《化工分离工程》试卷及答案.doc

一、填空(每空2分,共20分)1. 如果设计中给定数值的物理量的数目等于 设计变量 ，设计才有结果。2. 在最小回流比条件下，若只有重组分是非分配组分，轻组分为分配组分，存在着两个恒浓区，出现在 精镏段和进料板 位置。3. 在萃取精镏中，当原溶液非理想性不大时，加入溶剂后，溶剂与组分1形成具有较强 正 偏差的非理想溶液，与组分2形成 负偏差或理想 溶液 ，可提高组分1对2的相对挥发度。4. 化学吸收中用增强因子表示化学反应对传质速率的增强程度，增强因子E的定义是 化学吸收的液相分传质系数（kL）/无化学吸收的液相分传质系数（k0L） 。5. 对普通的N级逆流装置进行变量分析，若组分数为C个，建立的MESH方程在全塔有 NC+NC+2N+N=N(2C+3) 个。6. 热力学效率定义为 ； 实际的分离过程是不可逆的，所以热力学效率必定 于1。7. 反渗透是利用反渗透膜选择性的只透过 溶剂 的性质，对溶液施加压力，克服 溶剂的渗透压 ，是一种用来浓缩溶液的膜分离过程。二、推导(20分)1. 由物料衡算，相平衡关系式推导图1单级分离基本关系式。 式中： Ki相平衡常数；气相分率（气体量/进料量）。2. 精馏塔第j级进出物料如图1，建立MESH方程。三、简答(每题5分,共25分)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/xi 。2. 关键组分的定义是什么；在精馏操作中，一般关键组分与非关键组分在顶、釜的分配情况如何？由设计者指定浓度或提出回收率的组分。LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制；LNK全部或接近全部在塔顶出现；HNK全部或接近全部在塔釜出现。3. 在吸收过程中，塔中每级汽、液流量为什么不能视为恒摩尔流？吸收为单相传质过程，吸收剂吸收了气体中的溶质而流量在下降过程中不断增加，气体的流量相应的减少，因此气液相流量在塔内都不能视为恒定。4. 在精馏塔中设中间换热器为什么会提高热力学效率？在中间再沸器所加入的热量其温度低于塔底加入热量的温度，在中间冷凝器所引出的热量其温度高于塔顶引出热量的温度，相对于无中间换热器的精馏塔传热温差小，热力学效率高。5. 反应精馏的主要优点有那些？（1）产物一旦生成立即移出反应区；（2）反应区反应物浓度高，生产能力大；（3）反应热可由精馏过程利用；（4）节省设备投资费用；（5）对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。四、计算(1、2题10分，3题15分，共35分)1. 将含苯0.6（mol分数）的苯（1）甲苯（2）混合物在101.3kPa下绝热闪蒸，若闪蒸温度为94，用计算结果说明该温度能否满足闪蒸要求？ 已知：94时P10=152.56kPa P20=61.59kPa 2. 已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常压、54下形成共沸物，共沸组成X2=0.65(mol分率), 在此条件下：求该系统的活度系数。3. 气体混合物含乙烷0.50、丙烷0.4、丁烷0.1（均为摩尔分数），用不挥发的烃类进行吸收，已知吸收后丙烷的吸收率为81%，取丙烷在全塔的平均吸收因子A=1.26，求所需理论板数；若其它条件不变，提高平均液汽比到原来的2倍，此时丙烷的吸收率可达到多少。2006-2007学年第2学期考试参考答案 （A）卷一、填空(每空2分,共20分)1. 设计变量 。2. 精镏段和进料板。3. 正 ；负偏差或理想。4. 化学吸收的液相分传质系数（kL）/无化学吸收的液相分传质系数（k0L）。5. NC+NC+2N+N=N(2C+3) 。6. ； 小 。7. 溶剂 ；溶剂的渗透压 。二、 推导(20分)1. 设物料衡算式： (1)相平衡关系式： (2) (3)将（3）代入（1） 整理： (4) 将（2）代入（1） 整理： (5)2 三、 简答(每题5分,共25分)1. 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/xi 。2.由设计者指定浓度或提出回收率的组分。LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制；HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制；LNK全部或接近全部在塔顶出现；HNK全部或接近全部在塔釜出现。2. 吸收为单相传质过程，吸收剂吸收了气体中的溶质而流量在下降过程中不断增加，气体的流量相应的减少，因此气液相流量在塔内都不能视为恒定。3. 在中间再沸器所加入的热量其温度低于塔底加入热量的温度，在中间冷凝器所引出的热量其温度高于塔顶引出热量的温度，相对于无中间换热器的精馏塔传热温差小，热力学效率高。4. （1）产物一旦生成立即移出反应区；（2）反应区反应物浓度高，生产能力大；（3）反应热可由精馏过程利用；（4）节省设备投资费用；（5）对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。四、计算(1、2题10分，3题15分，共35分)1. 同时存在，为汽液平衡态,满足闪蒸条件。2.3. 一、填空(每空2分,共20分)1. 传质分离过程分为 平衡分离过程和速率分离过程两大类。2. 一个多组分系统达到相平衡的条件是所有相中的 温度、压力相同，各相组分的逸度相同 。3. 在变量分析中，固定设计变量通常指进料物流的变量和装置的压力。4. 某二元系常压下汽液平衡数据在yx图中摘录如下：x1=0.25时，y1=0.35；x1=0.8时，y1=0.62，该系统一定形成共沸物，这是因为在y-x图中，平衡线与对角线相交 （也可其它表示法） 。5. 三对角线矩阵法用于多组分多级分离过程严格计算时，以方程解离法为基础，将MESH 方程按类型分为三组，即 、 、和 。6. 精镏和吸收操作在传质过程上的主要差别是 。7. 在ABC三组分精馏中，有 个分离方案。8. 超滤是以压力差为推动力，按粒径不同 选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。二、分析(20分)1对再沸器（图1）进行变量分析，得出：，回答对可调设计变量如何指定。 2.溶液中1，2组分形成均相共沸物，分析共沸时活度系数与饱和蒸汽压之间的关系可用式：表示。三、简答(每题5分,共20分)1. 常压下分离苯、甲苯、二甲苯混合物，用活度系数法计算该物系相平衡常数K的简化形式是什么方程？并说明理由。（提示：）2. 在萃取精馏中，由相对挥发度表达式分析，为什么在加入萃取剂后会提高原溶液的相对挥发度？3. 精馏过程的热力学不可逆性主要由哪些原因引起？4. 在固定床吸附过程中，什么是透过曲线？在什么情况下，吸附剂失去吸附能力需再生？四、计算(1、2题15分，3题10分，共40分)1. 已知某精镏塔进料组成和操作条件下的平均相对挥发度如下：组分ABCD摩尔分率0.060.170.320.451.002.581.991.000.84已知塔顶B的回收率为95，塔釜C的浓度为0.9，按清晰分割法物料衡算；不对非关键组分校核，计算最少理论板数。2. 用水萃取精馏醋酸甲酯（1）与甲醇（2）二组分溶液，若XS=0.8，馏出液量为100kmol/h，且馏出液中不含水，回流比取1.1，溶剂看成不挥发组分，计算水的加入量。3. 某气体混合物含甲烷95，正丁烷5，现采用不挥发的烃油进行吸收，油气比为11，进塔温度均为37，吸收塔压力为304kPa, 今要从气体中吸收80的丁烷，求所需理论板数。已知该条件下：2006-2007学年第二学期考试参考答案（B）卷一、填空(每空2分,共20分)1. 平衡分离过程和速率分离过程 。2. 温度、压力相同，各相组分的逸度相同。3. 进料物流的变量和装置的压力 。4. 在y-x图中，平衡线与对角线相交 （也可其它表示法）。5. 修正的M方程 、 S方程 、和修正的H方程 。6. 精馏为双向传质，吸收为单向传质 。7. 2 。8. 粒径不同 。二、分析(20分)1 指定：温度、热负荷、气化分率等之一均可。2. 共沸时：三、简答1答：常压下分离苯、甲苯、二甲苯混合物，为低压下分子结构相似物系，汽液相都为理想系，有： 2答：在萃取精馏中，原溶液 汽相为理想气体，液相为非理想溶液， 对于特定物系，不可改变，要使只有增加，加S后可使。加入萃取剂后会提高原溶液的相对挥发度。3答：压差、温差、浓度差。4答：当流体通过固定床吸附器时，不同时间对应流出物浓度变化曲线为透过曲线。对应馏出物最大允许浓度时间为穿透点时间tb，到达穿透点时吸附剂失去吸附能力需再生。四、计算进料量塔顶量塔釜量A660B1716.150.85C3227.46544.5346D4504510049.615450.38461 N=1.66 2.3.8