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复习思考题

第一章 绪论
1、a；2、c；3、a； 4、c；5、d；6、b
1、答：分离过程是将一混合物转变为组成互不相同的两种或几种产品的哪些操作。
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（或输入能量和加入物质）方能进行。
2、答：表示任一分离过程所达到的分离程度，因为分离装置的目的在于生产不同组成的产品，故以产品组成之间的关系来定义分离因子。
分离因子：表示任一分离过程所达到的分离程度
分离剂：分离过程中加入的分离介质。
固有分离因子：根据汽液相平衡组成时的x、y值计算得到的分离因子。
根据实际产品组成
而固有分离因子（理想分离因子）根据汽液相平衡组成
称为固有分离因子也称为相对挥发度，它不受分离设备的影响。将实际分离设备所能达到的分离因子与理想分离因子之间的差别用级效率来表示，级效率
3、答：⑴机械分离过程
对象：非均相混合物
特点：用机械法将非均相物系分离，而相间并无物质传递发生，如过滤、沉降、离心分离、旋风分离等。
⑵传质分离过程
特点：相间有质量传递现象，即在分离过程中，原料中的某个（或某些）组分依赖扩散作用从原料流向产品流进行分离等。
4、答：⑴平衡分离。
其分离基础是原料中各组分在相平衡时两个相中的不同分配，即利用两相平衡组成不等的原理，常采用平衡级（理论板）作为处理手段，并把其它影响归纳于效率中，或采用传质系数表达过程有效程度的处理方法。
⑵速率分离。
分离的机理是利用溶液中不同组分在某种推动力（如压差、浓度差、电位差）作用下经过某种介质（如半透膜）时的传质速率（透过率、迁移率、扩散速率）差异而实现分离，这类过程的特点是所处理的物料和产品通常属于同一相态，仅有组成的差别。

第二章 多组分分离基础
1、d；2、c；3、c；4、d；5、c；6、a； 7、a；8、a；
9、c； 10、c；11、b；12、b；13、d；14、c；15 d

1、答：在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。

①在装置中某一单元以串联的形式被重复使用，则用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。
②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。
2、答：固定设计变量Nxu=c+3，其中压力等级数为1，进料变量数为：c+3
可调设计变量Nau=5，其中串级单元数为2，回流分配器数为1，传热单元数为2
总设计变量数为c+8。
3、答：泡点温度（压力）是在恒压（温）下加热液体混合物，当液体混合物开始汽化出现第一个气泡时的温度（压力），简称泡点。精馏塔塔釜温度即为对应塔釜液相组成的泡点。

第三章 精馏

1、c；2、c；3、d；4、a；5、c；6、d；7、b；8、a；9、d；10、a ；11、a；12、a；13、b 14、b ；15、c ；16、a ；17、c ； 18、b；19、b； 20、a；21、c；22、c；23、a；24、d；25、b；26、d；27、d；28、c；29、b

1、答：普通精馏塔由5个可调设计变量。
按设计型：两个分离要求、回流比、回流状态、适宜进料位置；
按操作型：全塔理论级数、精馏段理论级数、回流比、回流状态、塔顶产品的流量。
2、答：⑴根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分。
⑵由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成。

⑶根据塔顶塔釜组成计算相应的温度、求出平均相对挥发度。
⑷用Fenske公式计算Nm 。
⑸用Underwood法计算Rm ，并选适宜的操作回流比R。
⑹确定适宜的进料位置。
⑺根据，用Gilliland图求理论级数N。
3、答：恒沸精馏是在原溶液中添加恒沸剂S使其与溶液中至少一个组分形成最低恒沸物，以增大原组分间相对挥发度的非理想溶液的多元精馏，形成的恒沸物从塔顶采出，塔釜引出较纯产品，最后将恒沸剂与组分分离。
恒沸剂的选择
⑴必须与原溶液中至少一组分形成最低恒沸物，且其沸点较低，一般 ℃，显著影响关键组分的汽液平衡关系，使改变越大越好。
⑵恒沸剂在恒沸物中的比例越小越好，且汽化潜热应小，使恒沸剂的用量少且能耗低。
⑶恒沸剂易分离和回收，即形成非均相恒沸物，则可采用冷却分层的办法回收，若为均相，需采用萃取精馏或其它办法回收。
⑷无毒、无腐蚀、热稳定性好，价廉易得，能长期使用。

第四章 气体吸收
1、c；2、b；3、a；4、a；5、c；6、b；7、d；8、d；9、b；10、b；
11、c；12、a；13、b；14、d；15、a；16、c； 18、c；19、d；20、a

1、答：由于吸收是单向传质，精馏是双向传质。
在精馏过程中，由于气化潜热与冷凝潜热相互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。但无论温度如何变化，各级均处于沸腾状态，即气体为饱和蒸汽，液体为饱和液体，每个级上由于组成改变而引起的温度变化，可用泡露点方程定出。而吸收过程由于通常在较低温度和较高压力下进行，溶剂为过冷液体，气体为过热蒸汽，各级温度不能用泡露点方程定出，气相中易溶组分溶解到溶剂中，会放出溶解热，这一热效应会使液相和气相的温度都升高，而温度升高又将影响到溶解的量，而溶解量又与溶质的溶解量有关系，因而气相中各组分沿塔高的溶解量分布不均衡，这就导致了溶解热的大小以至吸收温度变化是不均匀的，吸收塔中温度沿塔高的分布是由热平衡决定的，通常要通过热量衡算来确定温度的分布。
2答：⑴原理不同。
吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。
精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。
⑵塔式不同。
⑶传质形式不同。吸收是单向传质，精馏是双向传质。
⑷温度范围、变化不同。
⑸物料的预分布不同。
⑹精馏有两个关键组分，吸收只有一个关键组分。
⑺组分分布不同
3、答：精馏过程，关键组分的浓度分布有极大值，非关键组分在进料级上下形成几乎恒浓的区域。吸收过程，不同组分和不同塔段的吸收程度是不同的，轻组分（即难溶组分）一般只在靠近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小。重组分（易溶组分）主要在塔底附近的若干级上被吸收，而关键组分才在全塔范围内被吸收。
4、答：化学吸收的的优点是吸收剂的吸收容量大，用量少，吸收速率快，吸收率高，设备投资和能耗低。但化学吸收的解吸是不完全的，甚至是困难的，因此对化学吸收的选择必须兼顾吸收和解吸两方面。
5、答：平均吸收因子法在推导公式中引进了以下几点假设：溶液是理想溶液或接近理想溶液，在这样情况下吸收液中溶质的浓度不受任何限制。如果是非理想溶液则要求吸收液是稀溶液符合或接近亨利定律的应用范围；全塔温度变化不大可以近似取一平均的值视为常数；气相、液相的流量变化不大均可取平均值当作常数。

第五章 多组分多级分离的严格计算

1、c；2、b；3、d；4、b； 5、a；6、a； 7、c；8、a

第六章 效率与节能

1、答：板式实际板和理论板的差异
⑴理论板假定离开该板的汽、液两相达到平衡；
⑵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；
⑶实际板上汽液两相存在不均匀流动，停留时间有明显差异；
⑷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
⑴全塔效率，又称为总板效率
⑵Murphree板效率，又称干板效率
⑶点效率
2、答：对板式塔常用的级效率有全塔效率、板效率和点效率；
对填料塔有理论板当量高度和传质单元高度法。
影响级效率的因素：
（1）质量和热量的传递速率；
（2）两个相在传质交换后的分离；
（3）流体的流动型式及返混。
3、答：多效精馏原理类似于多效蒸发，即利用若干压力不同的精馏塔，按压力高低顺序给与组合，使相邻两塔之间将高压塔顶的蒸汽作为低压塔顶的再沸器的加热介质。从而使该分离系统能耗下降。
热泵精馏是把精馏和制冷结合起来从而把塔顶低温处热量移至塔底作为加热剂的系统。或是将温度较低的塔顶蒸汽经压缩后作为塔底再沸器的热源，或是将温度较高的塔底液体经节流降压后作为的塔顶冷凝器的冷却剂。

第七章 其它分离方法
1、答：选择原则：⑴选择性高；⑵比表面积；⑶有一定的机械强度；⑷有良好的化学稳定性和热稳定性。
常用吸附剂：所有微孔材料都可以用作气体净化和分离的吸附剂。常见吸附剂，有活性炭、活性碳纤维、沸石分子筛和炭分子筛、硅胶和活性氧化铝、碳纳米管等。
2、答：Langmuir等温式的假设条件是：固体吸附剂表面是均匀的；吸附为单分子层吸附；被吸附的相邻分子间无相互作用力；吸附为理想吸附。
BET等温式的假设条件是被吸附的分子不能在吸附剂表面自由移动，吸附层是不移动的理想均匀表而。其吸附可以是多层吸附，层与层之间的作用力是范德华力。
即Langmuir假设是基于单分子层吸附，而BET假设是基于多分子层吸附。
3、答：⑴萃取剂分子中至少有一个功能基。通过它，萃取剂可以与被萃取物质结合成萃合物。常见的功能基有O、P、S、N等原子。有的萃取剂还含有两个或两个以上的功能基。
⑵作为萃取剂的有机溶剂的分子中必须有相当长的烃链或芳香环。这样，可使萃取剂及萃合物容易地溶解于有机相。

计算题
1. 解：⑴装置设计变量数 Nux
①装置固定设计变量数 Nux
进料物流确定的固定设计变量：
（2＋2）＋（1＋2）＝7
装置压力等级数： 1

②可调设计变量数Nux
串级单元数2个，分配器1个
传热单元数1个，但因固定了塔顶乙醇的浓度，所以要减去1个

⑵若完成设计，可推荐的变量
固定设计变量：进料组成（1个）、流率、温度和压力，加热蒸汽流率、温度和压力，塔操作压力计8个；
可调设计变量：
①重组分在塔底浓度、回流比R和塔级数；
②全塔塔级数、进料位置和回流状态；

2、
解：装置的设计变量数 Niu
①全塔无压降时Nux ＝ c+2＋1 ＝ c+3个
Nua ＝ 串级数＋传热单元数 ＋侧线采出单元数＋分配器数＝3＋2＋1＋0＝6个

Niu= Nux + Nua = c+3＋6 ＝ c+9 个
② Niu各级压降不同时
Nux＝c+2＋N＋1＝c+N+3个，
Niu= Nux + Nua = c+N+3＋6＝c+N+9 个
3、
解：固定设计变量：
塔进料：3+2；萃取剂1+2；压力级数1
Nux=3+2+1+2+1=9
可调设计变量：
串级数：3换热器：2；分配器：0；侧线采出：0。

给出一组可调设计变量：
塔顶甲醇含量、塔底水含量、回流比R、精馏段和提馏段各自的理论级数。

4、
解：固定设计变量 Nex
压力等级数 1，
进料物流：异丁醇塔：1个（进料的流率、温度、压力、异丁醇的浓度共四个变量）
水塔：1个（水蒸气的流率、压力和温度共三个变量）
可调设计变量： Nea
串级单元 3个 3×1=3
混合器 1个 1×1=1
产物为两相的全凝器 1个 1×0=0
部分再沸器 1个 1×1=1
Na=5
可调设计变量的选择：
⑴操作型：异丁醇塔精馏段的理论级数；提馏段的理论级数；水塔的理论级数和再沸器的蒸发率；异丁醇塔的回流温度。
⑵设计型：异丁醇塔釜液中异丁醇的浓度；适宜的加料级位置；再沸器的蒸发率和水塔塔底产品中异丁醇的含量，回流温度。

5、
解：图所示的复杂塔中，可调设计变量数为1的单元及数目为
单元名称 数目
分凝器 1
串级单元 3
侧线采出级 1
再沸器 1
该塔共有6个可调设计变量数为1的单元，因而它的可调设计变量数为6。在操作型计算时，这6个变量通常取平衡级数、进料位置、侧线采出位置及流量、馏出液流量和回流比。

7、

10、
解：关键组分为异丁烷

11、
解：关键组分为乙烯

12、
解：⑴完成该分离任务所需最小液气比