03多级分离习题课

T 4050 ln P2S = 16.3526 T
(P：kPa：T：K) 假设汽相是理想气体，试问99.75Kpa时 ①系统形成哪种共沸物？②共沸温度是多少？
解：设T为350K 则A=1.7884-4.25 10-3 350=1.7884-1.4875=0.3009 4050 P =91.0284 kPa ln P = 16.0826 ； 350
答案：A
11.易吸收组分主要在塔的什么位置被吸收（
）。
A. 塔顶级；B.进料级；C. 塔底级；D. 全塔平均吸收 答案：C 12. 当体系的yi＞yi*时( A.发生解吸过程； C.发生精馏过程； 答案：B )。 B.发生吸收过程； D.没有物质的净转移。
二、简答题 1.简述用简捷法求普通精馏过程理论级数的步骤。 2.叙述恒沸剂选择的原则。
思路： 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 平衡温度等式 1个 平衡压力等式 1个 共2C+3个 故设计变量 Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3
V , yi ,Tv , Pv
Fzi TF PF
V-2
L , xi , TL , PL 习题5附图
解得： x1=0.9487
x2=0.0513
2 ln 1 = 0.3009 0.0513
1 =1.0008
2 =1.3110
ln 2 = 0.3009 0.94872
P= i xi Pi
S
=1.0008 × 0.9487 × 91.0284+1.3110 × 0.0513 × 119.2439=95.0692 kPa 99.75 设T为352K 则A=1.7884-4.25 × 10-3 × 352=0.2924
14、吸收分析（上次课已经总结，此略）
15、吸收的简捷计算法
当N 时： A N +1 A = N +1 A 1
有：A > 1 = 1 A<1 = A
A lg 1 N= 1 ( 3 82) lg A — —用来求N
L ( )min 的计算 V L L ∝ ( )min N→ ∞ V V L ( )min = AK m K K V L L = ( )min （1.2 2） V V
9、共沸精馏和萃取精馏
原溶液加新组分后形成最低共沸物从塔顶采出。 ——共沸精馏，S为共沸剂 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 ——萃取精馏，S为萃取剂或溶剂
10、萃取剂的选择性
aS S A12 ） ln = xS [ A1S A2 （ 1 2 x1 ] （ 3 26） a aS 定义： 为溶剂 S的选择性。 a
9.全回流操作时，精馏塔进料F、馏出液D和釜液W的流率 应为（ ）。 A. W=0，D=0， F=0； B. W=0，D=0， F ≠ 0 C. W≠0，D≠0， F≠0； D. W=0，D≠0， F≠0 答案：A 10.平衡常数较大的组分是（ ）。
A.难吸收的组分； B.次较轻组分； C.挥发能力大的组分； D.吸收剂中溶解度大的组分。
S ln P 1 = 16 .0826
4050 352
P1S
=97.2143 kPa =127.3473 kPa
4050 ln P = 16.3526 352
S 2
P2S
S P 1 ln S = A（ 1 2 x1） P2
ln
97.2143 = 0.2924 （ 1 2 x1） 127 .3473
），对相平衡物流的
2.在设计变量中，分为（
）和（
）。
答案：固定设计变量；可调设计变量
3.设计变量是指在计算前，必须由设计者（
）变量。
答案：指定 4.一个装置的设计变量的确定是将装置分解为若干进行 （ ），由（ ）计算出装置的设计变量数。 答案：简单过程的单元；单元的设计变量数
5.在塔顶和塔釜同时出现的组分为（ 答案：分配组分 6.萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（ 答案：萃取剂回收段
S 1
S 1
ln P2S = 16.3526
4050 350
；P =119.2439 kPa
S 1
因为在恒沸点
1 P2S = S 2 P1
S 1 P 2 ln = ln 1S = ln 1 ln 2 = A（x2 x12） = A（ 1 2 x1） 2 P2
ln
91.0284 = 0.3009 （ 1 2 x1） 119 .2439Leabharlann 3.如何提高萃取剂的选择性？
4.与精馏过程相比，吸收过程有哪些突出特点？ 5.精馏有两个关键组分，而吸收有一个关键组分，为什么？ 6.什么条件下，在精馏段和提馏段的萃取剂摩尔浓度相等？ 7.萃取精馏中，是否增大回流比，有利于提高萃取效率？为
什么？
三、计算题
2 ln = Ax 1. 某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为， 1 2 ln 2 = Ax12 ，端值常数与温度的关系：A=1.7884-4.25 10-3T (T，K) 蒸汽压方程为 ln P1S = 16.0826 4050
不用对数表示： d d N m （ ） （ ） A = a AB w w B
（3 — 12）
8、简捷计算法步骤：
1.由工艺要求选LK，HK，物料分配得出
D、W、xi , D , xi ,W
2. T顶、T釜、及a i r的求取 T顶：露点方程试差求取 T釜：泡点方程试差求取 Ki Pi S ai r = = Kr PrS 3. Underwood 法求Rm 4. Fenske 方程求N m 5. 确定R、N、进料位置
A的计算 L AK = VK K L = AK K K = Ai K i V K 关键组分 i— 非关键组分
16、化学吸收的特点和类型
设计变量的计算 清晰分割计算 精馏塔简捷法计算理论板数
共沸计算
吸收计算
一、填空 1.对单相物流的独立变量数为（ 独立变量数为（ ）。 答案：C+2；C+2
答案：C
4.如果二元物系，γ1 ＞ 1，γ2 ＞ 1，则此二元物系所形 成的溶液一定是（ ）。 A. 正偏差溶液 B. 理想溶液 C. 负偏差溶液 D.不确定
答案：A
5.当萃取精馏的进料是饱和汽相时，萃取剂的加入位置是 （ ）。 A. 从塔的中部进入 C.塔顶几个级以下进入
答案：C 6.如果二元物系，A12=0，A21=0，则此二元物系所形成的溶 液一定是（ ）。 A. 正偏差溶液 答案：B B.理想溶液 C.负偏差溶液 D.不确定
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＝0
解： Nv = 3 ( c+2 ) Nc 物 c 能 1 相 c 内在(P，T) 2 Nc = 2c+3 Ni = Nv – Nc = c+3 Nxu = ( c+2 )+1 = c+3 Nau = c+3 – ( c+3 ) = 0
解得： x1 =0.9617
x2 =1-0.9617=0.0383
2 ln 1 = 0.2924 0.0383
ln 2 = 0.2924 0.96172
i xi Pi
S
1 =1.0004 2 =1.3105
P= =1.0004 × 0.9617 × 97.2143+1.3105 × 0.0383 × 127.3473=99.9202kPa 99.75 kPa 说明系统形成共沸物，其共沸温度为352K。
）。 ）。
7.采用液相进料的萃取精馏时，为使萃取的浓度在全塔 内为一恒定值，所以在（ ） 答案：进料时补加一定的萃取剂 8.要提高萃取剂的选择性，可（ 答案：增大 ）萃取剂的浓度。
9.当原料液为非理想性较强的物系，则加入萃取剂主要 起（ ）作用。
答案：稀释
10.吸收因子A的值随着温度的提高而（ 力的升高而（ ）。
1.单元设计变量
e e e Ni = Nv + Nc e = N（C + 2） + 功进 (出)数 + 能进(出)数 Nv e Nc 包括：物料平衡式；能量平衡式；相平衡关系式；
化学平衡式；其它相等条件
2.装置设计变量
u = N e + 重复使用的单元数N Ni i r
u 连接单元间物流产生等式N c
3. 具有单进料和采出全凝器的精馏塔，若以新鲜蒸汽直 接进入塔底一级代替再沸器分离乙醇和水混合物。假设固 定进料，绝热操作，全塔压力为常压，并规定塔顶乙醇的 浓度，求：（1）设计变量数是多少？（2）若完成设计， 你想推荐哪些变量？
解： Nxu 进料 c+2=4 水蒸气 c’+2=3 压力 1 4+3+1=8 Nau 串级单元 2 分配器 1 侧线采出 0 传热单元 1 2+1+0+1=4
— j 在塔釜回收率
假设LNK全部从塔顶采出； 假设HNK全部从塔釜采出。
5.分配组分和非分配组分
塔顶塔釜同时出现的组分——分配组分 只在塔顶或塔釜出现的组分——非分配组分
6.最小回流比
采用Underwood法计算：
该法假设：1.恒摩尔流
a i r ( xi ,D )m = Rm + 1 ( 3 3a ) a i r a i r x i ,F = 1 q ( 3 3b ) a i r a i r —— i 对基准组分 r 的相对挥发度 式中： (x i,D ) m —最小回流比操作下，i 的摩尔分数，
答案：减小；增大
），随着压
11.吸收有（
）关键组分，这是因为（
）的缘故。
答案：1个；单向传质
12.吸收过程只有在（ 答案：贫气吸收 13.吸收因子定义式为（ （ ）。 ），其值可反映吸收过程的 ）的条件下，才能视为恒摩尔流。
答案：A=L/KV；吸收分离的难易程度
一、选择 1.设计变量就是（
）。
A. 设计时所涉及的变量数；B.约数数； C.独立变量数与约束数的和； D.独立变量数与约束数的差 答案：D 2.常规精馏过程，可调设计变量数为（ A. 5个； B. 4个； C. 1个； D. 2个 答案：A 3.每一单股进料均有（ A. c； B. c+1； ）个设计变量。 C. c+2； D.c+3 ）。
11、如何提高萃取剂的选择性（课前已经总结过，此略）
12、萃取剂的浓度分布（三个重点）
整理：x S =
同理：
S (1 ) L
D
1 xS
S
( 3 45)
提馏段：x S =
13、共沸精馏
(1 ) L +
w
1 xS
（3 47）
w —不包括S的釜产量
P1S 1 1 P2S a 12 = S = 1 ： = S P2 2 2 P1
( xi ,D )m xi ,D
2.a i h在全塔可看成常数
7.最少理论板数
用摩尔浓度表示： xA xA lg[ （ ） ） D （ W] xB xB Nm = （3 — 8） lga AB
用摩尔量、体积量、重量表示： d d lg[ （ ） A （ ） B] w w Nm = （3 — 11） lga AB
B.塔顶第一级加入 D.进料位置不重要
7.多组分精馏过程，当进料中的非分配组分只有重组分而 无轻组分时，恒浓区出现于（ ）。 A.上恒浓区出现于精馏段中部，下恒浓区出现于进料级下； B.恒浓区出现于进料级上下； C.上恒浓区在进料级上，下恒浓区出现于提馏段中部； D.上、下恒浓区分别出现于精馏段和提馏段中部。 答案：A 8.全回流操作不能用于（ ）。 A.正常生产稳定过程； B.开车时； C.当产品不合格时进行调节 D.实验室研究传质过程 答案：A
3.精馏装置郭氏法计算设计变量
固定设计变量数Nxu ： 1)进料变量数
2)装置中具有不同的压力数 可调设计变Nau :
1)串级单元数目 2)分配器的数目 3)侧线采出单元数目 4)传热单元数目
4.清晰分割
DxDi 关键组分的回收率 Di = FxFi — i 在塔顶回收率
Wj =
Wx Wj FxFj
P2S P
S 1
= 99.13
75.6738
= 1.31
S S P>P 1 ,P 2
故形成最低沸点恒沸物，恒 沸物温度为344.5K。
2.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：总变量数Nv;有关变量的独立方程数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？