化工分离第三章-6
化工原理第三章习题与答案
化⼯原理第三章习题与答案第三章机械分离⼀、名词解释（每题2分）1. ⾮均相混合物物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界⾯2. 斯托克斯式r u d u ts r 2218)(?-=µρρ3. 球形度s ?⾮球形粒⼦体积相同的球形颗粒的⾯积与球形颗粒总⾯积的⽐值4. 离⼼分离因数离⼼加速度与重⼒加速度的⽐值5. 临界直径dc离⼼分离器分离颗粒最⼩直径6．过滤利⽤多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作7. 过滤速率单位时间所产⽣的滤液量8. 过滤周期间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成⼀次过滤所⽤时间9. 过滤机⽣产能⼒过滤机单位时间产⽣滤液体积10. 浸没度转筒过滤机浸没⾓度与圆周⾓⽐值⼆、单选择题（每题2分）1、⾃由沉降的意思是_______。
Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻⼒可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加⼀个初始速度Ｃ颗粒在降落的⽅向上只受重⼒作⽤，没有离⼼⼒等的作⽤Ｄ颗粒间不发⽣碰撞或接触的情况下的沉降过程D 2、颗粒的沉降速度不是指_______。
Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任⼀时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度Ｄ净重⼒（重⼒减去浮⼒）与流体阻⼒平衡时颗粒的降落速度B3、对于恒压过滤_______。
A 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤为原来的2倍B 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤⾄原来的2倍C 滤液体积增⼤⼀倍则过滤时间增⼤⾄原来的4倍D 当介质阻⼒不计时,滤液体积增⼤⼀倍,则过滤时间增⼤⾄原来的4倍D4、恒压过滤时，如介质阻⼒不计，滤饼不可压缩，过滤压差增⼤⼀倍时同⼀过滤时刻所得滤液量___ 。
Ａ增⼤⾄原来的2倍Ｂ增⼤⾄原来的4倍Ｃ增⼤⾄原来的2倍Ｄ增⼤⾄原来的1.5倍C5、以下过滤机是连续式过滤机_______。
Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机 C6、过滤推动⼒⼀般是指______。
Ａ过滤介质两边的压差Ｂ过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差Ｃ滤饼两⾯的压差Ｄ液体进出过滤机的压差B7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能⾃动地进⾏相应的不同操作：______。
化工原理教案03非均相物系的分离
第三章 非均相物系的分离第一节 概 述一、 化工生产中常遇到的混合物可分为两大类：第一类是均相物系—如混合气体、溶液，特征：物系内各处性质相同，无分界面。
须用吸收、蒸馏等方法分离。
第二类是非均相体系— 1．液态非均相物系固体颗粒与液体构成的悬浮液； 不互溶液体构成的乳浊液；2．气态非均相物系固体颗粒（或液体雾滴）与气体构成的含尘气体（或含雾气体）； 气泡与液体所组成的泡沫液等。
特征：物系内有相间的界面，界面两侧的物性截然不同。
（1）分散相：往往是液滴、雾滴、气泡，固体颗粒，µm 。
（2）连续相：连续相若为气体，则为气相非均相物系。
连续相若为液体，则为液相非均相物系。
二、 非均相物系分离的目的：1）净制参与工艺过程的原料气或原料液。
2）回收母液中的固体成品或半成品。
3）分离生产中的废气和废液中所含的有害物质。
4）回收烟道气中的固体燃料及回收反应气中的固体触媒等。
总之：以满足工艺要求，提高产品质量，改善劳动条件，保护环境，节约能源及提高经济效益。
常用分离方法：1）重力沉降：微粒借本身的重力在介质中沉降而获得分离。
2）离心分离：利用微粒所受离心力的作用将其从介质中分离。
亦称离心沉降。
此法适用于较细的微粒悬浮体系。
3）过滤：使悬浮体系通过过滤介质，将微粒截留在过滤介质上而获得分离。
4）湿法净制：使气相中含有的微粒与水充分接触而将微粒除去。
5）电除尘：使悬浮在气相中的微粒在高压电场内沉降。
本章主要讨论：利用机械方法分离非均相物系，按其涉及的流动方式不同，可大致分为沉降和过滤两种操作方式。
三、 颗粒和流体相对运动时所受到的阻力 流体以一定的速度绕过静止颗粒时或者固体颗粒在静止流体中移动时 流体对颗粒的作用力——ye 力F d22u AF d ρξ= [N]式中，A —颗粒在运动方向上的投影，πd p 2u —相对运动速度ξ—阻力系数， ξ=Φ（Re ）=Φ（d p u ρ/μ）层流区：Re <2， ξ=24/Re ──Stokes 区过渡区：Re=2—500， Re 10=ξ ──Allen 区 湍流区：Re=500--2⨯105， ξ≌0.44 ──Newton 区第二节 重力沉降一、球形颗粒的自由沉降自由沉降──对于单一颗粒在流体中的沉降或者颗粒群充分地分散、颗粒间互不影响，不致引起相互碰撞的沉降过程。
化工原理：(含答案)第三章 非均相物系的分离
第三章 非均相物系的分离一、填空题：1．⑴一球形石英颗粒，在空气中按斯托克斯定律沉降，若空气温度由20°C 升至50°C ，则其沉降速度将 。
⑵降尘室的生产能力只与降尘室的 和 有关，而与 无关。
解⑴下降 ⑵长度 宽度 高度2．①在除去某粒径的颗粒时，若降尘室的高度增加一倍，则沉降时间 ，气流速度 ，生产能力 。
②在滞流（层流）区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比；在湍流区，颗粒的沉降速度与颗粒直径的 次方成正比。
解①增加一倍 ， 减少一倍 ， 不变 ②2 ， 1/2沉降操作是指在某种 中利用分散相和连续相之间的 差异，使之发生相对运动而实现分离的操作过程。
沉降过程有 沉降和 沉降两种方式。
答案：力场；密度；重力；离心3．已知q 为单位过滤面积所得滤液体积V/S ，e e e S V q V /，为为过滤介质的当量滤液体积（滤液体积为e V 时所形成的滤饼层的阻力等于过滤介质的阻力），在恒定过滤时，测得2003740/+=∆∆q q τ，过滤常数K ＝ ，e q = 。
解0.000535 ， 0.05354．⑴间歇过滤机的生产能力可写为Q ＝V/∑τ，此外V 为 ，∑τ表示一个操作循环所需的 ，∑τ等于一个操作循环中 ， 和 三项之和。
一个操作循环中得到的滤液体积 ，总时间 ，过滤时间τ ，洗涤时间τw ， 辅助时间τD⑵．一个过滤操作周期中，“过滤时间越长，生产能力越大”的看法是 ，“过滤时间越短，生产能力越大”的看法是 。
过滤时间有一个 值，此时过滤机生产能力为 。
不正确的 ，不正确的 ， 最适宜 ， 最大⑶．过滤机操作循环中，如辅助时间τ越长则最宜的过滤时间将 。
⑶ 越长(4). 实现过滤操作的外力可以是 、 或 。
答案：重力；压强差；惯性离心力5．⑴在过滤的大部分时间中， 起到了主要过滤介质的作用。
⑵最常见的间歇式过滤机有 和 连续式过滤机有 。
⑶在一套板框过滤机中，板有 种构造，框有 种构造。
化工原理第三章沉降和过滤课后习题和答案解析
第三章 沉降与过滤沉 降【3-1】 密度为1030kg/m 3、直径为400m μ的球形颗粒在150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度./30835kg m ρ=，黏度.524110Pa s μ-=⨯⋅颗粒密度/31030p kg m ρ=，直径4410p d m -=⨯ 假设为过渡区，沉降速度为()(.)()./..1122223345449811030410179225225241100835p t p g u d m s ρρμρ--⎡⎤-⎡⎤⨯==⨯⨯=⎢⎥⎢⎥⨯⨯⨯⎢⎥⎣⎦⎣⎦验算 .Re ..454101790．835=24824110p t d u ρμ--⨯⨯⨯==⨯ 为过渡区【3-2】密度为2500kg/m 3的玻璃球在20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
试求在这两种介质中沉降的颗粒直径的比值，假设沉降处于斯托克斯定律区。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为()/218t p p u d g ρρμ=- 由此式得（下标w 表示水，a 表示空气）()()2218= p w pw p a pat w ad d u g ρρρρμμ--=pw pad d =查得20℃时水与空气的密度及黏度分别为./,.339982 100410w w kg m Pa s ρμ-==⨯⋅ ./,.35120518110a a kg m Pa s ρμ-==⨯⋅已知玻璃球的密度为/32500p kg m ρ=，代入上式得.961pw pad d ==【3-3】降尘室的长度为10m ，宽为5m ，其中用隔板分为20层，间距为100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10m μ，气体密度为./311kg m ，黏度为.621810Pa s -⨯⋅，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求：(1)最小颗粒的沉降速度；(2)若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s? (3)此降尘室每小时能处理多少m 3的气体？解 已知,/./.6336101040001121810pc p d m kg m kg m Pa s ρρμ--=⨯===⨯⋅,, (1) 沉降速度计算 假设为层流区().()(.)./.26269811010400011001181821810pc p t gd u m s ρρμ---⨯⨯-===⨯⨯验算..Re .66101000111000505221810pc t d u ρμ--⨯⨯⨯===<⨯． 为层流(2) 气体的最大流速max u 。
化工分离过程__第3章 第一讲 设计变量的确定
进料变量数： 2(C+2) 压力等级数： 1 +) 2C+5
F1 F2 QW
塔内无压降
N
u a
分配器数： 1 侧线采出： 1
传热单元： 2 串级数： 4 8
+)
34
3.2 多组分精馏 Multicomponent Distillation
3.2.1 多组分精馏过程分析 (Process Analysis)
自学p66例3-2双塔共沸精馏流程
28
例2. 双塔共沸精馏流程
Nx
进料变量数： 压力等级数：
原料 蒸汽
4+3 1 8
+)
N
u a
分配器数： 侧线采出： 传热单元： 串级数：
0 0
2
3 5 +)
29
5个可调设计变量的选择
情况（1）： 三个串级各自的级数 3； 再沸器的蒸发速率 1； 冷凝器的过冷温度 1。 情况（2）： 异丙醇塔釜液中异丙醇的摩尔分数 1； 水塔釜液中异丙醇的摩尔分数 1； 异丙醇塔的最适进料位置 1； 再沸器的蒸发速率 1； 冷凝器的过冷温度 1。
N =N +N
e D e x
e a
固定设计变量Nx 可调设计变量Na ＝ND-Nx
L1
L L2
Nx
= 进料物流变量数＋系统的压力
分配器
固定设计变量Nx = 进料＋压力＝（C+2）+1
分配比
可调设计变量Na = ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1
13
例2. 产物为两相的全凝器 NVe
出入物流变量数： 3（C+2） 能量交换数： 1 +) Nv = 3C+7
化工原理第三章沉降与过滤课后习题包括答案.doc
第三章沉降与过滤沉 降【 3-1 】 密度为 1030kg/m 3、直径为 400 m 的球形颗粒在 150℃的热空气中降落，求其沉降速度。
解 150℃时，空气密度0.835kg / m 3 ，黏度 2.41 10 5 Pa s颗粒密度p 1030kg / m3，直径 d p 4 10 4 m假设为过渡区，沉降速度为4 g 2 ( p)214 9 81 2 103013234u td p( . ) ( ) 4 101.79 m / s225225 2.41 10 50.835d p u t44101 79 0．835验算Re=.24 82 41 105..为过渡区3【 3-2 】密度为 2500kg/m 的玻璃球在 20℃的水中和空气中以相同的速度沉降。
解 在斯托克斯区，沉降速度计算式为u td 2ppg / 18由此式得（下标w 表示水， a 表示空气）18pw d pw2( pa )d pa2 u t =gwad pw ( d pa(pa )wpw)a查得 20℃时水与空气的密度及黏度分别为w998 2 3w 1 . 004 10 3 . kg / m , Pa s 1 205 3a1 81 10 5 Pa sa . kg / m , .已知玻璃球的密度为p2500 kg / m 3 ，代入上式得dpw( 2500 1 205 ) 1 . 004 10.d pa( 2500998 2 1 . 81 10. )359.61【 3-3 】降尘室的长度为10m ，宽为 5m ，其中用隔板分为 20 层，间距为 100mm ，气体中悬浮的最小颗粒直径为10 m ，气体密度为1.1kg / m 3 ，黏度为 21.8 10 6 Pa s ，颗粒密度为4000kg/m 3。
试求： (1) 最小颗粒的沉降速度；(2) 若需要最小颗粒沉降，气体的最大流速不能超过多少m/s (3) 此降尘室每小时能处理多少m 3 的气体解 已知 d pc10 10 6 m, p4000kg / m 3 ,1.1kg / m 3 ,21.8 10 6 Pa s(1) 沉降速度计算假设为层流区gd pc 2 (p) 9 . 81 ( 10 10 6 2 ( 4000 1 1u t)6 . ) 0.01m / s1818 21.8 10d pc u t10 10 6 0 01 1 1000505． 2 验算 Re21 8 10 6 为层流.(2) 气体的最大流速 umax 。
天津大学化工分离工程教案第3章多组分精馏和特殊精馏 69页PPT文档
3.2 萃取精馏和共沸精馏
3.2.1 萃取精馏 3.2.2 共沸精馏
39
一、流程
3.2.1 萃取精馏
40
二、萃取精馏的原理和溶剂的选择
（1）溶剂的作用 设组分1和组分2组成的混合物，加入溶剂S进行分离。 常压下的相对挥发度：
12K K1 2 1 2P P12ss//P P1 2P P12ss
1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。 2、在实验室设备中，研究传质影响因素。 3、工程设计中，必须知道最少板数。
20
计算最少理论板数的Fenske（芬斯克）方程： 推导前提： 1、塔顶采用全凝器；
（若采用分凝器，则分凝器为第1块塔板）； 2、所有板都是理论板。 从塔顶向下排序，由相对挥发度的定义有：
p103例［3-2］和例［3-3］
29
作业：p163 第7题
30
3.1.4 实际回流比和理论板数
用Underwood方程求出Rm 后，实际回流比R一般 取作1.30Rm。
有了实际回流比和最少理论板数，求实际理论板数 常用的经验方法有：
Gilliland图、Erbar-Maddox图。
适用于相对挥发度 变化不大的情况
当待分离组分之间形成共沸物或相对挥发度 接近1时，用普通精馏是无法实现分离或是 经济上不合理的。此时，向体系中加入一种 适当的新组分，通过与原体系中各组分的不 同作用，改变组分之间的相对挥发度，使系 统变得易于分离，这类既加入能量分离剂又 加入质量分离剂的精馏称为特殊精馏或称增 强精馏。
36
特殊精馏的分类
对于多组分精馏，待定设计变量数仍是2，所以只能 指定两个组分的浓度，其他组分的浓度则相应确定。
通常，把由设计者指定分离要求的这2个组分称为 关键组分。 其中相对易挥发的组分称为轻关键组分（LK），
化工分离过程第三章
化工分离过程第三章在化工生产中，分离是一个非常重要的过程。
分离过程的目的是将混合物中的两种或多种组分分离开来，以便得到纯净的产品。
化工分离过程主要包括物理分离和化学分离两种形式。
物理分离过程是通过物理性质上的差异来进行分离。
常见的物理分离方法有蒸馏、萃取、吸附、结晶、离心、过滤等。
下面我们将分别介绍其中一些常用的物理分离方法。
蒸馏是一种基于不同沸点的原理进行分离的方法。
将混合物加热，使其中沸点较低的组分先转化为气体，然后再经过冷凝转化为液体，从而实现组分的分离。
蒸馏可分为常压蒸馏和减压蒸馏，根据实际需求来选择。
萃取是通过溶剂的选择性溶解性，将其中的一种或几种组分从混合物中提取出来。
通常使用有机溶剂，溶剂选择需要根据组分的性质和溶解度来确定。
吸附是一种基于吸附剂对混合物中其中一种组分具有选择性吸附能力的原理进行分离的方法。
利用吸附剂对特定组分的亲和性，将其吸附在固体表面上，从而分离出纯净的组分。
结晶是一种基于溶解度差异进行分离的方法。
将溶解性物质溶解在合适的溶剂中，然后通过恒温加热或冷却的方式使之结晶出来，从而分离出纯净的晶体。
离心是通过利用离心力将混合物中不同密度的组分分离开来的方法。
将混合物置于高速旋转的离心机中，利用离心力使组分沉淀或分散，然后再将其分离出来。
过滤是通过筛选方法将混合物中较大颗粒的固体分离出来的方法。
通过选用合适的过滤介质将混合物通过滤去，从而分离出较大颗粒的固体。
除了物理分离过程外，化工生产中还存在一种常见的化学分离过程，即化学反应。
化学反应是指在适当的条件下，将混合物中的不同组分通过化学变化转化为其他物质的过程。
化学分离过程通常需要借助催化剂和适当的反应条件来实现。
总之，化工分离过程是一项非常重要的工作，它能够将混合物中的各种组分分离出来，以获得纯净的产品。
物理分离过程包括蒸馏、萃取、吸附、结晶、离心和过滤等方法，化学分离过程则通过化学反应来实现。
在实际应用中，需要选择合适的分离方法和条件，以满足不同的生产需求。
化工原理1非均相混合物的分离
4.52
2.61＜K<69.1，沉降在过渡区。用艾伦公式计算沉降速度。
ut
1 .6 1 1 . 4 0.154 g d 1.4
s
1.4
1 1.4
0 .4
1 .4
0.6
0.619m / s
二、重靠重力沉降从气流中分离出固体颗 粒的设备
令
例：试计算直径为95μm，密度为3000kg/m3的固体颗粒 分别在20℃的空气和水中的自由沉降速度。 解：1）在20℃水中的沉降。 用试差法计算 先假设颗粒在滞流区内沉降 ，
d 2 s g ut 18
附录查得，20℃时水的密度为998.2kg/m3,μ=1.005×10-3Pa.s
XLK型(扩散式)
14
二、离心沉降设备
（4）旋风分离器的选用
首先应根据系统的物性，结合各型设备的 特点，选定旋风分离器的类型； 然后依据含尘气的体积流量，要求达到的 分离效率，允许的压力降计算决定旋风分离器 的型号与个数。
15
二、离心沉降设备
2. 旋液分离器 旋液分离器又称水力旋流器，是利用离心沉 降原理从悬浮液中分离固体颗粒的设备，它的结 构与操作原理和旋风分离器类似。
旋风分离器的 进口气速 气流的有效旋 转圈数
临界粒径是判断旋风分离器分离效率高低的重要依据。 临界粒径越小，说明旋风分离器的分离性能越好 。 6
二、离心沉降设备
②分离效率
总效率η0
0
C1 C2
C1
粒级效率ηpi
pi
C 1i C2i C 1i
7
二、离心沉降设备
粒级效率曲线 通过实测旋风分离器进、出气流中所含尘粒 的浓度及粒度分布，可得粒级效率与颗粒直径di 的对应关系曲线，该曲线称为粒级效率曲线。 分割粒径 d50 粒级效率恰为50%的颗粒直径，称为分割粒 径。 D
化工分离过程复习题
第三部分 简答题
1、简述精馏过程最小回流时的特点。 2、简述精馏过程全回流的特点。 3、萃取精馏塔如果不设回收段，把萃剂与塔顶回流同时都从塔顶打入塔 内，将会产生什 么后果，为什么？ 4、恒沸精馏中，恒沸剂用量能否随便调整？为什么？ 5、大多数吸收操作均需进行吸收剂的再生回收，画出吸收－解吸联合使 用的工艺流程图。 6、萃取精馏塔共分几段？各段分别有什么作用？ 7、恒沸精馏中，若恒沸剂用量不当，有何影响？用三角形相图说明。 8、画出瞬间化学反应（或其他化学反应）的双膜理论模型 9、．多组分精馏中，何为中间组分？对恒浓区分布有无影响？ 10、试分析吸收因子对吸收过程的影响。
计算题
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，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： （1）平均温度为多少，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+5.46667；丙烷 k=0.06667t+1.3333； 正丁烷 k=0.02857t+0.08571(t的单位为℃)
化工分离过程
(Chemical Separation Processes)
第三章 复习
第一部分 填空题
1、产生恒沸物的原因是 ，二元恒沸物的判别式为 。 2、在萃取精馏中，为使分离效果较好，所选溶剂与塔顶产品形 成 ，与塔釜产品形成 ，常用的方法是 。 3、常用的解吸方法有 、 、 。 4、与物理吸收相比较，化学吸收平衡分压 ，推动力 ，溶解 度 ，传质系数 。 5、在液流主体进行缓慢化学反应的吸收过程，传质速率由 决定。 6、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设 。 7、最低恒沸物，压力降低是恒沸组成中汽化潜热 的组分增加。 8、吸收因子为 ，其值可反应吸收过程的 。 9、 多组分精馏根据指定设计变量不同可分为 型计算和
化工分离过程第三章
学习要点
• • • •
1. 设计变量数的确定（单元、装置）；
2. 多组分精馏过程分析及简捷计算； 3. 特殊精馏（萃取精馏﹑共沸精馏）过程分析； 4. 吸收过程的特点及多组分吸收和过程的简捷计 算方法。
4
3.1 设计变量
设计分离装置就是要求确定各个物理量的数值，（如进 料流率、浓度、温度、压力、热负荷、机械功的输入及输出 及理论塔板数等）。这些物理量都是互相关联、互相制约的， 因此，设计者只能规定其中若干个变量的数值，这些变量就 是设计变量。 设计变量：确定设计中已知变量 Note: 如果设计过程中给定数值的物理量的数目少于设计变量 的数目，设计就不会有结果；相反，如果给定数值的物理量 的数目过多，设计也无法进行。 因此，设计的第一步不是选择变量的具体数值，而是要知道 设计者所需要给定数值的变量数目。对于简单的分离过程， 一般可以凭经验给出，例如：二组分精馏 5
54图图335苯苯甲苯甲苯异丙苯精馏塔内汽异丙苯精馏塔内汽液流量分布液流量分布比较二组分图比较二组分图3344和多组分图和多组分图3355流量与理论板的关系流量与理论板的关系图34二组分精馏塔流量分布11多组分精馏塔内流量与理论板的关系多组分精馏塔内流量与理论板的关系液汽流量有一定的变化液气比lv却接近常数进料板进料板具体介绍55图35苯甲苯异丙苯精馏塔内温度分布比较二组分图34和多组分图35温度与理论板的关系图34二组分精馏塔温度分布22多组分精馏塔内温度与理论板的关系多组分精馏塔内温度与理论板的关系塔顶塔底温度变化较快中间温度变化缓和具体介绍563多组分精馏塔内浓度分布多组分精馏塔内浓度分布二组分二组分精馏塔内组成与理论板的关系图34二组分精馏塔组成分布具体介绍573多组分精馏塔内浓度分布重组分图图337388异丙苯异丙苯hnkhnk??在再沸器液相中浓度高在再沸器液相中浓度高nn11??在加料上面几块板之间在加料上面几块板之间hnkhnk浓度迅速下降浓度迅速下降然后有一段基本恒浓区然后有一段基本恒浓区
化工分离过程第二版第三章答案
化工分离过程第二版第三章答案1、南五味子具有的主要化学成分是（）[单选题] *A色原酮B胆汁酸C多糖D木脂素(正确答案)2、所有游离香豆素均可溶于热的氢氧化钠水溶液，是由于其结构中存在（）[单选题]* A酮基B亚甲二氧基C内酯环(正确答案)D酚羟基对3、临床上应用的黄连素主要含有（）[单选题] *A奎宁B小檗碱(正确答案)C粉防己碱D苦参碱4、碱水提取芦丁时，若PH过高会使（）[单选题] *A产品质量降低B产品收率降低(正确答案)C苷键水解断裂D内酯环开环5、萃取时易发生乳化现象的是（）[单选题] *A简单萃取法(正确答案)B逆流连续萃取法C二者均是D二者均不是6、香豆素母核为（）[单选题] *A苯骈-A-吡喃酮(正确答案)B对羟基桂皮酸C反式邻羟基桂皮酸D顺式邻羟基桂皮酸7、下列基团在极性吸附色谱中的被吸附作用最强的是（）[单选题] * A羧基(正确答案)B羟基C氨基D醛基8、纸色谱是分配色谱中的一种，它是以滤纸为（），以纸上所含的水分为固定相的分配色谱。
（）[单选题] *A固定相B吸附剂C展开剂D支持剂(正确答案)9、萃取法是利用混合物中各成分在两相溶剂中的分配.系数不同而到达分离的方法，所谓两相溶剂是指（）[单选题] *A两种相互接触而又不相溶的溶剂(正确答案)B两种不相互接触而又互相溶的溶剂C两种不相互接触而又不相容的溶剂D两种互相接触而又互相溶的溶剂10、羟基蒽醌类化合物中，大黄素型和茜草素型主要区别于（）[单选题] *A羟基位置B羟基数目C羟基在不同苯环上的分布(正确答案)D羟基数目11、分馏法分离挥发油的主要依据是（）[单选题] *A密度的差异B沸点的差异(正确答案)C溶解性的差异D旋光性的差异12、萜类化合物在化学结构上的明显区别是（）[单选题] * A氮原子数不同B碳原子数不同(正确答案)C碳环数不同D硫原子数不同13、具有挥发性的生物碱是（）[单选题] *A吗啡碱B麻黄碱(正确答案)C苦参碱D小檗碱14、在溶剂提取法中，更换新鲜溶剂可以创造新的（），从而使有效成分能够继续被提取出来。
化工原理：第三章 机械分离
(非均相混合物的分离)
1
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3-1 引言
一、机械分离 通过机械力（重力、离心力或压差）分离
非均相混合物的单元操作。 二、机械分离的目的及重要性 1. 使原料得到提纯和净化 2. 获得中间产品或成品 3. 回收有用物质 4. 机械分离在环境保护方面具有重要的作用 三、机械分离的常用方法 1. 筛分 2. 沉降 3. 过滤
因为沉降依据的有重力或离心力，
重力沉降 所以沉降又可分为
离心沉降
3
返回
（一）重力沉降原理—沉降速度
一 固体颗粒在流体中的沉降运动
1．颗粒沉降运动中的受力分析
d，s的球形颗粒
(1) 作用力
重力
6
d3sg
离心力
6
d
3 s ar
6
d 3s
ut2 r
4
返回
(2) 浮力 重力场 d 3g
6
(3)阻力
离心力场 d 3 ut2
都能提高除尘室的分离效率
对气体p
pM RT
,Vs
ms
21
返回
三 离心沉降设备
重力沉降的不足与离心沉降的优势
设备体积小而分离效率高
3-9．旋风分离器
一、构造与工作原理
圆筒、圆锥、矩形切线入口
气流获得旋转 向下锥口 向上，气芯
顶部中央排气口
22
返回
颗粒器壁滑落 各部分尺寸——按比例 (见教材) 二、旋风分离器的主要性能 1、分离性能——评价分离性能的两种不同方式有
② 作用力的方向不同 重力沉降 方向指向地心
离心沉降 方向沿旋转半径从中
心指向 ur 的方向
③ 重力沉降速度是颗粒运动的绝对速度
化工原理 第三章 非均相物系的分离和固体流态化.
' 4.17 0.29
Reb
pf L
1 2 a2u
4.17
3
1 au2
0.29 3
6 a
sde
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
1 u2
1.75
3 sde
Reb
3
pf L
1 2 u 150 3 sde 2
Reb
100
pf L
1 u2 1.75 3 sde
第三章 非均相物系分离和固体流态化
目的→基于流体 力学（颗粒与流 体间的相对运 动），掌握非均 相物系的机械分 离方法、过程计 算及其典型设备 的结构、特性和 选型。
非均相物系 概念
颗粒和颗粒床层特性
非均相物系的
沉降
分离和固体流 机械分离
态化
过滤
固体流态化
概念－非均相物系
1. 非均相物系 ① 非均相物系
均相混合物 （均相物系）
溶液与混合气体
混合物
分散物质 固体颗粒、液滴或气泡
非均相混合物 （分散相）
（非均相物系） 分散介质 气态非均相物系（含尘气体）
（连续相） 液态非均相物系（悬浮液）
概念－非均相物系
② 非均相物系的分离方法 沉降→颗粒相对于流体(静止或运动)运动而实现悬 浮物系分离，作用力是重力或离心力。
1/100 0.0042 0.0058 in或147 μm
概念－颗粒
② 颗粒群的平均粒径 颗粒群的平均粒径→常用平均比表面积直径，即Sauter直径。
k
da2
6
da3
ni di2
i 1
k i 1
ni
6
di3
xi K nisdi3
化工原理第3章课后习题参考答案
第三章非均相物系的分离和固体流态化3. 在底面积为40m²的除尘室内回收气体中的球形固体颗粒。
气体的处理量为3600m³/h，固体的密度ρs=3600kg/m³，操作条件下气体的密度ρ=1.06kg/m³，粘度为3.4×10-5Pa•s。
试求理论上完全除去的最小颗粒直径。
解：理论上完全除去的最小颗粒直径与沉降速度有关。
需根据沉降速度求。
1）沉降速度可根据生产能力计算ut = Vs/A= (3600/3600)/40 = 0.025m/s （注意单位换算）2）根据沉降速度计算理论上完全除去的最小颗粒直径。
沉降速度的计算公式与沉降雷诺数有关。
（参考教材P148）。
假设气体流处在滞流区则可以按ut = d2（ρs- ρ）g/18μ进行计算∴dmin2 = 18μ/（ρs- ρ）g ·ut可以得到dmin= 0.175×10-4 m=17.53）核算Ret = dminutρ/μ< 1 ，符合假设的滞流区∴能完全除去的颗粒的最小直径d = 0.175×10-4 m = 17.5 μm5. 含尘气体中尘粒的密度为2300kg/m³，气体流量为1000m³/h，粘度为3.6×10-5Pa•s密度为0.674kg/m³，采用如图3-8所示的标准型旋风分离器进行除尘。
若分离器圆筒直径为0.4m，试估算其临界直径，分割粒径及压强降。
解：P158图3-7可知，对标准旋风分离器有：Ne = 5 ，ξ= 8.0 B = D/4 ，h = D/2(1) 临界直径根据dc = [9μB/(πNeρsui )]1/2 计算颗粒的临界直径其中：μ=3.6×10-5Pa•s；B = D/4=0.1m；Ne = 5；ρs=2300kg/m³；将以上各参数代入，可得dc = *9μB/(πNeρsui )+1/2 = *9×3.6×10×0.25×0.4/(3.14×5×2300×13.89)+1/2= 8.04×10-6 m = 8.04 μm（2）分割粒径根据d50 = 0.27[μD/ut（ρs- ρ）]1/2 计算颗粒的分割粒径∴d50 = 0.27[3.6×10-5×0.4/(13.889×2300)]1/2= 0.00573×10-3m = 5.73μm（3）压强降根据△P = ξ·ρui2/2 计算压强降∴△P = 8.0×0.674×13.8892/2 = 520 Pa7、实验室用一片过滤面积为0.1m2的滤叶对某种颗粒在水中的悬浮液进行实验，滤叶内部真空读为500mmHg，过滤5min的滤液1L，又过滤5min的滤液0.6L，若再过滤5min得滤液多少？已知：恒压过滤，△P =500mmHg ，A=0.1m，θ1=5min时，V1=1L；θ2=5min+5min=10min 时，V2=1L+0.6L=1.6L求：△θ3=5min时，△V3=？解：分析：此题关键是要得到虚拟滤液体积，这就需要充分利用已知条件，列方程求解思路：V2 + 2VVe= KA2θ（式中V和θ是累计滤液体积和累计过滤时间），要求△V3，需求θ3=15min时的累计滤液体积V3=？则需先求Ve和K。
化工分离第三章教案讲义
第三章 多组分精馏主要教学目标：通过本章的学习，使学生正确理解设计变量，掌握装置的设计变量计算，以及多组分简单精馏塔的计算等。
教学方法及教学手段：采用板书和教学课件及多媒体课件相结合，课堂上师生互动，采用启发式和提问式的教学方式，并且课堂上学习的表现记入学生的平时成绩。
教学重点及难点：多组分简单精馏塔的计算，设计变量，单元的设计变量，装置的设计变量。
在化工原理课程中，对双组分精馏和单组分吸收等简单传质过程进行过较详尽的讨论。
然而，在化工生产实际中，遇到更多的是含有较多组分或复杂物系的分离与提纯问题。
在设计多组分多级分离问题时，必须用联立或迭代法严格地解数目较多的方程，这就是说必须规定足够多的设计变量，使得未知变量的数目正好等于独立方程数，因此在各种设计的分离过程中，首先就涉及过程条件或独立变量的规定问题。
多组分多级分离问题，由于组分数增多而增加了过程的复杂性。
解这类问题，严格的该用精确的计算机算法，但简捷计算常用于过程设计的初始阶段，是对操作进行粗略分析的常用算法。
第一节 分离系统的变量分析设计分离装置就是要求确定各个物理量的数值，但设计的第一步还不是选择变量的具体数值，而是要知道在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。
一、设计变量1. 设计变量⎩⎨⎧-=：可调设计变量固定设计变量a x c v i N N N N N :v N ：描述系统所需的独立变量总数。
c N ：各独立变量之间可以列出的方程式数和给定的条件，为约束关系数。
要确定i N ，需正确确定v N 和c N ，一般采用郭慕孙发表在AIchE J （美国化学工程师学会），1956（2）：240-248的方法，该法的特点是简单、方便，不易出错，因而一直沿用至今。
郭氏法的基本原则是将一个装置分解为若干进行简单过程的单元，由每一单元的独立变量数e v N 和约束数e c N 求出每一单元的设计变量数e i N ，然后再由单元的设计变量数计算出装置的设计变量数E i N 。
化工分离第三章-6解读
②
pis f (T )
又
x1 x2 1
解方程， 若有解即有恒沸
2019/4/16
B 求给定压力下的恒沸组成与恒沸温度
设恒沸温度 T
查出 计算出
p
s i
解方程①
xi
s p i ri xi P
No
调整
2019/4/16
例3—6 已知P=86.659kPa，求共沸时x、T。
在恒沸剂回收塔中，应与其它 物料有相当大的溶解度差异。
2019/4/16
（4）用量少，气化潜热小；
（5）不与进料中组分起化学反应； （6）无腐蚀、无毒、价廉易得 。
3、恒沸精馏的举例与计算 相图分析 三组分体系的相图
2019/4/16
三组分体系的相图及其应用
三组分体系相图类型
因为 C 3, f 3 2 -Φ 当 Φ 1, f 4 ，无法用三维空间表 示相图。
FxMS S 1 - xMS
FxFA MxMA
FxFB MxMB
FxFA xMA F S FxFB xMB F S
恒沸剂不混入塔釜液，
适宜的恒沸剂量
被分离的恒沸组分 A 完全和 恒沸剂形成恒沸物而蒸出
2019/4/16
恒沸剂适量
恒沸剂过量
恒沸剂不足
2019/4/16
由杠杆定律
2019/4/16
氯仿 61.2℃
二元共沸物 64.5℃
二硫化碳 46.25℃
二元共沸物 39.3℃
丙酮 56.4℃
恒沸剂用量的计算
利用三角相图 ＋ 物料衡算
总物料衡算： M=F+S 组分 S 的衡算式：
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氯仿 61.2℃
二元共沸物 64.5℃
二硫化碳 46.25℃
二元共沸物 39.3℃
丙酮 56.4℃
恒沸剂用量的计算
利用三角相图 ＋ 物料衡算
总物料衡算： M=F+S 组分 S 的衡算式：
S M xMS
G
2016/7/1
H
xMS
∴ 组分 A ： 组分 B ：
S S M SF
2016/7/1
（3）第三组分加入方式：
萃取剂在塔顶加入，并在加料板上做一定的补充； （4）操作方式不同： 恒沸精馏可进行连续或间歇操作 ， 萃取精馏常用于大规模连续生产装置。 （5）恒沸精馏操作参数的变动范围不如萃取精馏灵活。 （6）有热敏性组分存在时， 恒沸精馏比萃取精馏有利。 （7）萃取精馏的塔板效率较低
式中：x1, D1 - x1, D2 小，D（循环量）大，操作费 用高。 2
2016/7/1
4、恒沸精馏与萃取精馏的比较 共同点： 两者都是加入适当的分离介质， 增大原溶液中各组分的相对挥发度， 从而可用精馏方法分离。 不同点： 恒沸剂一定要形成恒沸物 （1）萃取精馏比恒沸精馏灵活 恒沸剂用量不宜波动 （2）能量消耗：恒沸精馏能量消耗大 共沸精馏共沸剂以汽态离塔，消耗的潜热较多，萃取精馏中 萃取剂基本不变化，因此共沸精馏的能耗一般比萃取精馏大
若 T 未知， 需联立：
P p1 p2 Py1 Py2 PK1x1 PK2 x2 s s p1 r1 x1 p2 r2 x2
①、② 两式联立求解。 计算类型： A 判断某温度下是否有恒沸： 已知： ri f (T , xi ) 或 ri f ( xi )
s p2 r1 代入 s p1 r2
b.分别与两组分形成二元正偏差共沸物，且共沸点有明显差别。 c.与两组分形成三元正偏差共沸物，共沸点温度显著低。
2016/7/1
2.分离二元正偏差共沸物
a.共沸剂与一个组分形成二元正偏差共沸物，共沸温度明 显低。
b.形成三元正偏差共沸物，共沸点温度显著低。 形成非均相混合物， 免除分离恒沸物的萃取操作； （3）恒沸剂容易分离和回收
SA MB M SAB
B SAM M SAB
F FM S SM
M MB SA SAB
同理
M SAM B SAB
怎样用三角图求恒沸剂量？ 作 F与 S的连线和 SA 与W的连线， 两连线交点即为总物料 (M) 点，
F FM 再用杠杆定律求恒沸剂用量，S SM
2016/7/1
（2）恒沸精馏理论板数的计算 A B 图解法 Gilliland 法
3、分离共沸物的双压精馏过程 利用不同压力下，共沸组成不同分离。 例：分离甲乙酮—水
相图： 工艺流程图：
共沸物 0.7MPa F
1 常 压
共沸物 2 加 压 MEK
101.3kPa
水
2016/7/1
物料衡算：二个塔作一个整体
D
A％
A
பைடு நூலகம்C％
G E
C%
P
B
B％
B%
F
C
2016/7/1 BD 代表A的含量; AG代表B的含量; GD代表C的含量.
三角坐标的特点
(1) 在与某边平 行的任一直线上 的各点 , 与此边相 对顶点所代表组 分的含量必相同 .
A%=40% A
如P作BC的平行线 EF,则EF线上各物 系点组分A的百分 含量相同,变化的 只是B,C组分的相 对含量.
三、恒沸精馏（azeotropic distillation）
共沸物（恒沸物）： 在一定压力下，沸腾温度以及生成的汽相和液相组成 始终不变 共沸点（恒沸点）： 共沸时的温度。 对共沸物： 一个汽相，一个液相， yi xi —均相 一个汽相，多个液相， y x —非均相
i
j
i
2016/7/1
2016/7/1
2016/7/1
二元均相共沸物
a 12
S P1 g 1 S P2 g 2
g1 1 有： g2
S P2 S P1
讨论 :★ PiS 相差越小，可能在较小 的正(负)偏差时 形成共沸物，且x 接近等摩尔组成。 ★ PiS 相差增大 最低共沸物向含低沸点 组分多浓度区移动； 最高共沸物向含高沸点 组分多浓度区移动。 ★ 系统非理想性很强时, 极值点越明显。 若正偏差很强，可能形成二个液相， 一个汽相共沸物。
F W1 W2 Fz1 W1 x W2 x1,w 1, w 1 2 (3 - 61,3 - 62)
将W1 F - W2 代入： W2 F ( z1 - x1,W1 ) x1,W2 - x1,W1 （ 3 - 64）
对2塔物料衡算： 将（3 - 64）代入： D1 D2 W2 z1 - x1,W1 ] D1 x1, D D2 x1, D W2 x1,w D2 F [ 1 x1,W 2 - x1,W1 2 2 W2 ( x1,W - x1, D ) x1,W 2 - x1, D1 2 1 解出：D2 [ ] ( 3 - 67 ) x1, D - x 2, D x1, D1 - x1, D2 1 2
②
pis f (T )
又
x1 x2 1
解方程， 若有解即有恒沸
2016/7/1
B 求给定压力下的恒沸组成与恒沸温度
设恒沸温度 T
查出 计算出
p
s i
解方程①
xi
s p i ri xi P
No
调整
2016/7/1
例3—6 已知P=86.659kPa，求共沸时x、T。
lng i f（ 1 x） 给出： S ln Pi f（ 2 T） S P g1 g 1 解出 计算 o 2 解：设t 55 C （ ） ln xi S g2 g2 P
2016/7/1
环已烷 80.8℃
二元共沸物 77.4℃ 起始液H 总进料T 苯 80.2℃B
• 以二硫化碳为共沸剂分 离氯仿-丙酮二元共沸 物。 • 氯仿与丙酮形成负偏差 共沸物，共沸温度为 64.5 ℃。二硫化碳与 丙酮形成正偏差共沸物， 共沸温度为39.3 ℃。 • 在氯仿-丙酮溶液中加 入适量的二硫化碳，在 塔底获得氯仿，在塔顶 获得丙酮和二硫化碳的 共沸物。
从而可利用双压精馏过程分离恒沸物
2016/7/1
2、恒沸剂的选择 （1）显著影响关键组分的汽液平衡关系，改变其相对挥发度； （2）至少与料液中的一个或两个组分形成二元或三元最低恒 沸物， 且恒沸物沸点比各纯组分及原来恒沸物低10 ℃以上； 一般原则: 1.分离负偏差共沸物或沸点相近的混合物 a.共沸剂仅与一个组分形成二元正偏差共沸物。
2016/7/1
不用试 差呀！
gi P
（2）压力对恒沸组成的影响
定性规律： 小 最低 高 恒沸物， 压力增加使恒沸组成中汽化潜热大的组分增加 Ex： 乙醇和水是具有最低恒沸物的二元系
x乙醇＝0.8943 1atm下， 恒沸温度 T ＝78.15 ℃ 恒沸组成：
H乙醇＝39020 KJ/Kmol < H 水 ＝41325 KJ/Kmol 1 应降低压力至70 mmHg ∴ 若使 x乙醇＝，
恒沸剂可随物料加入，或在加料板上下适当的位置加入 。
2016/7/1
结论：
（1）若原溶液的分离，两者都可采用， 优先考虑萃取精馏； （2）若热敏性组分存在， 采用恒沸精馏。
2016/7/1
某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为
2 ln g 1 Ax2
ln g 2 Ax12
4050 T
4050 T
* f 当Φ 1 ，恒压， 3（或恒温，f * 3 ），用正
三棱柱体表示，底面正三角形表示组成，柱高表 示温度或压力。
** f Φ 1 当 ，且恒温又恒压， 2 ，可用平面图形表
示。常用等边三角形坐标表示法，两个自由度均 为组成变化。
2016/7/1
等边三角坐标表示法
顶点A,B,C各点分别代表纯A,纯B和纯C. AB: A,B二元体系的组成; BC: B,C二元体系的组成; AC: A,C二元体系的组成. 物系点距离某顶点愈近,则 体系中此组分的含量愈多, 物系点距离某顶点愈远,则 体系中此组分含量愈少. 设有一物系点P. 过P分别作BC,AB,AC的 平行线与三角形 的边相 交于D,E,F. A%
2016/7/1
较小正偏差
较大正偏差
2016/7/1
（1）恒沸组成的计算 恒沸物的判据：
s p2 r1 s p1 r2
①
∵ ri f (T , xi ) 或 ri f ( xi )
pis f (T )
从而求解。 ∴ 对两元物系， 若 T 已知， 则式 ① 为关于 x1 的方程，
2016/7/1
FxMS S 1 - xMS
FxFA MxMA
FxFB MxMB
FxFA xMA F S FxFB xMB F S
恒沸剂不混入塔釜液，
适宜的恒沸剂量
被分离的恒沸组分 A 完全和 恒沸剂形成恒沸物而蒸出
2016/7/1
恒沸剂适量
恒沸剂过量
恒沸剂不足
2016/7/1
由杠杆定律
S FM F SM
A
体系M和N组成新的体系,则 新物系点O必在MN连线上,各 物系点的量服从杠杆规则: WM/WN=ON/OM
B
M O N
C
2016/7/1
证明
O、M、N代表体系的质量W、WM、WN W=WM+WN 就组分B的含量而论：
A
W(CE)=WM(CF)+WN(CD)
M
(WM+WN)(CE)=WM(CF)+WN(CD) 重排： WM(CE-CF)=WN(CD-CE)