化工分离工程知识点

1、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/xi2. 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。ijyi yjXi Xj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）方能进行。分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度。定义式:3. 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：?汽相：?甲液相：? ixi fiOLOL相平衡常数:4. 请写出活度系数法计算

2、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。 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）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：清晰分割法指的是多组分精馏中馏出液中除了重关键组分（HK）

3、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。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馏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 N m 。 用 Underwood 法计算 Rm ，并选适

4、宜的操作回流比 R。 确定适宜的进料位置。根据 Rm,R,Nm ，用 Gilliland 图求理论板数 N。8. 萃取精馏中，萃取剂在何处加入？为何？答：在萃取精馏塔顶下几块理论板、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馏塔顶带出，起到回收溶剂的作用。9. 简述萃取精馏过程中塔内流率分布特点。答：萃取精馏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料流率，且溶剂挥发性越大，两者差值越大

5、。10. 萃取精馏和共沸精馏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，使其可以用精馏方法分 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) 共沸精馏受组成限制，操作条件比较苛刻，萃取精馏可在较大范围变化，操 作比较容易，流程较简单，只用于连续操作；4) 同样压力下共沸精馏温度低，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),吸收因子越大对吸

6、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，馏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，则无论是馏出液或釜液的 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馏效果的 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：yLK,j1则第j级为进料级y

7、Hk,j 1 RyHK ,j 1 S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,jXLK ,jXHk,jRXHK ,jS则第j级为进料级XLK,j 1XLK,j 1XHk,j 1 RXHK,j 1 S13. 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；

8、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. 精馏过程的不可逆性表现在那些方面，节省精馏过程能耗有哪些措施。 精馏过程的不可逆性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

9、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，是使精馏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。节省精馏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（ y）； 4）多效精馏； 5）热泵精馏设计一个脱乙烷塔，从含有 6个轻烃的混合物中回收乙烷，进料组成、各组分的相对挥发度和 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

10、流条件下馏出液和釜液的组 成。脱乙烷塔设计条件编号进料组分mol %1CH2QH63QH64GH85i-C 4H106nCH。设计分离要求馏岀液中C3H6浓度 %釜液中C2H6浓度 %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馏出液和釜液中轻、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,d0，x5,d0，x6,d 0，Xi,w 0，则根据物料衡算关系列岀下

11、表：编号组分进料，fi馏岀液，di釜液，w1CH2C2Ho ( LK)3GHs ( HK)4C3H85i-C 4H106n-C4H10一用式（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:6X1,W W1/W 1.5 10(摩尔分率)同理可计算岀组分 4, 5, 6在馏岀液中的摩尔数和浓度：d40.6448,d50.0067, d60.0022x4,d0.017 ,x5,D 1.77 10 4 ,x6,D 5.810 5可见，CH、i-C 4H0和n GHi。按清晰分割是合理的。GHk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

12、值重新做物料衡算列表求解如下：编号组分进料，fi馏岀液，di釜液，w1CH2CHb ( LK)3GHs ( HK)15 4C3H85i-C 4H106n-C4H10DW解D和W完成物料衡算如下：编号组分进料，fi馏岀液，di釜液，w1CH2GHb ( LK)3GHs ( HK4C3H8*5i-C 4H106n-C4H10*需核实的数据再用式（3-11 ）求N,:校核d4：由于d4的初值和校核值基本相同，故物料分配合理。1某原料气组成如下：组分CH4C2H6 C3H8 i-C4Hio n-C4Hio i-C5Hi2 n-C5H12 n-C6Hi4yo(摩尔分率)先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板

13、式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温度为38C，压力为，如果要求将i-C4Hio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-C4Hio为关键组分由 P=，t 平=38 C 查得K关=(P-T-K图)A关=中关=A关=所以理论板数为N 1LAiAVK， i1(1)在最小液气比下 N*， LV1. ( LV )min =(3) 它组分吸收率公式Ai计算结果如下:组分进料量相平衡常数Ki被吸收量塔顶尾气数量组成CH4C2H6C3H8i-C4