷（A）41）按清晰分割进行塔顶及塔底组分分配，由所给定条件可知，苯为轻关键组分，甲苯为重关键组分，由所给定的回收率可知：（4分）苯在塔顶的量为：dL=fL0.95=400.95=38kmol/h苯在塔底的量为：bL=fL-dL=40_38=2kmol/h甲苯在塔底的量为：bH=fH0.95=400.95=38kmol/h甲苯在塔顶的量为：dH=fH-bH=40-38=2kmol/h对一二甲苯在塔底的量为：bC=fC=20kmol/h对一二甲苯在塔顶的量为：0=0.95;%h=0.05；Xdc=02）塔

9、顶、塔底的流量及组成的计算（3分）D=dLdHdC=382=40kmol/h=xDLB=bLbHbC=23820=60kmol/h=xBL=0.0333;xBH=0.6333;xBC=0.33343）全回流下理论板数的计算（3分）Nm（lgIxDLxBH|lXDH八XBLJlg二LH,“0.95丫0.6333）1lg|l10.05人0.0333:8.5lg2.03、解:AN1-A1）计算各组分吸收率，由电=AN+A,可得：（4分）AN1-1正丁烷AN烷1-At烷0.84-0.80.84-1=0.6612Aw烷一%烷34-30.975AiN丁1烷一A正丁烷104-10AN11A正丁烷-1104-

10、1=0.99912）各组分被吸收量的计算，由*i/1,可得:vN1,iVn书,i-V1,i=®iVN由,i（4分）vN十乙烷-v1,乙烷=%vN#乙烷=0.6612M60=39.672kmol/h=v1,乙烷=60-39.672=20.328kmol/hvN+丙烷一v1,丙烷=巾丙烷vNW丙烷=0.975M30=29.25kmol/h=v1,丙烷=3029.25=0.75kmol/hvN十正丁烷一v1,正丁烷=巾正丁烷Vn中,正丁烷=0.9991父10=9.91kmol/h=v1,正丁烷=10-9.91=0.09kmol/h3）尾气和吸收液的流量的组成计算（6分）分离工程试卷（A）5

11、由以上计算可知尾气量为：V1=工M=20.328+0.75+0.09=21.168kmol/h尾气中各组分含量为：y乙烷二v1乙次%/Vi=20.328/21.168=0.9603y丙烷=M丙烷N=0.75/21.168=0.0354y正丁烷=q正丁烷/M=0.09/21.168=0.0043吸收液的量为：Ln=L0(VN1-V1)=100100-21.168=178.832kmol/h吸收液中各组分含量为：Xn乙烷=In乙烷/Ln=39.672/178.832=0.2218Xn,丙烷=In丙次完/Ln=29.25/178.832=0.1636Xn,正丁烷二In正丁烷/Ln=9.91/178.

12、832=0.0554Xn,正己烷=In正己烷/Ln=100/178.832=0.55922、预将甲苯-烷煌二元恒沸物进行分离，现以甲醇为恒沸剂分离甲苯-烷煌的流程如图，分析各塔物流，烧箱水补一水答：分析可知：恒沸精微塔：由于恒沸剂加入过量，塔底为甲醇一甲苯的混合物，塔顶烷烧-甲醇的二元恒沸物。脱甲醇塔：塔底为甲苯，塔顶为甲苯-甲醇的二元恒沸物。萃取塔：塔底为甲醇水溶液，塔顶为烷烧。脱水塔：塔底为水，塔顶为甲醇。1,萃取精储过程中，萃取剂的作用是什么？萃取精储过程与共沸精储过程有何区别？要点：萃取剂的作用：通过稀释原溶液和分别与原溶液组分的相互作用力不同使原溶液组分间的相对挥发度发生改变。（5分

13、）区别：共沸精微在改变相对挥发度的同时还要与原溶液组分生成共沸物；共沸精播的能耗一般比萃取精福大；共沸精福更适用于分离热敏性物料；共沸精储可连续操作，也可间歇操作，萃取精储一般只能连续操作。分离工程试卷（A）63、恒沸精储与萃取精储的异同点。答：相同点：都加入第三组分，形成非理想溶液；都提高相对挥发度；都应用物料衡算、热量衡算和相平衡关系式。不同点：恒沸精储加入恒沸剂形成恒沸物，沸点低，从塔顶出来；萃取精微不形成恒沸物，沸点高，从塔底离开。4 .简述精微过程最小回流时和全回流时的特点。最小回流比是福的极限情况之一，此时，未完成给定的分离任务，所需要理论经板数无穷多（2分），如果回流比小于最小回

14、流比，则无论多少理论板数也不能完成给定的分离任务（1分）。全回流是精微的极限情况之一。全回流所需的理论板数最少。此时，不进料，不出产品（2分）。5 .什么叫清晰分割法，什么叫不清晰分割法？多组分精储分离，储出液中除了重关键组分外没有其他重组分，重组分全部由塔釜排出，而釜液中除了轻关键组分外没有其它轻组分，轻组分全部由塔顶排出，这种分离情况称为清晰分割，此时非关键组分为非分配组分。（3分）而储出液中除了重关键组分外还有其他重组分，釜液中除了轻关键组分外还有其它轻组分，这种分离情况称为非清晰分割，此时非关键组分为分配组分。（2分）6 .简述精储和吸收过程的主要不同点。1）原理不同：吸收是根据各组分

15、溶解度不同进行分离的。精储利用组分间相对挥发度不同使组分分离。（1分）2）传质形式不同：精储操作中，汽液两相接触时，汽相中的较重组分冷凝进入液相，而液相中较轻组分被气化转入汽相，因此传质过程是双相传质过程；而吸收过程则是气相中的某些组分溶到不挥发的吸收剂中去的单向传质过程。（2分）3）塔式不同：一般的精储塔是一处进料，塔顶和塔釜出料，而吸收塔是两处进料、两处出料。（1分）5.气液传质设备有几种常用的级效率？影响效率的因素有哪些？效率的表示方法主要有以下几种：1）全塔效率，又称为总板效率（1分）2）Murphree板效率，又称干板效率（1分）3）点效率（1分）4）填料塔的等板高度（HETP）（1

16、分）1 .实际板和理论板的差异主要表现在哪些方面？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；实际板不可能达到平衡；（2分）分离工程试卷（A）72）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；实际板板上混合不完全；（1分）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；（1分）4）实际板存在雾沫夹带、漏液和液相夹带泡沫现象。（1分）2 .何为关键组分，何为轻关键组分、何为重关键组分？2分离要求指定（设计者指定浓度或提出要求）的、最关心的组分称为关键组分（3分）；两个关键组分中相对易挥发的组分称为轻关键组分（1分），不易挥发的组分

17、称为重关键组分（1分）。已知某液体混合物中各组分的汽液平衡常数与温度的关系如下：组分组成Zi（mol%）Ki（t的单位为C）C40.45-0.04+0.012tC50.320.17+0.01t上述混合物若温度为77C,试分析是否有液相存在。1.解：混合物温度为77c时Kc3=0.75+0.06父77=3.87,Kc4=0.884,Kc5=0.6（2分）KKixi=3.87m0.23+0.56m0.884+0.33m0.6=1.583a1（1分）即£KiXi>1,T>Tb（2分）Zyi/Ki=0.233.87+0.560.884+0.330.6=1.77a1（1分）即

18、63;y/Ki>1,T<Td（2分）混合物处于两相区：有液相存在（2分）1、试求氨仿（1）乙醇（2）在共沸温度为55c时的共沸组成和总压力。（下式中t的单位是C；P的单位是mmHg）已知：ln1=x；（0.591.66x1）lgE0=6.90328-1163.01227t解：温度为55C,则由饱和蒸汽压公式得0由恒沸物的特点有：ln=1口用2Piln2=x12（1.42-1.66x2）lgP0=6.468-24152.05231.48tp10=82.372p0=37.311分离工程试卷（A）8y由于ln1=0.59x2-1.42x121.66x1x22一37.311oo故In=0.

19、58x2-1.42x11.66x1x282.372x1x2=1由上式解得：x1=0.8475x2=0.15254分由活度系数公式得：1=1.04752=2.3120所以p=1x1Pl02%P0=86.279=86659KPa3、在20块板的塔中用燃油吸收含85%乙烷，10%丙烷和5%正丁烷（摩尔百分率）的气体，采用的油气比为1:1,该塔处理的气体量为100kmol/h,操作压力为3大气压。若全塔效率按25%计,试求：（1）平均温度为多少，才能回收90%的丁烷；（2）组份的平衡常数；（3）吸收因子、吸收率；（4）尾气的组成。操作条件下各组分的平衡常数如下：乙烷k=0.13333t+5.46667

20、;丙烷k=0.06667+1.3333;正丁烷k=0.02857t+0.08571（t的单位为C）解：（1）温度N理=N实箱=20父25%=5-AkNi_09一AN1.1.0.9Ak-10A9=0kAk=1.203Ak=1（舍去）L111=1.203VKkKkK=0.0285彳t+0.08571解得t=26.09Ck（2）各组份的平衡常数k1=0.1333326.09=5.46667=8.945k2=0.0666726.09+1.13333=2.873k3=0.0285726.09+0.08571=0.831分离工程试卷（A）9(3)吸收因子、吸收率以乙烷为例,L、11=（一）=1x=0.11

21、2Vk乙烷8.945Ag烷1-A乙烷0.11251-0.112乙烷=ANJ=0.112J=0"12其他组分的计算结果见表尾气的组成见表：1分Vn1吸收因子A吸收率尾气量尾气组成乙烷850.1120.11275.480.915丙烷100.3480.3476.530.079止痔c51.2030.9000.500.006282.511.000解*(1)据题意.H是轻关健组分，C是重关键组分，假设清晰分割进行物料衡算:组分进料，A情出液，出釜液F喇A10100B3535-0.006W0JD06WC100449.H6D450_45总计100DW解得DoWJHkmol/h,W=55.19kmol

22、/hwB=0.33,dB=J4.67由芬斯克公式求得最少理论板数Nm=12*5Q)核女清晰分割是否合理wA=9xl(色故组分A按清晰分割合理口40328,wD=44672,故组分B按清晰分割不合理口重新进行物料衡算,重对通行物料衡算:蛆分进料，fi然出藏，di釜液,wiA1010UB3535-0.006W0.006WC100.149.8fiD450.32ft44,672总计100Dw表,进料量为45然解得D=45,14kmMW血蝌mN小求得NMl2崩再次校核清晰分割dLM）328twD=44.672,与初值基本相同，故物料分配合理,粗分进料，il调出液.diXjj釜液rWlx*A10100.221500B3534.6710.76810.3290.0