分离考试题集

第一章简答题答案1.分离过程如何分类？按分离过程中有无物质传递现象发生1、机械分离过程（2分）2、传质分离过程（2分）又可以分为：平衡分离过程（1分）和速率分离过程（1分）2.写出汽液平衡常数Ki的定义式、计算通式及完全理想系K值表达式?相平衡常数定义式：,（2分）计算通式：（2分）完全理想系简化形式：汽相是理想气体，液相是理想溶液。（2分）3.传质分离过程如何分类？传质分离过程可以分为：平衡分离过程和速率分离过程4.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。属于ESA分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。属于MSA分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。5.比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。当被分离组分间相对挥发度很小，必须采用具有大量塔板数的精馏塔才能分离时，就要考虑采用萃取精馏（MSA），但萃取精馏需要加入大量萃取剂，萃取剂的分离比较困难，需要消耗较多能量，因此，分离混合物优先选择能量媒介(ESA)方法。6.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。求：总变更量数Nv;有关变更量的独立方程数Nc；设计变量数Ni;固定和可调设计变量数Nx,Na；对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？3股物流均视为单相物流，总变量数Nv=3(C+2)=3c+6独立方程数Nc物料衡算式C个热量衡算式1个相平衡组成关系式C个1个平衡温度等式1个平衡压力等式共2C+3个故设计变量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定设计变量Nx＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个可调设计变量Na＝07.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求：设计变更量数是多少？如果有，请指出哪些附加变量需要规定？Nxu进料c+2压力9c+11=7+11=18Nau串级单元1传热1合计2NVU=Nxu+Nau=20附加变量：总理论板数。8.附图为热藕合精馏系统，进料为三组分混合物，采出三个产品。确定该系统：设计变量数;指定一组合理的设计变量。Nxu压力N+M+1+1进料c+2合计N+M+c+4(c=3)Nau串级6分配器1侧线3传热212Nvu=N+M+3+4+12=N+M+199利用如附图所示的系统将某混合物分离成三个产品。试确定：固定设计变量数和可调设计变量数;2）指定一组合理的设计变更量Nxu进料c+2压力N+M+1+1+1c+N+M+5Nau串级4分配1侧线1传热41010采用单个精馏塔分离一个三组分混合物为三个产品(见附图),试问图中所注设计变量能否使问题有唯一解?如果不,你认为还应规定哪个(些)设计变量?NXU进料c+2压力40+1+1c+44=47Nau3+1+1+2=7Nvu=54设计变量：回流比，馏出液流率分析题计算题

第二章简答题答案1.闪蒸问题如何判别？判别闪蒸问题有两种方法：方法一：利用泡露点计算得到泡点和露点温度，如果操作温度介于进料混合物泡露点温度之间，则闪蒸问题成立方法二：如果进料为液相，说明闪蒸温度； 如果进料为气相，说明闪蒸温度。2.简述宽沸程、窄沸程混合物迭代的异同点宽沸程混合物是指构成混合物的各个组分的挥发都相差悬殊，闪蒸后各相的量几乎完全取决于。因此，宽沸程闪蒸的热量衡算更主要地取决于温度、而不是气化率Ψ。对宽沸程闪蒸，因为Ψ对T的取值不敏感，所以Ψ作为内层迭代变量是合理的。其次，将热衡算放在外层循环中，用归一化的x和y计算各股物料的焓值，并利用弦位法、牛顿法等估计闪蒸温度对于窄沸程闪蒸问题，由于各组分的沸点相近，因而热量衡算主要受汽化潜热的影响，反映在受气相分率的影响。改变进料热焓会使汽液相流率发生变化，而平衡温度没有太明显的变化。显然，应该通过热量衡算计算Ψ(即V和L)，解闪蒸方程式确定闪蒸温度。并且，由于收敛的T值对Ψ的取值不敏感，故应在内层循环迭代T，外层循环迭代Ψ。3.何谓泡点计算，写出ki＝f(t,p)时,牛顿迭代法泡点温度的迭代公式；泡点温度和压力的计算是指规定液相组成x和P或T，分别计算汽相组成y和T或P。目标函数为；牛顿迭代法泡点温度的迭代公式为：4.写出汽液平衡常数Ki的定义式、Ki的计算通式及常见物系Ki的简化式；相平衡常数定义式：,计算通式：低压、物性相近，即完全理想系简化形式：汽相是理想气体，液相是理想溶液。低压、物性不相近：汽相是理想气体，液相是非理想溶液。，中压、物性相近：高压、物性相近：高压、物性不相近：5.写出中压、组分物性接近物系的汽液平衡常数的表达式，试说明此时Ki是哪些变量的函数。中压、物性相近：6.写出泡点计算内容，并以图示意ki＝f(t,p)时泡点温度的试差计算过程；泡点温度和压力的计算是指规定液相组成x和P或T，分别计算汽相组成y和T或P。分析题1.Ki=f(T,P)的等温闪蒸计算,多利用RR方程(通用闪蒸方程)。请写出或说明：1）含气化率的RR方程的表达式2）等温闪蒸计算的计算思路3）采用牛顿迭代求气化率，迭代三次不收敛，第四次迭代估计值的计算式（只写出公式）解答：含气化率的RR方程的表达式等温闪蒸计算的计算思路首先根据含有气化率的露点方程或者泡点方程或者RR方程求出气化率，然后根据气化率求得。3）采用牛顿迭代求气化率，迭代三次不收敛，第四次迭代估计值的计算式（只写出公式），其中计算题计算在0.1013MPa和378.47K下苯(1)-甲苯(2)-对二甲苯(3)三元系，当x=0.3125，x=0.2978，x=0.3897时的K值。汽相为理想气体，液相为非理想溶液。并与完全理想系的K值比较。已知三个二元系的Wilson方程参数。;;(单位：J/mol)在T=378.47K时液相摩尔体积为：；；安托尼公式为：苯：；甲苯：；对二甲苯：；()解答由Wilson参数方程=1.619=0.629同理：；；由Wilson方程：；；根据安托尼方程：；；由式(2-38)计算得：；；如视为完全理想系，根据式(2-36)计算得：；；解2：在T=378.47K下苯：；=207.48Kpa甲苯：；=86.93Kpa对二甲苯：；=38.23KpaWilson方程参数求取 =0.9132=1.019=1.2752故而完全理想系：一液体混合物的组成为：苯0.50；甲苯0.25；对二甲苯0.25(摩尔分率)。分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在100kPa式的平衡温度和汽相组成。假设为完全理想系。(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95℃苯：；甲苯：；对二甲苯：；；选苯为参考组分：；解得T2=94.61℃； ； =0.6281 =0.2665故泡点温度为94.61℃，且；；(2)相对挥发度法设t=95℃，同上求得=1.569，=0.6358，=0.2702，，故泡点温度为95℃，且；；一烃类混合物含甲烷5%(mol)，乙烷10%，丙烷30%及异丁烷55%，试求混合物在25℃时的泡点压力和露点压力。解1：因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可以看成理想溶液，值只取决于温度和压力。可使用烃类的P-T-K图。⑴泡点压力的计算：75348假设P=2.0MPa，因T=25℃，查图求组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑0.050.100.300.551.008.51.80.570.260.4250.180.1710.1430.919=0.919＜1，说明所设压力偏高，重设P=1.8MPa组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑0.050.100.300.551.009.41.950.620.280.470.1950.1860.1541.005=1.005≈1，故泡点压力为1.8MPa。⑵露点压力的计算：假设P=0.6MPa，因T=25℃,查图求组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑0.050.100.300.551.0026.05.01.60.640.00190.020.18750.85941.0688=1.0688＞1.00，说明压力偏高，重设P=0.56MPa。组分i甲烷(1)乙烷(2)丙烷(3)异丁烷(4)∑0.050.100.300.551.0027.85.381.690.680.00180.01860.17750.80881.006=1.006≈1，故露点压力为0.56MPa。含有80%(mol)醋酸乙酯(A)和20%乙醇(E)的二元物系，液相活度系数用VanLaar方程计算，=0.144，=0.170。试计算在101.3kPa压力下的泡点温度和露点温度。安托尼方程为：醋酸乙酯：乙醇：(PS：Pa；T：K)(1)计算活度系数： =1.0075=1.107(2)计算泡点温度设T=353.15K(80℃) 调整解得T2=349.65，即T2=76.50℃=11.504 =11.453 =0.9857 =1.0288故泡点温度为76.5℃(3)计算露点温度设T=353.15K(80℃)解得T2=349.67K(76.52℃)=11.505 =11.454 故露点温度为76.52℃用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并从较重烃中分离轻质气体。计算离开闪蒸罐的蒸汽组成和流率。从反应器出来的物料温度811K，组成如下表。闪蒸罐操作条件下各组分的K值：氢-80；甲烷-10；苯-0.01；甲苯-0.004组分流率，mol/h氢200甲烷200苯50甲苯10以氢为1，甲烷为2，苯为3，甲苯为4。总进料量为F=460kmol/h，，，，又K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004由式(2-72)试差可得：Ψ=0.87，由式(2-68)计算得：y1=0.4988，y2=0.4924，y3=0.008，y4=0.0008；V=400.2mol/h。

第三章简答题答案1.简述萃取精馏的基本原理及萃取剂的作用?特殊精馏为既加能量又加质量分离剂的精馏。在和的溶液中加入一个新组分S，使它对原溶液中各组分产生不同作用，从而改变原溶液组分之间相对挥发度，使系统变的易于分离。如果向原溶液加新组分后不形成共沸物且S沸点最高，从塔釜采出的精馏过程为萃取精馏，S为萃取剂或溶剂（2分）溶剂的作用：1.萃取剂能够改变体系中各组分的相互作用，尤其是关键组分的相互作用。（2分）2.稀释作用：能减少关键组分间的相互作用。（2分）2.画出塔顶馏出液为致冷剂的低温热泵精馏流程？闭式热泵

1—精馏塔，2—冷凝器，3—再沸器，4—压缩机，5—节流阀。闭式热泵：用外界的工作介质为冷剂，液态冷剂在冷凝器中蒸发，使塔顶物料冷凝。汽化后的冷剂进入压缩机升压，然后在压缩机出口压力下在再沸器将热量传递给塔釜物料，本身冷凝成液体，如此循环不已。塔内物料与制冷系统的工质两者之间是封闭的系统。开式热泵

精馏塔，2—冷凝器，3—再沸器，4—压缩机，5—节流阀。开式热泵：以过程本身的物料为制冷系统的工作介质。其中一种形式是以塔釜物料为工质，在冷凝器汽化，取消再沸器，如图a所示。另一种形式是以塔顶物料为工质，在再沸器冷凝，取消冷凝器，见图b。3.简述恒沸精馏与萃取精馏的异同点？相同点：1.均加入分离媒介 2.均适合分离普通精馏难以分离的物系不同点：1.灵活性：萃取精馏比恒沸精馏灵活，恒沸精馏需要保证恒沸物的形成； 2.能耗方面：萃取精馏优于恒沸精馏； 3.应用范围；恒沸萃取S的选择范围窄，需形成恒沸物范围宽，余地大S对产品的影响S不易波动，直接影响产品质量S可以在较宽的范围内操作，确保产品质量应用范围适于脱除相对较少的组分，以及热敏性物质，间歇、连续操作均可适用于分离物质性质相似且相对含量较大的物质，大规模连续生产4.画出外加致冷剂的低温热泵精馏流程并简述其原理；闭式热泵

1—精馏塔，2—冷凝器，3—再沸器，4—压缩机，5—节流阀。闭式热泵：用外界的工作介质为冷剂，液态冷剂在冷凝器中蒸发，使塔顶物料冷凝。汽化后的冷剂进入压缩机升压，然后在压缩机出口压力下在再沸器将热量传递给塔釜物料，本身冷凝成液体，如此循环不已。塔内物料与制冷系统的工质两者之间是封闭的系统。5.6.何谓剩余曲线？何谓精馏曲线？用于描述间歇蒸馏釜中剩余液体组成随时间的变化的曲线称之为剩余曲线。在三角相图上可以表示连续精馏塔内在全回流条件下的液体含量分布情况，该分布曲线称为精馏曲线。分析题以S作为共沸剂采用恒沸精馏分离AB。已知进料中XA＝0.4共沸物ZAB(组成XA=0.6,TAB=56℃共沸物ZBS(组成XB=0.5,TBS=62℃纯物质TA=60℃；TB=64℃；TS请在图1上示意：蒸馏边界；剩余曲线；分析分离产物；图1恒沸精馏B图1恒沸精馏BAASS计算题1.采用萃取精馏分离AB双组分混合物进料量为200kmol／h塔顶采出量为100kmol／h〔不含萃取剂〕若：回流比R＝1.5，β＝0.03，塔顶加入萃取剂S，加入量为260kmol／h问：1)当进料含20％液体时,精馏段、提馏段萃取剂浓度各为多少？若维持全塔萃取剂浓度一致，进料中还需补加多少萃取剂？答：对精馏段kmol／h因为β很小所以：对提馏段kmol／h2）设补加萃取剂S1kmol／h图2恒沸精馏图2恒沸精馏21ASS2.某厂有甲醇(1)--水(2)溶液，进料组成为X1＝0.75X2＝0.25.用醋酸甲酯为恒沸剂(S)进行恒沸精馏。已知塔顶为甲醇与醋酸甲酯的恒沸物,恒沸物组成X1＝0.35XS＝0.65,塔釜为水。若进料溶液量为1000kmol/h。试用图解法求:1)理论恒沸剂用量(S),2)塔顶产品量(D)3)塔底产品量(W)解答：量出ZM、2M、SM、MF的长度因为；所以令；；联合上面两个方程求解B、Z的量2.某精馏塔进料流率及平均相对挥发度如下：组分ABCD合计进料流率fi(kmol/h)50605040200αij2.52.310.8分离要求：B组分的回收率97％，C组分的回收率96％试求：1)清晰分割的物料分配(不计算组成)2）完成分离任务所需最少平衡级数（理论板数）解：根据题意顶B为轻关键组分，C为重关键组分，由分离要求计算关键组分在塔顶釜的分配。所以塔顶塔釜物料分配为组分ABCD合计塔顶流率Di(kmol/h)5058.220110.2塔釜流率Wi(kmol/h)01.8484089.8所以在一精馏塔中分离苯(B)，甲苯(T)，二甲苯(X)和异丙苯(C)四元混合物。进料量200mol/h，进料组成zB=0.2,zT=0.1,zX=0.4(mol)。塔顶采用全凝器，饱和液体回流。相对挥发度数据为：=2.25，=1.0，=0.33，=0.21。规定异丙苯在釜液中的回收率为99.8%，甲苯在馏出液中的回收率为99.5%。求最少理论板数和全回流操作下的组分分配。根据题意顶甲苯(T)为轻关键组分，异丙苯(C)为重关键组分，则苯(B)为轻组分，二甲苯(X)为中间组分。以重关键组分计算相对挥发度。 由分离要求计算关键组分在塔顶釜的分配。所以由与求出非关键组分的分布苯： =0，=2000.2=40Kmol/h二甲苯：，+=2000.1=20求得=1.06，=18.94，物料平衡结果见下表：组分苯(B)0.2400.39600甲苯(T)0.359.90.5920.30.003异丙苯(C)0.40.160.00279.840.806100.921.0099.081.00

第四章简答题答案1.吸收过程如何分类？按分离过程中有无物质传递现象发生1、机械分离过程（2分）2、传质分离过程（2分）又可以分为：平衡分离过程（1分）和速率分离过程（1分）2.与多组份精馏相比，多组分吸收有哪些特点？关键组分只有一个，分离要求浓度和吸收率相当于复杂塔，两股进料流，两股出料物流不能按照理想溶液处理，被处理物料沸程宽，在标准条件下有些组分接近超临界点单向传质过程不能按恒摩尔流处理塔内流量、温度、浓度分布复杂，沿塔高分布不均多组分混合物的吸收过程中，吸收位置不同，不同组分被吸收程度不同3.简述平均有效吸收因子的基本思想吸收主要发生在1、N二块板上，可将N板吸收作为2板吸收计算。所以将N块板的吸收塔简化为2块板的吸收塔，再将结果延伸到N块板的吸收塔。简化表达式为：分析题计算题1.采用不挥发的纯吸收剂吸收分离ＡＢＣ三元气体混合物，进气量为200kmol/h，进气组成（mol分率）及操作温度下的气液平衡常数如下表。组分ABC进料组成(mol/mol)平衡常数Ki0.5110.450.11.1若要求Ｂ的吸收率为90％；L/V=1.5(L/V)min试用平均吸收因子法计算(1)平衡级数(2)尾气量(3)吸收剂用量？解答：(1)最小液气比的计算：在最小液气比下N=∞，A关=关=0.9=50.9=4.5(2)理论板数的计算：操作液气比=1.54.5=6.75(3)尾气的数量和组成计算：非关键组分的吸收率被吸收的量为，塔顶尾气数量塔顶组成按上述各式计算，将结果列于下表组分Kmol/hKiA100110.6140.57757.742.30.841B8051.350.90072.08.00.159C201.16.1361.002000合计200.0---149.750.3(4)塔底的吸收量塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率：Kmol/h而，联立求解得=769.91Kmol/h2.采用不挥发的纯吸收剂，吸收分离ＡＢＣ三元气体混合物，进气量为150kmol/h，进气组成（mol分率）及操作温度下的气液平衡常数如下表.组分ABC进料组成(mol/mol)0.50.40.1平衡常数Ki1151.1若要求尾气中Ｂ的量为10kmol/h；L/V=1.5(L/V)min试用平均吸收因子法计算:(1)平衡级数(2)尾气量(3)吸收剂用量解B进料量为：kmol/hＢ的吸收率为(1)最小液气比的计算：在最小液气比下N=∞，A关=关=0.833=50.833=4.165(2)理论板数的计算：操作液气比=1.54.165=6.25(3)尾气的数量和组成计算：非关键组分的吸收率被吸收的量为，塔顶尾气数量塔顶组成按上述各式计算，将结果列于下表组分Kmol/hKiA100110.5680.52139.135.90.782B8051.250.83350100.218C201.15.6811.001500合计200.0---104.145.9(4)塔底的吸收量塔内气体平均流率：Kmol/h塔内液体平均流率：Kmol/h而，联立求解得=560.14Kmol/h

第六章简答题答案1.何谓MESH方程？简述严格法计算中MESH方程的三类解算方法围绕每一个平衡级可以列出以下4组方程M——组分物料衡算；E——相平衡方程；S——每一相中各组分的摩尔分率加和式；H——热量衡算方法一：同时求解MESH方程法：SC法方法二：分组求解MESH方程法：BP、SR法。先利用逐级法或三对角矩阵法求解ME联合方程，在分别利用S方程和H方程确定温度和流量的方法方法三：内外法：热力学性质计算与迭代层相结合的方法2.简述SR法与BP法的异同点相同点：1.均使用MESH方程组；2.相同的辅助关系式——相平衡常数、气液相摩尔焓计算；3.均可首先利用托马斯法求解ME方程不同点：1.适用沸程范围不同； 2.S和H方程所实现的目的不同，BP法：内层