《化工分离过程》期末复习试题A及答案

1、天津大学化工学院化工别离过程期末试卷（A）姓名：学号：成绩：一概念题（35分）1填空题（19分）1）别离过程可分为 和传质别离两大类。其中传质别离过程的特点是过程中有 现象发生。常见的传质别离过程有、O2）在泡点法严格计算过程中，除用修正的M-方程计算 外，在内层循环中用S-方程计算,而在外层循环中用H-方程计算 o3） 效率常见的表示方法有、和 O4）影响气液传质设备处理能力的主要因素有、和 O5）常见的精储节能技术有、和 o2选择题 （6分）1）常压下 物系的相平衡常数更适合于用公Ki =piS/P计算。解得D=45.14kmol/h, W=54.86kmol/hwB=0.329, dB=

2、34.671求得 Nm=12.86再次校核清晰分割dD=0.328, wD=44.672,与初值基本相同，故物料分配合理。组分进料，五储出液,diXg釜液，wiXwaA10100.221500B3534,6710.76810.3290.0060C100.140.000319.860.1797D450.3280.007344.6720.8143总计100DW4 （12分）用C,微分液态烧作吸收剂，从裂解气中回收99%的乙烯。裂解气中各组分的摩尔分率分别为:组分氢气甲烷乙烯乙烷丙烯异丁烷进料摩尔分率0.1320.37180.3020.0970.0840.0132相平衡常数072,520.150.0

3、58在平均操作压力和温度下各组分的相平衡常数如表所列，其中氢气为惰性组分, 不被吸收。假设处理的入塔裂解气量为lOOkmol/h,试用平均吸收因子法计算：（1）完成吸收任务所需最小液气比；（2）操作液气比为最小液气比的1.5倍时，完成吸收任务所需的理论板数;（3）各组分吸收率和离塔尾气组成；（4）塔顶应加入的吸收剂量。解：(1)乙烯为关键组分，巾关=0.99(L/V)min=KQ)二K述夫=0.72x0.99=0.7128(2) L/V=1.5(L/V)min= 1.0692A 产L/VK 关=1 0692/0.72= 1.485 天天N= 1 9 -1=8.87|A1(3)组分VN+i.ki

4、nol hA9Vij+ip.kinol hvn+i(1-9)y氢13.20013.20.3468甲烷37.180.34490.3412.6424.540.6448乙烯30.21.4850.9929.90.30.0079乙烷9.72.0560.9999.690.010.0005丙烯8.47.12818.400异丁烷1.3218.4311.3200Z100.0061.953S.051.00(4)V=(100+38.05) /2=69.03kmol/hL=(L()+(L()+61 .95)/2=L()+30.97L/V= 1.0692LQ=42.84kmol/hb）甲醇-水a）苯-甲苯2）假设相对挥

5、发度与组成关系不大且不同组分的塔板效率相同，通过对假设干 不同组分系统的精储计算结果分析研究发现，下组分的分配比接 近于实际操作回流比下的组分分配比。a）高回流比b）低回流比 c）全回流 d）最小回流比3）多组分精储与多组分吸收过程均不能对所有组分规定别离要求，而只能对 别离操作中起关键作用的组分即关键组分规定别离要求，其中多组分精 储过程最多只能有 个关键组分，多组分吸收过程最多只能有一个关键组分。a） 1b）2c）3d）44） 在二元精镭中，易挥发组分外表张力小于难挥发组分的物系宜采用一 ，反之宜采用 o a）泡沫接触状态b）喷射接触状态3判断题（10分）1）别离因子相对于汽液平衡常数而言

6、，随温度和压力的变化不敏感。（）2）假设轻、重关键组分是挥发度相邻的组分，那么由Underwood公式可得出不止 一个 Rm。（）3）由芬斯克公式可看出，最少理论板数与进料组成有关，且公式计算的精确 度在很大程度上取决于相对挥发度数据的可靠性。（）4）与萃取精僧塔提镭段塔板上溶剂浓度相比，溶剂浓度在再沸器中发生骤 降，故不能以塔釜液溶剂浓度当作塔板上的溶剂浓度。（）5）不同类型的别离过程，其热力学效率各不相同。一般来说，蒸发过程的热力学效率高于共沸精 储过程的热力学效率。（）二 问答题（25分,每题5分）1简述设计型设计计算与操作型设计计算的区别。试用箭头和相关公式表示计算二元均相共沸物组成的

7、步骤。简述逐级计算法适宜进料位置确实定方法。试用图形描述等温闪蒸计算求汽化分率的迭代过程（Ki、Zi）5简述确定简单精储塔构成的别离流程适宜别离顺序的经验规那么。三计算题（40分）（6分）计算塔顶全凝器单元的固定设计变量数和可调设计变量数。2 （10分）某三元理想混合物的组成为：A xA = 0.60, B xB= 0.20, C xC=0.20(摩尔分率)。系统的操作压力为0.1013MPa。计算混合物的泡点温度。A、B、C三个组分的饱和蒸汽压数据如下：(T： K, 不： Pa)In% s = 23.4803-3626.55/(T-34.29)Inpg s =23.8047-3803.98/

8、(T-4L68)In也 s = 22.4367-3166.38/(T-80.15)（注：试差范围为6585。（2；误差限=/T设定-T计算40.5%：或NEyi-140.01）3 （12分）某精编塔的进料组成及各组分在全塔平均温度下的相平衡常数 列于下表。进料量为100kmol/ho组分ABCD进料摩尔分率0.100.350.100.45企塔平均相对挥发度2.01.00.95要求塔釜组分B浓度不高于0.6%,塔釜组分C的回收率为98.6% o试计算:最少理论板数全回流下塔顶和塔底产品的量和组成。4 （12分）用C4储分液态烧作吸收剂，从裂解气中回收99%的乙烯。裂解气中各组分的摩尔分 率分别为

9、：组分ABCD进料摩尔分率0.100.350.100.45金塔平均相对挥发度7.02.01.00.95在平均操作压力和温度下各组分的相平衡常数如表所列，其中氢气为惰性组 分，不被吸收。假设处理的入塔裂解气量为100kmol/h,试用平均吸收因子法计 算：完成吸收任务所需最小液气比；（2）操作液气比为最小液气比的1.5倍时，完成吸收任务所需的理论板 数；各组分吸收率和离塔尾气组成；塔顶应加入的吸收剂量。答案：一概念题（35分）1填空题（19分）1）别离过程可分为机械别离和传质别离两大类。其中传质别离过程的特点是过 程中有质量传递现象发生。常见的传质别离过程有精储、吸收、萃取。2）在泡点法严格计算

10、过程中，除用修正的M-方程计算液相组成 外,在内层循环 中用S-方程计算级温度，而在外层循环中用H-方程计算汽相流率。3）效率常见的表示方法有全塔效率、默弗里板效率和点效率。4）影响气液传质设备处理能力的主要因素有液上、雾沫夹带、压力降和 停留时间。5）常见的精馈节能技术有多效精储、热泵精储、采用中间冷凝器和中间再沸器的精储和SRV精精。2选择题（6分）1）常压下 立物系的相平衡常数更适合于用公式Kj = p：/P计算。a）苯-甲苯b）甲醇-水2）假设相对挥发度与组成关系不大且不同组分的塔板效率相同，通过对假设干不 同组分系统的精储计算结果分析研究发现， 下组分的分配比接近于实际 操作回流比下

11、的组分分配比。a）高回流比b）低回流比c）全回流d）最小回流比3）多组分精储与多组分吸收过程均不能对所有组分规定别离要求，而只能对分 离操作中起关键作用的组分即关键组分规定别离要求，其中多组分精储过程 最多只能有 比个关键组分，多组分吸收过程最多只能有 比个关键组分。a） 1 b） 2 c） 3 d） 44）在三元精储中，易挥发组分外表张力小于难挥发组分的物系宜采用a）_,反之 宜采用b）oa）泡沫接触状态b）喷射接触状态3判断题（10分）1）别离因子相对于汽液平衡常数而言，随温度和压力的变化不敏感。（）2）假设轻、重关键组分是挥发度相邻的组分，那么由Underwood公式可得出不止一个（义）

12、3）由芬斯克公式可看出，最少理论板数与进料组成有关，且公式计算的精确度在很大程度上取决于相对挥发度数据的可靠性。（义）4）与萃取精储塔提储段塔板上溶剂浓度相比，溶剂浓度在再沸器中发生骤降, 故不能以塔釜液溶剂浓度当作塔板上的溶剂浓度。（X）5）不同类型的别离过程，其热力学效率各不相同。一般来说，蒸发过程的热力 学效率高于共沸精微过程的热力学效率。（V）二问答题（25分，每题5分）1简述设计型设计计算与操作型设计计算的区别。答：设计型设计计算是指进料情况，规定了别离要求，进而设计一个能到达 要求的别离装置。操作型设计计算是指用现有的装置别离的物料，进而核算该装置是否能到达 别离要求。2试用箭头和

13、相关公式表示在压力P下二元均相共沸物组成的计算步骤。s s答：1叫-111丫2=1帅2/P1）P=Pi+P2=YP；X|+xp2sX?X+X2=l （3）设T-p：、p；-X、x2 （由（1）、（3）式）-*P （由（2）式）|P-P|W 假设满足收敛标准那么结束，假设不满足那么重设T直至满足收敛标准为止。3简述逐级计算法适宜进料位置确实定方法。答：适宜进料位置确实定方法是以轻、重关键组分的浓度之比作为精储效果的准 那么。当逐级从上往下计算时，要求轻、重关键组分汽相浓度比值降低得越快越好。那么第j级是进料级。当逐级从卜往上计算时，要求轻、假设配上 且XHK.j ）R 、XHK.j ）s那么第j

14、级是进料级。重关键组分液相浓度比值增加得越快越好。4试用图形描述等温闪蒸计算求汽化分率的迭代过程（Ki、Zi）。答：5简述确定简单精储塔构成的别离流程适宜别离顺序的经验规那么。答：确定多组分精微别离流程别离顺序的经验规那么：（1）按相对挥发度递减的顺序逐个从塔顶别离出各组分。（2）最困难的别离应放在塔序的最后（3）应使各个塔的储出液的摩尔数与釜液的摩尔数尽量接近（4）别离很高回收率的组分的塔应放在塔序的最后（5）进料中含量高的组分尽量提前分出三计算题（40分）（6分）计算塔顶全凝器单元的固定设计变量数和可调设计变量数。解：独立变量数N：= 2（c+2） +1 =2c+5单元的约束关系数：物料衡

15、算式C热量衡算式1内在关系式0N：c+1故全凝器单元的设计变量数N：= c+4其中固定设计变量数：进料变量数c+2压力等级数1N：c+3可调设计变量数N：=la（10分）某三元理想混合物的组成为：A xA = 0.60, B xB = 0.20, C xc=0.20（摩尔分率）。系统的操作压力为0.1013MPa。计算混合物的泡点温度。A、B、C三个组分的饱和蒸汽压数据如卜.：（T： K, P1S： Pa）InpA5 = 23.4803-3626.55/（T-34.29）hips5 = 23.8047-3803.98/（T-41.68）C: hipcs = 22.4367-3166.38/（1

16、-80.15）（注：试差范围为65、85。（?；误差限=|T设定-丁计舞|0.5。（:或|-110.01）|解：TKPASPBSPCSACaBCKcPCS，T，343.15125313.3172156.7032768.813.8242.2020.34134543.3344.31344.31130941.5575732.4034547.863.7902.1920.34334745.9344.44故泡点温度为344.44K即71.29 C。yA=0.780. yB=0.150. yC=0.0693（12分）某精锚塔的进料组成及各组分在全塔平均温度下的相平衡常数列于 下表。进料量为100kmol/h。组分ABCD进料摩尔分率0.100.350.100.45全塔平均相对挥发度,。2.010.95要求塔釜组分B浓度不高于0.6%,塔釜组分C的回收率为98.6%。试计算:(1)最少理论板数(2)全回流下塔顶和塔底产品的量和组成。解：(1)据题意，B是轻关键组分，C是重关键组分，假设清晰分割进行物料衡算：组分进料,fi储出液，di釜液，