化工分离工程试题及答案.pdf

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1、一、填空一、填空(每空每空 2 2 分分,共共 2020 分分)1.假如设计中给定数值的物理量的数目等于设计变量，设计才有压力，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)结果。2.在最小回流比条件下，若只有重组分是非分派组分，轻组分为分派组 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，当原溶液非抱负性不大时，加入溶剂后，溶剂与组分1 形成具有较强正偏差的非抱负溶液，与组分2 形成负偏差或抱负溶液，可提高组分 1 对 2 的相对挥发度。4.化学吸取中用增强因子表达化学反映对传质速率的增强限度，增强因子 E 的定义是

2、化学吸取的液相分传质系数（kL）/无化学吸取的液相分传质系数（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，所以热力学效率必然于 1。7.反渗透是运用反渗透膜选择性的只透过溶剂的性质，对溶液施加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。czi(Ki1)0i1(Ki1)1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

3、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、釜的分派情况如何？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 所有或接近所有在塔顶出现；HNK 所有或接近所有在塔釜出现。3.在吸取过程中，塔中每级汽、液流量为什么不能视为恒摩尔流？吸取为单相传质过程，吸取剂吸取了气体中的溶质而流量在下降过程中不断增长，气体的流量相应的减少，因此气液相流量在塔内

4、都不能视为恒定。4.4.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。5.5.反映精馏的重要优点有那些？（1）产物一旦生成立即移出反映区；（2）反映区反映物浓度高，生产能力大；（3）反映热可由精馏过程运用；（4）节省设备投资费用；（5）对于难分离物系通过反映分离成较纯产品。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

5、度为94，用计算结果说明该温度能否满足闪蒸规定？已知：94时 P10=152.56kPaP20=61.59kPa2.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：p10 90.24kPa,P20 65.98kPa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取，已知吸取后丙烷的吸取率为 81%，取丙烷在全塔的平均吸取因子 A=1.26，求所需理论板数；若其它条件不变，提高平均液汽比到本来的 2 倍，此时丙烷的吸取率可达成多少。2023-2023 学年第 2 学期

6、考试参考答案（A）卷一、填空一、填空(每空每空 2 2 分分,共共 2020 分分)1.设计变量。2.精镏段和进料板。3.正；负偏差或抱负。4.化学吸取的液相分传质系数（kL）/无化学吸取的液相分传质系数（k0L）。5.NC+NC+2N+N=N(2C+3)。6.B分离（W净）；小。7.溶剂；溶剂的渗透压。二、推导(20 分)1.设V F 气化分率物料衡算式：Fzi LxiVyi（1）FxiFyi (1)相平衡关系式：xi Kiyi (2)yi Kixi (3)将（3）代入（1）zi(1)xiKixi整理：x zii1(K 1)(4)i将（2）代入（1）zi(1)Kiyyii整理：yiKizi1

7、(K (5)i1)cccyzi(Ki1)ii1xii1i1v(K 1)1i2GMi,j Lj1xi,j1Vj1yi,j1 Fjzi,j(LjUj)xi,j(VjWj)yi,j 0GEi,j yi,j Ki,jxi,j 0GSYCjyi,j1.0 0i1GSXCjxi,j1.0 0i1GHj Lj1hj1Vj1Hj1 FjHF,j(LjUj)hj(VjWj)HjQj 0三、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

8、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 所有或接近所有在塔顶出现；HNK 所有或接近所有在塔釜出现。2.吸取为单相传质过程，吸取剂吸取了气体中的溶质而流量在下降过程中不断增长，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映区；（2）反映区反映物浓度高，生产能力大；（3）反映热可由精馏过程运用；（4）节省设备投资费用；（5）对于难分离物系通过反映分

9、离成较纯产品。计算(1、2 题 10 分，3 题 15 分，共 35 分)kizi1.14681;zi1同时存在，为汽液平衡态,满足闪蒸条件。k.05637 1i2.p p101x1 p022x2 p101 p022p.31p010190.241.12061p2p0101.31.265.9853533.lgA lg1.26 0.81(1)N 1 lgA11 0.81lg1.261 2.73(2)A 21.26 2.52(AN 1 A)(AN 11)0.95四、1.一、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成相平衡的条件是所有

10、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，这是由于在 y-x 图中，平衡线与对角线相交（也可其它表达法）。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.精镏和吸取操作在传质过程上的重要差别是。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

11、。二、分析(20 分)1对再沸器（图1）进行变量分析，得出：Nv、Nc、Ni、Nx、Na，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：1p200表达。2p1三、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。ss（提醒：K yixipiiexpvLm,i(p psi)iiivpRT）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？3.3.精馏过程的热力学不可逆性重要由哪些因素引起？4.4.

12、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0.060.170.320.451.00(ic)均2.581.991.000.84已知塔顶 B 的回收率为 95，塔釜 C 的浓度为 0.9，按清楚分割法物料衡算；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，溶剂当作不挥发组分，计算水的加入量。3.某

13、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取，油气比为 11，进塔温度均为 37，吸取塔压力为 304kPa,今要从气体中吸取 80的丁烷，求所需理论板数。已知该条件下：K丁烷 1.122023-2023 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（也可其它表达法）。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，吸取为单向传质。7.2。8.粒径不同。二、分析(20 分)1Nv3(C

14、2)13C 7Nc：方程数目物料平衡式C热量平衡式相平衡方程式1C两相T、P相等合计：N2C2NN(CC 7)(2C 3)3i(3C 4xC2)4)1(CC3)3a1指定：温度、热负荷、气化分率等之一均可。1p1s2.共沸时：kp121k1(理想气体，非理想溶液）22p2sp1sp2ps21三、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，汽液相都为抱负系，有：i)i1,is1,vmL,i(p psis1,expRT 1 Kyiipisxip2 答：在萃取精馏中，原溶液121,汽相为抱负气体，液相为非抱负溶液，121p1sp1sps1,对于特定物系，2s不可改变，要使

15、22p121,只有1增长，加 S 后可使(1)s(1)。加入萃取剂后222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，不同时间相应流出物浓度变化曲线为透过曲线。相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1进料量塔顶量塔釜量616.1500.85A6BC173227.46544.53462.N=1.66SSxS 0.8RD S1.1100 sS 0.8S 88S 440kmol/h3.11.12A 0.0428lglg()1 0.151 0.5446110.06N 1lgAlg0.8928 0.0492

16、4AK 2007 2008学年第 1、2学期分离工程课程期末考试试卷（A卷）答案及评分标准题号题号得分得分一一二二三三四四五五六六七七八八九九十十总总分分本试卷共六道大题，满分为100 分，考试时间为 120 分钟。注意：装订注意：装订线左侧请不线左侧请不要答题，请要答题，请不要在试卷不要在试卷上书写与考上书写与考试无关的内试无关的内容，否则将容，否则将按相应管理按相应管理规定处理。规定处理。院院 系系:化化 学学化工学院化工学院专业专业:化工化工班级班级:04-:04-姓名姓名:学号学号:一、填空题（本大题一、填空题（本大题 2020 分，每空分，每空 1 1 分）分）1、分离工程分为(机械

17、分离法)和(传质分离法)两大类。2、对拉乌尔定律产生偏差的溶液称为(非理性溶液)或(实际溶液)。3、对于能生成二元恒沸物的物系来说，在恒沸点处气液相两相组成（相等）。在恒沸点两侧组分的挥发能力（不同或相反）。4、端值常数 A 为(0)时体系为理想溶液，A 为(0)时体系为负偏差溶液。5、用郭氏法分析，串级单元的可调设计变量为（1），侧线采出板的可调设计变量为（0）。6、根据萃取精馏原理，通常希望所选择的萃取剂与塔顶组分形成具有（正）偏差的非理想溶液，与塔底组分形成理想溶液或具有（负）偏差的非理想溶液。7、萃取精馏塔中，当原料以液相加入时，则提馏段中的溶剂浓度将会因料液的加入而变得比精馏段（低）

18、，此时为了保证整个塔内萃取剂的浓度，常将部分溶剂随（料液）一起加入。8、恒沸精馏过程恒沸剂的加入不仅影响原溶液组分(挥发度或相对挥发度a)，同时与原溶液中的一个或几个组分形成恒沸物，当形成最低温度的恒沸物时恒沸剂从塔（顶）出来。9、在多组分精馏过程中，由芬斯克公式计算的最少理论板数决定于两组分的分离要求和（挥发度或相对挥发度a），与进料组成（无关）。10、吸附负荷曲线是以（吸附剂中吸附质的浓度）为纵坐标绘制而成，透过曲线是以（流出物中吸附质的浓度）为纵坐标绘制而成。1二、选择题（本大题二、选择题（本大题 2020 分，每小题分，每小题 2 2 分）分）1、P 下达到汽液平衡，由 1-2 两组分

19、组成的混合物，在一定 T、液相和汽相组成分别为x1,y1，若体系加入 10 mol的组分（1），在相同 T、P 下使体系重新达到汽液平衡，此时汽、液相的组成分别为x1,y1，则（C）（A）x1 x1和y1 y1（B）x1 x1和y1 y1（C）x1 x1和y1 y1（D）不确定2、对于绝热闪蒸过程，当进料的流量组成及热状态给定之后，经自由度分析，只剩下一个自由度由闪蒸罐确定，则还应该确定的一个条件是（D）（A）闪蒸罐的温度（B）闪蒸罐的压力（C）气化率（D）任意选定其中之一3、某二元混合物，其中 A 为易挥发组分，液相组成xA 0.5时泡点为t1，与之相平衡的气相组成yA 0.75时，相应的露

20、点为t2，则（A）（A）t1 t2（B）t1 t2（C）t1 t2（D）不能确定4、用郭氏法分析可知理论板和部分冷凝可调设计变量数分别为（A）（A）1，1（B）1，0（C）0，1（D）0，05、如果二元物系有最高压力恒沸物存在，则此二元物系所形成的溶液一定是（A）（A）正偏差溶液（B）理想溶液（C）负偏差溶液（D）不一定6、用纯溶剂吸收混合气中的溶质，逆流操作，平衡关系满足亨利定律。当入塔气体浓度 y1上升，而其它入塔条件不变，则气体出塔浓度 y2和吸收率 的变化为（C）（A）y2上升，下降（B）y2下降，上升（C）y2上升，不变（D）y2上升，变化不确定7、逆流填料吸收塔，当吸收因数 A1

21、且填料为无穷高时，气液两相将在哪个部位达到平衡（B）(A)塔顶(B)塔底(C)塔中部(D)塔外部8、平衡常数较小的组分是（D）（A）难吸收的组分（B）较轻组份（C）挥发能力大的组分（D）吸收剂中的溶解度大9、吸附等温线是指不同温度下哪一个参数与吸附质分压或浓度的关系曲线。（A）(A)平衡吸附量(B)吸附量(C)满吸附量(D)最大吸附量10、液相双分子吸附中，U 型吸附是指在吸附过程中吸附剂（A）(A)始终优先吸附一个组分的曲线(B)溶质和溶剂吸附量相当的情况(C)溶质先吸附，溶剂后吸附(D)溶剂先吸附，溶质后吸附220072008学年第 1、2学期分离工程课程期末考试试卷（A卷）答案及评分标准

22、三、判断题（本大题三、判断题（本大题 1414 分，每小题分，每小题 2 2 分，对的打分，对的打，错的打错的打）1、对拉乌尔定律有偏差的物系一定是恒沸体系。（）2、绝热闪蒸过程，节流后的温度降低。（）注意：装订注意：装订线左侧请不线左侧请不要答题，请要答题，请不要在试卷不要在试卷上书写与考上书写与考试无关的内试无关的内容，否则将容，否则将按相应管理按相应管理规定处理。规定处理。院院 系系:化化 学学化工学院化工学院专业专业:化工化工班级班级:04-:04-姓名姓名:学号学号:ii1，3、若组成为zi的物系，且yi/ki1，其相态为气液两相。（）4、在精馏操作中回流比是可调设计变量。（）5、在

23、萃取精馏操作中，液相流率总是大于气相流率。（）6、在萃取精馏中所选的萃取剂使1p值越大，溶剂的选择性越大。（）7、吸收中吸收因子小的组分是易于吸收组分。（）四、分析题（本大题四、分析题（本大题 1010 分，每小题分，每小题 5 5 分）分）1、分析下图的点 E，D，C 三点表观吸附量为什么等于零？曲线CD 及 DE 说明了溶质优先被吸附还是溶剂优先被吸附？为什么？答：C，E 点为纯溶液，所以吸附前后无浓度变化，表观吸附量为零。D 点，按溶液配比吸附，所以吸附前后也无浓度变化，表观吸附量为零。曲线 CD 说明了溶质优先被吸附，曲线 DE说明了溶剂优先被吸附。2、预将甲苯-烷烃二元恒沸物进行分离

24、，现以甲醇为恒沸剂分离甲苯-烷烃的流程如图，分析各塔物流，并将恒沸精馏塔和脱甲醇塔分离过程用三角相图表示出来。答：分析可知：恒沸精馏塔：由于恒沸剂加入过量，塔底为甲醇甲苯的混合物，塔顶烷烃-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，塔顶为烷烃。脱水塔：塔底为水，塔顶为甲醇。相图如下：3二元恒沸物烷烃（恒沸精馏塔顶）二元恒沸物原料甲醇甲苯（脱甲醇塔底）二元恒沸物恒沸精馏塔底（脱甲醇塔顶）五、简答题（本大题五、简答题（本大题 1515 分，每小题分，每小题 5 5 分）分）1、试指出逐级计算法计算起点的确定原则（按清晰分割处理，分只有轻非关键组

25、分的物系、只有重非关键组分的物系两种情况论述）。答：逐级计算法计算起点的确定原则是以组分的组成估算最精确、误差最小的那块板开始逐板计算。按清晰分割处理，轻非关键组分全部进入塔顶，重非关键组分全部进入塔底。只有轻非关键组分的物系，从塔顶开始计算比较准确；只有重非关键组分的物系，从塔底开始计算比较准确。2、以 C1-C4为例，C2、C3为轻重关键组分（LK 和 HK），C1、C4为轻重组分（LNK 和 HNK）。按清晰分割处理，画出多组分精馏在最小回流比下气相组成沿塔高的分布情况，并简述各区的作用。答：按清晰分割处理时，此体系将塔分成 6 个区。区域 C 的作用是将气相中重组分变为零，出现逆行分馏

26、现象；区域 D 的作用是将下流的液相中轻组分变为零，出现逆行分馏现象；然后进入上恒浓区B 和下恒农区 E，在恒浓区内各组分浓度不变；在区域 A 内，重关键组分的浓度降到设计所规定的数值，轻关键组分的浓度经历最高值后降至规定值，轻组分的浓度有所升高；在区域 F 内，轻关键组分的浓度降到设计所规定的数值，重关键组分的浓度经历最高值后降至规定值，重组分的浓度有所升高。3、在萃取精馏中，对A12 0的体系，分析萃取剂的选择性与溶液浓度的关系？答：依据ln12P12p A121 2x1。xpA1p A2当A12 0时，ln12P12p A121 2x1，xpA1p A212x1 0，ln高浓度区A121

27、2P12 0 12P121，高浓度区有利。420072008学年第 1、2学期分离工程课程期末考试试卷（A卷）答案及评分标准六、计算题（本大题六、计算题（本大题 2121 分，每小题分，每小题 7 7 分）分）01、二元理想溶液。如果在t时p0A=0.4atm，pB=1.2atm。问（1）将气缸中含50%A 的二元混合气体恒温 t缓慢压缩，凝出第一滴液滴时物系的总压及该液滴的组成为多少？在相应的示意图中标出所求的参数。（2）二元溶液使其在 101.33 KPa 下的泡点为 t，该溶液的组成为多少？在相应的示意图中标出所求的参数。解：(1)pA 0.4101.33 40.532KPapB1.21

28、01.33 121.60KPa0pAp pB根据露点方程yA0P p0A pB注意：装订注意：装订线左侧请不线左侧请不要答题，请要答题，请不要在试卷不要在试卷上书写与考上书写与考试无关的内试无关的内容，否则将容，否则将按相应管理按相应管理规定处理。规定处理。院院 系系:化化 学学化工学院化工学院专业专业:化工化工班级班级:04-:04-姓名姓名:学号学号:得 P=60.8 KPa0p pB60.8121.6xA0 0.75图略(4 分)0pA pB40.532121.6(2)根据泡点方程xAp0A0p pB0p0 pBA101.33121.6 0.2540.532 121.640.532yx0

29、.25 0.1图略(3 分)AA气相组成为p101.332、求醋酸甲酯（1），甲醇（2）的相对挥发度(12)P，溶液组成为x1 0.1，x2 0.15，00 xP 0.75，系统温度下饱和蒸汽压数据为P1113.322KPa，P2 83.911KPa，其双组分溶液的马格勒斯常数为A12 0.447，A2P 0.360，AP1 0.820，A21 0.411，AP2 0.220，A1P1.300。（按对称系统计算）解：马格勒斯方程为lg(1)P A12(x2 x1)xP(A1P A2P)(3 分)2求对称系统的端值常数A12A12 A210.447 0.411 0.42922A1P AP10.8

30、201.3001.0622AP2 A2P0.360 0.220 0.2922A1PA1P则lg(1)P 0.429(0.150.1)0.75(1.06 0.29)0.02145 0.5775 0.5992(4分)53、在 20 块板的塔中用烃油吸收含 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（1）平均温度为多，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：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.

31、46667；丙烷k=0.06667+1.3333；正丁烷k=0.02857t+0.08571(t的单位为)解：(1)温度N理 N实 2025%5AkN1 AkN1 0.9A610A 9 0Ak1.203AK=1(舍去)kkAk1AKL1111.203K 0.02857t 0.08571解得t=26.09kVKKKK(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(3)吸收因子、吸收率以乙烷为例L11A乙烷（）1 0.112Vk乙烷8.945乙烷N1A乙烷 A乙烷N1A乙烷10.112510.112 0.1120.112511其他组分的计算结果见表尾气的组成见表：组分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正丁烷51.2030.9000.500.00682.511.0006