研究生分离工程复习题及解答

研究生《分离工程》复习题1.写出计算汽液相平衡常数Ki 的四种简化形式(1)气相为理想气体，液相为理想液体（完全理想系） K i =PP Si =f （T,P)(2)气相为理想气体，液相为非理想液体 K i =pr pS ii=f （T,P ，X i )(3)气相为理想溶液，液相为理想溶液K i =p v i si si p φφ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-RT p p v siL i )(exp(4)气相为理想溶液，液相为非理想溶液K i =⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛-RT p p p v p r si L i v i si si i exp φϕ 2.萃取精馏中溶剂起什么作用？溶剂的选择性的定义和意义是什么？选择溶剂的充分必要条件是什么？定义12S 12α)α(为s 的选择性，溶剂作用为提高α，稀释原溶液萃取剂的选择性指的是改变原有组份间相对挥发度数值的能力溶剂的选择：考虑分子极性，选择在极性上更类似于HK 的化合物作溶剂，降低HK 的挥发度选取萃取剂需要考虑：（1）选择性强。

即能使被分离组份间的相对挥发度产生比较显著的变化。

（2）溶解度大。

能与任何浓度的原溶液完全互溶，以充分发挥各块塔板上萃取剂的作用。

（3）本身的挥发性小，使产品中不致混有萃取剂，也易于和另一组份分离。

（4）其他经济和安全要求。

3.精馏的两个极限条件是什么？如何计算?精馏的两个极限，上限为全回流，下限为最小回流比 （1)全回流时： 回流比为 R=DL =∞ 精馏段操作线的截距为1+R R =0 精馏段操作线的斜率为1+R R=1操作线方程：y n+1=x n最小理论板数：N min =ABW B A DB A X X X X αlg )/()/(lg ⎥⎦⎤⎢⎣⎡（2）最小回流比时：精馏段操作线的斜率：R min =qq qD x y y x -- 4．Fenske 方程中最少理论板数受哪些因素影响,分配比与分离要求有何关系?Fenske 方程为：Nm=ABDB A αlg )/()/X (X lg ⎥⎦⎤⎢⎣⎡W B A X X （含再沸器） 影响因素：DB Ax x )(、W BA x x )(及相对挥发度AB α分配比（d/w ）LK 越大，（d/w ）HK 越小，则分离要求越高，最少理论板数越多 5.汽相为理想气体，液相为理想溶液,用相对挥发度法计算露点温度,试写出计算过程及相关的公式。

当已知气相组成和总压时，由1=∑i x 可以求得相平衡条件下的液相组成和温度，该温度即为露点温度。

pp jijij j i i ij K K x y x y 00//===α1//11==∑∑∑==ni iji iji n i i y y x αα即可由相对挥发度ij α算出液相组成。

6．叙述膜内传质的5个步骤1料液通过外扩散由料液主体区扩散到料液相与膜相界面 2界面处料液通过表面液膜扩散，到达膜相边界层，3料液组分经过渗透作用进入膜相表皮层4 进入膜相的组分在浓差作用下扩散通过支撑层到达透过液与膜相界面， 5料液组分经扩散进入透过夜 7．色谱的分离机理利用各组分在不相混溶并作相对运动的两相（流动相和固定相）中的溶解度不同，或在固定相上的物理吸附程度不同等，而使各组分分离。

8.反渗透过程的传质机理。

当用一个半透膜分离两种不同浓度的溶液时，膜只能透过溶剂分子而不能透过溶质分子，由于浓溶液中溶剂的化学势低于它在稀溶液中的化学势，稀溶液中的溶剂分子会自发地透过半透膜向浓溶液中迁移，使溶液增浓。

9.乳状液膜的制备方法先将内相液分散到膜相液中，制成乳状液，再将此乳状液在搅拌条件先分散于外相液中，形成乳状液膜。

10.树脂对离子交换过程的影响1、离子交换树脂对溶液中的不同离子有不同的亲和力，对它们的吸附有选择性，根据被分离物质选择树脂所带电荷选择阳离子或阴离子交换树脂、根据溶液pH 选择强或弱型树脂2、交联度高的树脂密度较高，内部空隙较少，对离子的选择性较强；而交联度低的树脂孔隙较大，脱色能力较强，反应速度较快，3、树脂颗粒较细者，反应速度较大，但细颗粒对液体通过的阻力较大，需要较高的工作压力4、树脂内部的孔隙多且大者，表面积很大，活性中心多，离子扩散速度快，离子交换速度也快5、树脂的交换容量决定了单位体积或质量树脂可以交换离子的量选择强或弱型树脂11．将你掌握的各种分离方法按分离机理进行分类。

按化工分离过程机理划分，可大致分成5类, 即：生成新相以进行分离（如蒸馏、结晶）；加入新相进行分离（如萃取、吸收）；用隔离物进行分离（如膜分离）；用固体试剂进行分离（如吸附、离子交换）和用外力场或梯度进行分离（如离心萃取分离、电泳）等。

12．利用逸度系数和活度系数的定义式推导相平衡常数的计算公式。

（两个公式）)142(ˆˆ-==V iL i i x i y i K φφ逸度表示活度表示 )172(ˆ0-==p V iL i f ix i y i K i φγ13．画出液液萃取、吸收、气相吸附、液相吸附、离子交换、色谱的流程示意图。

（标出物流名称）14.写出全回流下多组元精馏塔理论版数的计算步骤和相关公式。

计算步骤：（1）根据分离要求确定关键组分； （2）根据进料组成及分离要求进行物料衡算，初估各组分在塔顶产品和塔底产品中的组成，并计算各组分的相对挥发度；（3）根据塔顶和塔底产品中轻重关键组分的组成及平均相对挥发度，用芬斯克方程式计算最小理论板层数N min ；（4）用恩德伍德公式确定最小回流比R min ，再由R=（1.1-1.2）R min 的关系选定操作回流比R ，本题为全回流则R min =1 （5）利用吉利兰图求算理论板层数N ；（6）可仿照两组分精馏计算中所采用的方法确定进料板位置。

Nm=ABD B A αlg )/()/X (X lg ⎥⎦⎤⎢⎣⎡W B A X X -1（不含再沸器）芬斯克方程式15从设备投资、操作费、能耗和分离效率综合考虑你认为哪几种分离方法比较好？（最好列表）设备投资操作费能耗分离效率蒸发各类蒸发器常压或减压操作大多来自锅炉的加热能耗，根据溶液沸点而不同单效蒸发器多效蒸发器蒸馏投资较小简单蒸馏平衡蒸馏能耗较大效率较低萃取萃取设备投资萃取后分离回收设备投资溶剂能耗运转费用节省能源效率较高精馏投资较大操作费用较多能耗大效率高干燥根据被干燥物的性质而定费用高能耗大效率较高吸收投资较大，一般为塔式板式吸收塔液膜吸收塔填料吸收塔喷淋吸收塔能耗较大效率较高吸附吸附剂用量大能耗低收率低膜分离投资较大操作条件温和节约能耗效率高综合设备投资、操作费、能耗和分离效率等因素考虑，精馏、吸收、膜分离的分离方法较好。

16．画出非均相二元萃取精馏工艺流程图并计算该装置的设计变量数。

设计变量Nx ——固定设计变量，指确定进料物流的那些变量及系统的压力；Na ——可调设计变量，是真正要由设计者来确定并按工艺要求对各变量赋值 Nx=进料物流数X （C+2）+压力等级数（压力损失=0,1;不等于0，单元数之和） Na=串级单元数+传热单元+回流分配器+测线采出Nx=1*(2+2)+1*(2+1)+(忽略压力损失，1;不忽略压力损失，N1+N2=5) Na=串5+热5+回217. 你掌握几种特殊精馏，它们各自有什么特点？按操作条件可将特殊精馏分为添加剂精馏，复合（或耦合）精馏以及非常规条件下的精馏。

恒沸、萃取、加盐精馏属于添加剂精馏，反应精馏属复合精馏，分子精馏为非常规条件下的精馏。

向溶液中加入一个新的组分，通过它对原溶液中各组分的不同作用，改变它们之间的相对挥发度，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过程称为特殊精馏如所加入的新组分和被分离系统中的一个或几个组分形成最低共沸物从塔顶蒸出，这种特殊精馏被称为共沸精馏，加入的组分称为共沸剂 如加入的新组分不与原系统中的任一组分形成共沸物，而其沸点又较原有的任一组分高，从釜液离开精馏塔，这类特殊精馏称为萃取精馏 （1）共沸精馏与萃沸精馏比较特点 共性：加入适当的分离媒介（溶剂），增大待分离两组分间的挥发性差异，使精馏容易实现。

差别：ax i N N N +=共沸精馏中夹带剂必须与一个或多个组分形成共沸物，选择溶剂有限；而萃取精馏所用溶剂没有这种限制。

共沸精馏从塔顶蒸出，消耗热能大，所要求夹带剂的含量要小，才能与萃取精馏的能耗相比；共沸精馏既可以连续，也可以间歇；而萃取精馏只能连续；同样的压力下，共沸精馏温度比较低，易于分离热敏性物料。

加盐精馏就是利用盐效应实现过程强化的特殊精馏过程，而加盐萃取精馏是以含盐混合溶剂代替单纯溶剂的萃取精馏过程。

作为一种特殊的分离技术，分子蒸馏在极高真空下操作，它依据分子运动平均自由程的差别，使液体在远低于其沸点的温度下实现分离。

（2）萃取精馏的操作特点①溶剂浓度是重要控制参数。

通常溶剂浓度越大，关键组分间的相对挥发度越大。

②回流比对分离的影响不同于普通精馏，存在一个最佳回流比。

如图所示。

③溶剂进塔量通过溶剂浓度影响分离效果。

④溶剂进塔温度应保持稳定，否则会影响塔内溶剂浓度，从而影响分离效果。

(1)恒沸精馏选用的溶剂S必须与待分离组成形成恒沸物.(2)恒沸精馏溶剂一般从塔顶蒸出，故能耗比萃取精馏大.(3)恒沸精馏可连续或间歇操作,萃取精馏只能连续操作.(4)恒沸精馏的操作温度比萃取精馏低,更适宜热敏物质.（3）分子蒸馏特点普通蒸馏在沸点温度下进行分离，分子蒸馏可以在任何温度下进行。

普通蒸馏是液相蒸发和气相冷凝的过程，液相和气相间可以形成相平衡状态，而分子蒸馏过程中，从蒸发表面逸出的分子直接飞射到冷凝面上，中间不与其它分子发生碰撞。

普通蒸馏有鼓泡、沸腾现象，分子蒸馏是液层表面上的自由蒸发，没有鼓泡现象。

普通蒸馏分离能力与组分的蒸气压有关，而分子蒸馏能力与组分的蒸气压和分子量之比有关。

19膜分离技术在有机化工分离过程的应用领域有哪些？举例说明。

1、膜分离技术在水处理过程中的应用。

例如(2)海水和苦咸水淡化(3)处理油田回注过程用水用中空纤维超滤膜将地表水处理后用于油田回注工艺研究已经取得成功经验，实验中采用中空纤维超滤膜，在小于"4$567的压差下操作，以黄河水为原水，经过预处理后进入中空纤维超滤器。

超滤膜产水进入中间贮槽，然后由给水泵送到高压柱塞泵注入地下2、膜分离技术在分离有机溶剂体系的领域中的应用。

例如2、有机溶剂脱水膜分离技术3、有机蒸气回收的膜分离技术4、有机溶剂混合物纯化的膜分离技术3、膜分离在气体分离领域的应用。

例如（1）氢气回收过程（2）天然气脱湿纯化过程（3）膜分离法氮气制备以及在石油开采中应用20．超临界流体萃取的应用特点有哪些？其优势是什么？有哪些劣势？21．萃取收率如何定义？单级、多级错流、多级逆流萃取收率如何计算?22．面对一个新的分离任务，你应如何确定分离方案？23.解释吸附过程的内扩散和外扩散。