化工分离工程考试答案

2013化工分离过程期中考试试题答
案
一、填空题（每空1分，共20分）
1. 传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。

2. 分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。

3. 汽液相平衡是处理（传质分离）过程的基础，相平衡的条件是（各相温度压力相等，各
组分在每一相中的化学位相等）。

4. 当混合物在一定的温度、压力下，进料组成z i 和相平衡常数K i 满足
（ 1,1>>∑∑i i i i K z z K ）条件即处于两相区，可通过（物料平衡和相平衡）计算求出其平衡汽液相组成。

5. 精馏塔计算中每块板由于（组成）改变而引起的温度变化，可用（泡露点方程）确定。

6. 多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。

7. 最低恒沸物，压力降低使恒沸组成中汽化潜热（小）的组分增加。

8. 萃取精馏中塔顶产品不合格时，经常采取（增加萃取剂用量）或（减小进料量）的措施
使产品达到分离要求。

9. 吸收有（1个）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。

10.吸收剂的再生常采用的是（用蒸汽或惰性气体的蒸出塔）、（用再沸器的蒸出塔）和（用
蒸馏塔）。

二、单项选择题（每小题1分，共10分）
1. 吸收属于（A ） A.平衡分离；B.速率分离；C.机械分离；D.膜分离。

2. 计算溶液泡点时，若∑=>-C
i i i X K 1
01，则说明（C ）
A. 温度偏低；
B. 正好泡点；
C. 温度偏高。

3. 如果体系的汽相为理想气体，液相为非理想溶液；则相平衡常数可以简化表示为（ D ）
A. L
i i V i
K φφ= B. s
i i P K P = C. $$L i
i V i
K φ
φ= D. s i i i P K P γ=
4. 汽液相平衡K 值越大，说明该组分越（?A ）
A.易挥发；
B.难挥发；
C.沸点高；
D.蒸汽压小。

5. 如果塔顶采用全凝器，计算塔顶第一级的温度可以利用方程（ B ）
A.泡点方程；
B.露点方程；
C. 闪蒸方程；
D.相平衡方程。

6. 计算在一定温度下与已知液相组成成平衡的汽相组成和压力的问题是计算（ B ） A.泡点温度； B.泡点压力； C.等温闪蒸； D.露点压力。

7. 精馏中用HNK 表示（ C ）
A. 轻关键组分；
B. 重关键组分；
C. 重非关键组分；
D. 轻非关键组分。

8. 以下描述中，不属于萃取精馏中溶剂的作用的是（ D ）
A.稀释作用；
B.对组分相互作用不同；
C.与某组分形成正偏差溶液；
D.与某组分形成共沸物。

9. 在一定温度和组成下，A ，B 混合液的总蒸汽压力为P ，若S
A P P >，且S
B P P >，则该溶液
（ A ）
A.形成最低恒沸物；
B.形成最高恒沸物；
C.不形成恒沸物。

10. 对吸收有利的操作条件为（ C ）
A.低温低压；
B.高温高压；
C.高压低温；
D.低压高温。

三、简答题（每小题5分，共15分）
1. 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。

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：
i j
ij
i j
y y
x x α=
根据实际产品组成，分离因子与1相差越远，则可达到有效的分离。

2. 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)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。

一般情况下，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。

3. 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。

四、分析题（10分）
分析右图进料级的设计变量，得出：
v c i x a N N N N N 、、、、。

物流含
c 个组分，要求列出具体步骤。

解：独立变量数：()52510e i N c c =+=+
约束关系数：物料平衡式 c
能量平衡式 1
相平衡式 c
L 、V 温度、压力相等 2 N c e 2c+3
所以 ()5102337e e e i v c N N N c c c =-=+-+=+ 固定设计变量 进料变量 3c+6
单元压力 1 N x e 3c+7
可调设计变量 ()37370e e e a i x N N N c c =-=+-+=
五、计算题（每小题15分，共45分）
1. 正己烷（1）, 正庚烷（2）, 正辛烷（3）三元混合物送入精馏塔分离，进料组成及相对挥发度见下表。

要求馏出液中正庚烷浓度x2, D≤0.01（摩尔分数），釜液中正己烷浓度
x
1,W
≤0.01（摩尔分数）。

进料流率为100kmol/h。

求：（1）用清晰分割法计算组分在塔顶和塔釜分配，用物料平衡表表示（不需要核算清晰分割的合理性）；（2）计算最少理论板数。

解：①根据题意，组分1为轻关键组分，组分2为重关键组分，组分3为重组分，采用清晰分割法，根据物料衡算关系可列下表：
组分进料f
i /kmol/h 馏出液d
i
釜液w
i
1 33 33-0.01W 0.01W
2 3
3 0.01D 33-0.01D
3 3
4 0 34
合计100 D W
根据物料衡算，有方程组：
100D W
=+ D=32.65kmol/h
330.010.01D W D =-+ W=67.35kmol/h
则馏出液和釜液组成列表如下：
组分 进料f i 馏出液d i 组成x i,D 釜液w i 组成x i,W
1 33 32.3265 0.99 0.6735 0.01
2 3
3 0.3265 0.01 32.6735 0.485
3 3
4 0 0 34 0.505
合计 100 32.65 1 67.35 1
②用芬斯克公式求解最少理论板数：
2. 某二元系，活度系数和饱和蒸汽压关系式如下，试求组成为10.75x =（摩尔分数）时，该物系共沸温度与共沸压力。

已知：2
12ln (ln 3)x γ=； 221ln (ln 3)x γ=
11010ln 6.15s
P T =-
； 21440
ln 6.87s P T
=- （s P —饱和蒸汽压，KPa ；T —温度，K ）
解：共沸精馏：11
12221s
s P P γαγ==则1221
s s P P γγ=
两边取对数：1221
ln ln s
s P P γγ=
联立上式有 ()()2
221430
ln 30.72x x T
-=-
将 x 1=0.75，x 2=0.25代入上式计算得共沸温度：T=338.77K
则有 21exp[(ln 3)0.25] 1.0711γ=⨯= 那么，共沸压力为：
3. 含86%C 2H 6，9%C 3H 8和5%n-C 4H 10（摩尔分数）的气体在0.3MPa(绝压)下，用分子量为180的烃油吸收。

塔的操作温度为38℃，具有10块理论板，正丁烷的吸收因子为0.9。

1000kmol 富气进料，试计算：（1）所需的油气比；（2）尾气的量和组成？（3）所需的吸收油量是多少？
解：① 已知0.9A =，理论板数为10，则有
又∵L A K V =
关关 ∴0.9 1.15 1.035K K L
A K V
==⨯= ② 尾气的量和组成见下表：
组分
进料
v n+1,
kmol 相平
衡常
数,K i
吸收
因子,
A
吸收
率,ϕ
被吸
收量,
塔顶尾气
数量,
组成y
(mol 分
数)
C 2H 6 860 10.5 0.09857 0.09857 84.77 755.23 0.9148
C 3H 8 90 3.7 0.2797 0.2797 25.18 64.82 0.0765
n-C 4H 10 50 1.15 0.9 0.8543 42.71 7.29 0.0086
合计 1000
152.66 847.34 1.0000
③ 塔内气体的平均流率为：
塔内液体的平均流率为：
由
1.035L
V
= 解得50879.668 1.583410L kmol kg ==⨯。