化学反应工程（1）

化学反应⼯程（1）
1、幂函数型反应动⼒学⽅程和双曲函数型反应动⼒学⽅程⼀般各适⽤什么场合？各有什么特点与区别？
答：上述两类动⼒学模型都具有很强的拟合实验数据的能⼒，都既可⽤于均相反应体系，也可⽤于⾮均相反应体系。

以均匀表⾯吸附理论为基础的L -H 型反应动⼒学⽅程称为双曲函数型动⼒学⽅程；以不均匀表⾯吸附理论为基础的反应动⼒学⽅程，且只有单组分吸附态时，可形成幂函数型，称为数型反应动⼒学⽅程。

幂函数反应动⼒学⽅程形式简单，参数数⽬少，通常也能够精确地拟合实验数据，所以在⾮均相反应过程开发和⼯业反应器设计得到⼴泛应⽤。

若反应产物对反应起到抑制作⽤，反应物的浓度将出现在反应动⼒学⽅程中，即
)(幂级函数s S C r R C B C A C k A r β
α=- )(1双曲函数型s S
C r R C k B C A C k A r *+=-βα
当反应开始时，反应产物浓度为0，r A 趋于⽆穷⼤，不符合事实。

⽽⽤双曲型函数修正，既可避免上述困难。

2、⽓固催化反应⼀般要经历哪⼏个步骤？其中具有化学变化特征的是哪⼏个步骤？
答：⼀般要经历以下⼏个步骤：①反应物从⽓流主体扩散到催化剂颗粒表⾯；②反应物从催化剂颗粒外表⾯向催化剂孔道内部扩散；③在催化剂内部孔道所组成的内表⾯上进⾏催化反应；④产物从外表⾯扩散到内表⾯；⑤产物从外表⾯扩散到⽓流主体。

①⑤称为外扩散过程，②④称为内扩散过程，③为本征动⼒学⽅程，其中步骤三具有化学特征变化。

3、在什么样的情况下，反应原料的预混合相当重要的？
答：当反应发⽣在两种或两种以上组分之间时，这些组分必须预先混合，提供不同组分互相接触的机会，反应能进⾏。

当反应速率很快或流体黏度很⾼，达到分⼦尺度的均匀混合时间很长时，预混合将对反应结果产⽣重⼤影响。

如在⽓固催化反应中，反应物⼀经接触就开始反应，必须采⽤有效地预混合措施以保证最佳的浓度和温度分布。

在均相反应的极快反应中，如对⼀些易燃易爆的组分预混合必不可少，否则物料在流动中容易形成爆炸死⾓。

4、流动模型法的意义是什么？⽤流动模型模拟⾮理想流动反应器中流体流动状况的依据是什么？
答：意义：化学反应器中流体流动状况影响反应速率和反应选择率，直接影响反应结果。

研究反应器中的流体流动模型是反应器选型、设计和优化的基础。

流动模型是反应器中流体流动与返混的描述，尽管⼯业反应器多种多样，反应器中流动复杂，但就其返混情况⽽⾔可以从不同的流动模型来描述。

依据：连续反应器在定态下，反应物料的温度、浓度等操作参数不随时间⽽变，反应物料质点在反应器中的停留时间可能相同也可能不同，因此对连续反应器则可能存在返混问题，关联返混与停留时间分布关系。

5、什么是绝热温升？有什么应⽤意义？
答：当化学反应物系中的A 全部转换时，物系升⾼或降低的度数pt
A C Hr C ρλ)(0?-= 由于连续操作的反应器中温度与物料流量⽆关，因此绝热温升可以作为衡量反应放热程度的指标，且绝热反应器设计计算常⽤绝热温升作为估算⽓温升的依据。

6、什么是反应器的热稳定性？反应器热稳定操作的两个必要条件是什么？答：如果⼀个反应器是在某⼀平衡状态下设计并进⾏操作，就传热⽽⾔，这个反应器处于热平衡状态，若平衡不被破坏，反应器内温度将不随时间⽽变化，处于定态。

但实际上各有关参数不可能严格保持定值，会有各种偶然的原因引起波动，这种波动常称为扰动。

这种扰动是⾃然波动。

若处于原平衡的反应器的反应温度会⾃动返回原来平衡状态，称该反应器是热稳定的。

热稳定性是反应器操作受到外来扰动后的⾃衡能⼒。

dT
dq dT dq g r > g r Q Q = 7、催化吸附理论中理想吸附的四个基本假设是什么？
答：均匀表⾯、单层吸附、⽆相互作⽤、吸附机理相同。

8、反应器有哪些基本类型？各有何特点？
答：间歇釜式、连续管式、连续釜式。

按反应物料的相态分类可以分为①均相反应器；②⾮均相反应器。

按反应器的结构形式分类可以分为①釜式反应器，特点：适⽤性强，操作弹性⼤连续操作时温度、浓度易控制，但返混严重；
②管式反应器，特点：返混⼩，所需反应器体积⼩，⽐传热⾯积⼤；③塔式反应器，特点：结构简单，压降⼤，返混⼩；④固定床反应器，特点：返混⼩，催化剂不易磨损；⑤流化床反应器，特点：返混⼤，传质传热好，催化剂有效系数⼤，但磨损⼤。

按操作⽅式分类可以分为①间歇操作反应器；②连续操作反应器；③半连续(半间歇)反应器
9、实验室⼩试反应器与⼯业反应器的区别有哪些？什么是反应器的放⼤效应？答：利⽤⼩型设备进⾏华⼯过程实验得出的研究结果，在相同的操作条件下与⼤型⽣产装置得出的结果往往有很⼤差别，这些差别包括反应物的温度、浓度、物料停留时间分布不同⽽引起的，化⼯过程实验从⼩型设备放⼤到⼤型设备引起的这些差别的影响称为放⼤效应。

10、什么是催化剂的效率因⼦？效率因⼦⼀定⼩于1还是可以⼤于1吗？答：效率因⼦反应速率
内扩散对过程有影响的反应速率内扩散对过程有影响的=η放热反应中，颗粒(催化剂)内的温度⾼于外表⾯的温度，0)(>?-=s eff
s eT D H C λβ为正值。

颗粒内温度增加对反应速率常数
的影响超过颗粒内反应物浓度降低的影响时，内扩散有效因⼦1>η
11、现在很多研究课题与有机催化合成有关，如果你⾯临这样⼀个课题，你会怎么展开这⽅⾯的研究？
答：①⾸先确定要研究的有机合成反应类型(如：酯催化加氢反应⽣成醇)。

②根据已经确定的有机合成反应类型查阅相关⽂献，并找出对此类反应有催化作⽤的
催化剂。

③采⽤从⽂献中的⽅法制备具有催化作⽤的催化剂，尝试进⾏催化反应，并测量不同
催化剂的活性。

④对有活性的催化剂进⾏改性，通过优化反应条件和操作⽅法筛选出催化反应活性最
⾼的催化剂。

⑤对筛选出的催化反应活性最⾼的催化剂进⾏表征，并对催化机理进⾏深⼊研究。

12、什么是反应动⼒学？怎么样建⽴反应动⼒学⽅程？
答：反应动⼒学是研究各种物理、化学因素(如温度、压⼒浓度反应体系中的介质、催化剂、流场、温度分度和停留时间分布)对反应速率的影响以及相应的反应机理和数学表达式等的化学反应⼯程的分⽀学科。

反应动⼒学的研究⽅法依靠经验进⾏研究，从机理进⾏研究
①对于均相反应动⼒学，从机理进⾏研究因缺乏理论依据，不易进⾏下去
②对于⾮均相反应动⼒学，以机理研究为主，以经验为辅，其研究过程⼤致如下
以反应M L bB aA +?→?
+为例①写出反应速率⽅程形式，以经验为主βαβαB A RT E B A T A C C e
k C C k r c )/(0-==
②βα,,,0c E k 的估算
a 实验设计⼏实验测量；
b 数据处理(如：多参数估计算法)
③将研究结果⽤于等温情况下解决具体问题，最终应⽤于反应器的设计。

13、什么是反应⼯程的数学模型⽅法？怎么样进⾏模拟？
答：
14、化学反应⼯程的基本内涵有哪些？
答：①改进和强化现有的反应技术和设备，挖掘潜⼒、降低能耗、提⾼效能。

②开发新的技术和设备。

③指导和解决反应过程开发中的放⼤问题。

④实现反应过程的最优化。

⑤不断发展反应⼯程学的理论和⽅法。

15、什么样的反应动⼒学⽅程不宜外推？
答：反应动⼒学实验研究结果通常从反应动⼒学模型的⽅式表达，按照对反应动⼒学规律认识程度的差异，反应动⼒学模型可分为三类：机理的动⼒学模型、半经验的动⼒学模型、经验的动⼒学模型。

其中经验的动⼒学模型提供的操作条件和反应结果之间的关系完全没有涉及反应过程的机理，所以只能内插使⽤不能外推。

16、管式反应器和连续搅拌釜式反应器的停留时间分布各有什么特点？
答：对于管式反应器，所有流体例⼦的停留时间相等，且都等于平均停留时间。

⽽流体粒⼦在全混流反应器中的停留时间极度参差不齐，从零到⽆限⼤
17、⽓固催化反应本征速率和宏观反应速率的区别是什么？各包含哪些步骤？答：宏观动⼒学与本征动⼒学的区别在于除了研究化学反应本⾝以外，还要考虑到质量、热量、动量传递过程对化学反应的交联作⽤及相互影响。

本征动⼒学是由反应物在催化剂内表⾯的活性位上的化学吸附、活性吸附态组分进⾏反应和产物的脱附三个串联的步骤组成。

⽽宏观动⼒学还包括了与反应⽓体的流动状况、传质及传热等物料过程相关的过程。

18、催化剂颗粒的内表⾯利⽤率与哪些因素有关？
答：催化剂颗粒的内表⾯利⽤率与催化剂的粒径和催化剂的孔隙率有关。

19、为什么⼀般釜式反应器的反应转化率⽐管式反应器的低？
答：⼀般釜式反应器属于全混流反应器，反应器内各物料质点的停留时间并不相同，也就意味着反应器内存在⼀定程度的返混，⽽返混势必会对反应器内反应速率造成不利影响，从⽽使得反应器内转化率降低。

与釜式反应器相⽐较，管式反应器内任何⼀点上的反应物浓度和化学反应速度都不随时间⽽变化，只随管长变化。

其返混较⼩，反应器中反应速度快、流速快，所以它的⽣产能⼒⾼，反应器内转化率也相应的较⾼。

20、⼯业上为了解决釜式反应器转化率低的措施是什么？
答：多个全混流反应器串联类似于⼀个平推流反应器，其优点是可以解决平推流反应器反应温度不易于控制特点，同时可以解决全混流反应器转化率低的特点。

其优点是：①反应温度易于控制；②转化率增⼤。

21、反应器的停留时间分布与反应器的流动模型之间有什么联系？
答：流动模型是连续流动反应器中流体流经反应器的流动和返混的模型，⼀定的流动模型描述了反应器内⼀定的返混程度，⼀定的返混必然会造成确定的停留时间分布，但是同样的停留时间分布可以是不同的返混所造成，所以停留时间与返混之间不⼀定存在对应的关系。

⽽流动模型的本质即建⽴反应器内流体的停留时间分布情况，再通过合理地简化选择相应的流动模型，实验确定相关参数，进⽽得到合理的流动模型。

由此可见，反应器内停留时间分布与反应器流动模型密切相关，不可分割的⼀个⼤整体。

22、如何得到⼀连续⾮理想流动的液相反应器的停留时间分布曲线？对此曲线
做怎么样的数据处理？最后达到什么⽬的？
答：⾸先分析⾮理想流动液相反应器中的实际流动情况。

从⽽选择⼀个较为切合实际的合理简化的流动模型，并⽤数学模型⽅法关联返混与停留时间分布的定量关系，然后通过停留时间分布的实验测定来检验模型并确定所引⼊的模型参数，最后结合反应动⼒学计算反应结果。

其⽬的在于可以对反应器内的流动状况做出定性判断，以确定是否符合⼯艺要求或提出相应的改善⽅案，从⽽达到对反应过程进⾏定量设计计算的⽬的。

23、机理反应动⼒学⽅程和经验反应动⼒学⽅程有何区别？
答：机理反应动⼒学研究是根据测定的动⼒学数据与物理化学的观摩研究，例如光谱研究和同位素研究等。

来确定完成整个反应过程⼀系列简单步骤，将机理动⼒学模型和描述反应器中各种物理传递过程的模型相结合，可以外推到较宽范围去模拟、预测反应器的⾏为。

经验动⼒学：根据对和⼯业反应器结构相似的模拟反应器(或中式反应器)中进⾏的反应条件对反应结果影响的研究，将所得结果⽤简单的代数⽅程(或多项式)或图表表达，可直接⽤于反应器的放⼤设计，只能内插使⽤，不宜进⾏外推。

24、影响反应速率的因素有哪些？
答：与相互作⽤的反应物系的性质、温度、浓度、压⼒、溶剂以及催化剂的性质等有关。

25、什么叫做液体返混？
答：反应流体在反应器内的流动和混合状态⼗分复杂，在连续流动釜式反应器中，搅拌造成反应流动的微团具有不同的停留时间，不同停留时间的微团之间的混合称为返混。

26、描述建⽴反应器模型的⽅法和步骤
答：反应器模型也叫做反应器的数学模型，它描述反应器⾏为的操作参数与状态变量之间的关系式。

关键在于建⽴反应器的基本⽅程。

即物料衡算式、能量衡算式和动量衡算式。

具体到某⼀个反应器，⾸先应对过程做出合理的简化，抓住主要⽭盾，建⽴起描述反应过程实质的物理模型。

⼈后以此物理模型物理模型为依据，确定变量和控制体积后，有实验室反应测得相关数据，并进⾏相应的计算处理、由此得到反应器的基本⽅程，即反应器的数学模型。

27、为什么化学反应速率不能像物理速度⼀样⽤数学⼀阶导数表⽰？
答：物理速度⽤数学⼀阶导数来表⽰是因为研究物理速度中，空间与时间线性关系。

⽽化学反应速度是由浓度、温度与时间呈⾮线性来表⽰的，故不能⽤数学⼀阶导数来表⽰。

28、流动模型⽅法的本质是什么？举例说明
答：流动模型是对反应器中了流体流动与返混的描述。

该⽅法的本质即建⽴反应器内流体的停留时间分布情况。

活塞流模型，全混流模型，多釜串联模型，离析流模型和轴向扩散模型。

29、固体催化剂⼀般由哪些成分构成？各起什么作⽤？固体催化剂是怎么样起到催化作⽤的？
答：固体催化剂⼀般由活性组分、助催化剂和载体组成。

活性组分主要起到催化作⽤，助催化剂能提⾼催化剂的活性、选择性和稳定性。

载体的作⽤是承载活性组分和助催化剂的分散剂、耦合剂或⽀撑体。

30、如何建⽴流动模型？
答：①通过冷态模型实验测定装置的停留时间分布。

②根据所得的有关E(t)或F(t)的结果通过合理的简化提出可能的流动模型，并根据停留
时间分布测定的实验数据来确定所提出的模型中所引⼊的模型参数。

③结合反应动⼒学数据通过模拟计算来预测反应结果。

④通过⼀定规模的热模实验来验证模型的准确性。

31、已知下列反应，⽬的产物为R ，S 为副产物
18.05
.0/40000,2225.0/80000,111B A RT B A RT C C e k r T S B A C C e k r R
B A --=+?→?+=?→?+
(1)请分析返混和反应温度对反应选择性的影响。

(2)采⽤什么样的反应器有利于主反应的进⾏。

(3)如果S 为⽬的产物，则情况⼜怎么样？
答：(1)瞬时选择性18.05.0/40000,25.0/80000,15.0/80000,1B A RT B A RT B A RT A R A C C e k C C e k C C e k R R p s ---+=-=µ
32.05.0/40000,10,211
--+=B A RT C C e k k
反映物质的浓度和温度是影响瞬时选择性的直接因素，温度条件看做副反应活化能的相
对⼤⼩。

因为21E E >，故⾼温有利于S 的⽣成；⼜18.05.121=>=n n ，故反应物浓度提⾼瞬时选择性增加，所以⾼浓度有利于R 的⽣成。

综上可知低温⾼浓度有利于R 的⽣成。

(2)利⽤间歇操作是有利的。

在低温下操作⽣产温度是不变的，采⽤间歇釜式反应器存
在最佳温度程序，对于不同的反应时间t 应保持不同的操作温度，这种选择的出发点是⽬的产物的产率最⼤。

采⽤连续的多釜串联操作，存在最佳温度，再次温度下操作可是⽬的产物产率最⼤。

(3)
或
32、已知SO 2氧化成SO 3为⼀⽓固催化可逆放热反应，其反应平衡线和最佳反应温度线如
下图所⽰。

(1)现拟采⽤多段绝热固定床反应器进⾏反应，试在右图上⼤致描绘出反应过程的X 转化率—T(温度)的变化过程。

(2)并画出其⼯艺流程图。

(3)若采⽤换热式固定床反映其反应，则情况⼜将怎样？
解：(1)拟采⽤多段绝热固定床反应器，变化趋势如下图所⽰
(2)⼯艺流程：采⽤间接换热式操作，反应⽓体SO 2进⼝温度为A 点温度，通过第⼀
段绝热床反应⾄B 点温度和⼀定的转化率X B ，且离可逆放热单反应平衡温度曲线不太远时，将反应⽓体了冷却⾄远离平衡温度曲线的C 点，在进⾏下⼀段的绝热反应⾄D 点，如此循环⾄出⼝转化率和出⼝温度，反应和冷却过程间隔进⾏。

(3)若采⽤换热式固定床反应器，催化床上部为绝热层，下部为催化剂装在冷管间⽽连
续还热的催化床。

未反应的SO 2经冷管⽽被预热，绝热层中的反应⽓体迅速升温，冷却层中的反应⽓体被冷却⽽接近最佳温度曲线，未反应的⽓体经过床外换热器和冷管预热⾄⼀定的温度⽽进⼊催化床。

反应初期远离平衡，反应速率⼤，从⽽导致反应放热速率⼤于冷却介质移热速率，温度随转化率的增加⽽升⾼，后期则相反，温度随转化率的增加⽽降低。

33、仲丁醇脱⽔制丁烯反应W B A +?→?
，有⼈提出反应动⼒学模型为： )1/(W W A A A a S A p K p K p k k r ++=(其中A 、B 、W 分别为仲丁醇、丁烯和⽔)
(1)据此模型，是探测其反应机理。

(2)实验测得0/A r P 与P 呈线性关系(P 、0A r 分别为反应初期时的系统总压和反应速率) 问：此反应动⼒学模型是否与实验现象相符合？为什么？
解：(1)由A r 的形式可知反应为表⾯控制，W 、A 被吸附，有两个活性吸附活性位点，预测反
应机理如下：
)3()2()1(σσσσσσ+?+??+W W W B A A A
可知(2)为控制步骤A S A k r θ=
由(1)得 r A A A p k θθ= (3)得r W W W p k θθ=，且1=++r W A θθθ，解得
W
W A A A A A p k p k p k ++=1θ，故W W A A A A S A p k p k p k k V ++=1 (2)反应初期W p 、B p 为0
p
k p k k p k k p k r A A S A A A A S A +=+=11，有A S A S A A k k p k k k r p 10,+= 可得0,/A r p 与p 呈线性变化，因此此反应动⼒学模型与实验现象相符合。

34、某⼚发⽣重⼤有毒物料泄漏事故，有毒物料流⼊江中并沿江下流，严重影响了沿江下游⼈们的饮⽔安全。

为了及时预计有毒物料沿江下游的扩散，请你利⽤流动模型的知识，提出⼀套流动模型模拟⽅案，来预测有毒物料沿江下游的扩散情况。

答：①⾸先根据河流实际形状，经过简化，建⽴⼏何模型并进⾏有效的⽹格划分。

②结合河流流体的实际流动状况，选择轴向扩散模型作为流动模型。

③确定相应的计算⽅法对河流内有毒物料停留时间分布情况进⾏计算，并关联返混与停留时间之间的关系。

④在有毒物料泄漏点以下的河流段不同位置进⾏实验测定，以达到检测模型正确性和确
认所引进模型参数。

⑤将所得模型与河流中描述物理传递过程的模型相结合，便可以对有毒物料沿江下游的
扩散情况进⾏很好的预测和模拟了。

35、简单举例说明化学反应⼯程学科内容与⽅法在实验室研究、到中试到⼯业⽣产中起到哪些作⽤？
答：化学反应⼯程学在⽆论是在实验室研究、中试还是⼯业⽣产上均有着⼴泛的应⽤。

在实
验室研究上化学反应⼯程学帮助我们理解催化反应过程的机理，并深⼊探究各种因素(如：温度、浓度、压⼒、反应物性质、催化剂性质等)对反应速率的影响。

⽽在中试线上(精馏塔中试装置)的操作参数的确定、塔内件的设计、换热和冷凝设备计算以及全塔优化过程的优化问题也离不开化学反应⼯程学的⽀撑。

⾄于⼯业⽣产上化学反应⼯程学在指导和解决实际⼯程上的开发和放⼤问题具有重要作⽤，也是实现⼯业⽣产最优化过程操作的有效⼿段，更是不断发展和完善⼯业⽣产过程新技术和新设备的理论依据。

36、有⼀复杂反应sS B P pP
bB aA k k ?→?+?→?+21，式中A 和B 为反应物，P 和S 分别为产物和副产物。

(1)提出分析返混和反应温度对反应选择性影响的⽅案。

(2)基于(1)的分析，设计⼀反应器，怎么样有利于得到⾼反应选择性。

答：
37、对可逆放热反应，温度T 和转化率X 的关系可表⽰为下图，图中虚线表⽰反应平衡线，实线表⽰最佳反应温度线。

试⽐较
A 、
B 、
C 、
D 、
E 五点出反应速率的相对⼤⼩，并说明理由。

答：D>C>B>A=E 。

A 、E 两点在平衡线上，故A 与E 的速度为0；C 、D 点转化率相同，但D 点温度为最佳温度，故D>C ；
B 、
C 两点的温度相同，但C 点转化率⼩于B 点，故C>B 。

38、反应B A →为⼀级不可逆反应，在300K 时要使A 的转化率达到20%需12.6分钟，⽽在340K 时达到同样的转化率仅需3.20分钟，求该反应的活化能E 。

解：反应为⼀级不可逆反应
∴A A A kC dt dC r =-= 积分得：C x kt A
+-=)1(1ln
t=0时，x A =0，∴C=0，∴)
1(1ln A x kt -= )1ln()1ln(212211A A x x t k t k --=且21A A x x =，∴6
.1220.31221==t t k k ⼜K T K T Ae
k RT E 50040021/===- ∴)34013001(314.8)1
1(2RT E -RT E -21121e --+===E T T R E e e k k ∴mol J E /109.24?=
39、55℃下进⾏反应M A →，反应速率⽅程为A A kC r =，已知k=1.2m 3/kmol·h ，0A C =1kmol/m 3进料量V 0=10m 3/h ，要求反应率的转化率x A =0.9.试求
(1)在活塞流反应器中反应所需的体积
(2)在全混流反应器中反应所需的体积
(3)说明其结果差别的原因。

解：(1)AF X A X A A A A X A A A x k x kC dx C x dx C t 00000011ln 1)1(AF AF -=-=-=??
代⼊数据解得t =1.92h ，∴V= V 0·t =10 1.92=19.2m 3 (2) 30075)
9.01(12.19.0110m r X C V V A AF A r =-== (3)活塞流反应器是变速操作，开始时反应速率很⼤，终了时最⼩。

⽽全混流反应器是等速操作⽽恰恰是相对于活塞流反应器最⼩反应速度下操作，反应体积⾃然就⼤。

40、已知⽓固催化反应R B A →+2，其表⾯反应过程的动⼒学⽅程为
2)1(B B A A B
B A A S A p K p k p k p k k r ++=
k 为反应速率常数，K 为化学平衡常数，p 为各组分分压。

是推断写出反应机理及控制步骤。

解：由该反应动⼒学⽅程可推测其为表⾯反应控制，推测其反应机理如下：
)1(222 σσA A ?+
)2( σσB B ?+
)3( σσσσ+→+R B A
)4( σσ+?R R
其中第(3)步为速率控制步骤：B A S k r θθ=，列(1)(2)(4)的平衡式为：
)5(022 V A A A A dA V A aA p k k p k θθθθ=?→?=-
)6(0 V B B B B dB V B aB p k k p k θθθθ=?→?=-
)7(0 V R R R R dR V R aR p k k p k θθθθ=?→?=-
⼜1=+++R R B A θθθθ，将(5)、(6)、(7)代⼊得
R R B B A A r p k p k p k +++=11
θ
22)1(B B A A B B A A S V B B A A S p K p k p k p k k p k p k k r ++=
=θ
故推测正确
分离⼯程
1、分离过程的节能⽅式主要有哪些？
答：主要有以下⼏种⽅式：
a 、⼯艺节能：选择和设计合适的分离过程；选择合适的分离⽅法与分离助
剂以及研发更加⾼级的分离⼯艺。

b 、流程节能：对多组分混合物分离顺序进⾏合理的选择。

c 、化⼯单元操作设备节能：如泵、压缩机、换热设备、蒸发设备、塔设备以及分离设备等。

d 、过程系统节能（从宏观系统合理⽤能的⾓度出发，夹点技术）
2、实际板和理论板的差异表现在哪些地⽅，这些差异的影响可应⽤什么⽅法来处理？
答：实际板和理论板的差异主要表现在以下⼏点：
①理论版假定离开该板的汽、液两相达到平衡。

②理论板上相互接触的汽液两相完全，板上液相浓度均⼀，等于离开该板溢流液的浓度。

③实际板上汽液两相存在不完全流动，停留时间有明显差异。

④实际板上存在雾沫夹带、漏液和液相夹带泡沫现象。

为考虑上述各种差异带来的影响。

引进了⼏种效率：
a 、全塔效率，⼜称为总效率；
b 、Murphree 板效率，⼜称平板效率；
c 、点效率；
d 、理论
板当量⾼度；f 、传质单元⾼度。

3、某废⽔中含有40%的⼄⼆醇单甲醚，已知⼄⼆醇单甲醚的沸点是125℃，⼄⼆醇单甲醚与⽔能形成共沸物，其沸点为99.9℃，其沸物组成为含78%的⽔，22%的⼄⼆醇单甲醚。

请提出两种以上有效回收⼄⼆醇单甲醚(要求⼄⼆醇单甲醚含⽔⼩于1%)的⽅法，并说明理由。

答：a 、可采⽤共沸精馏的⽅法回收部分⼄⼆醇单甲醚。

因为只要塔板数⾜够⾼，塔顶能得
到含⽔78%的⼄⼆醇单甲醚，塔釜可得到含⽔⼩于1%的⼄⼆醇单甲醚，但是该⽅法回收率较低。

b 、也可通过加⼊共沸剂的共沸精馏⽅法，在塔顶脱除⽔，在塔釜可得到含⽔⼩于1%
的⼄⼆醇单甲醚。

c 、也可采⽤萃取精馏的⽅法，在塔顶得到含⼄⼆醇单甲醚很少的⽔，在塔釜得到含⽔
⼩于1%的⼄⼆醇单甲醚。

4、什么是恒沸精馏，如何⽤三⾓相图求解恒沸剂⽤量？
答：恒沸精馏实在原溶液中添加恒沸剂S 使其与溶液中⾄少⼀个组分形成最低恒沸物，以增⼤原组分间相对挥发度差的⾮理想溶液的多元精馏，形成的恒沸物从塔顶采出，塔釜引出较纯产品，最后将恒沸剂与组分分离。

利⽤相图，作F 于S 连线BF 及BA 连线，两线交点M 便是总物料点，再由杠杆规则确定恒沸剂S 的⽤量。

M
S F S FM ·=
6、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j i j
i ij y x y y //=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。

7、氮、氧混合⽓-活性炭吸附体系吸附平衡相图(重量分率)如下图所⽰，回答以下问题。

1)图中HG 之间的曲线代表什么？2)G 点和H 点分别代表什么？3) 假设⽓相组成为*D 点表⽰，试分析是否可⽤此吸附剂来分离此⽓体混合物？
答：HG之间的曲线⽓体混合物⽓相组成；G点和H点分别代表单⼀⽓相氮的吸附量和单⼀⽓相氧的吸附量；不能，因为吸附相中⽓体组成与⽓相中两组分组成⼀样。

8、图中A塔的操作压⼒为20atm，塔底产品节流阀很快进⼊B塔。

B塔的操作压⼒为10atm，试问：1液体经节流后会发⽣哪些变化？2如果B塔的操作压⼒为5atm时，某些⽅⾯会与10atm下的情况有何不同。

答：①经节流后有⽓相产⽣，由于汽化要吸收⾃热量，系统温度将降低。

②B塔的操作压⼒为5atm时，B塔的汽化率⽐B塔操作压⼒为10atm时的汽化率⼤，
温度下降幅度也⼤。

9、2015简答题第2⼩题
答：E有毒应⾸先分离出体系，A、B最难分离放在最后，其余组分按照相对挥发度分离，如下图所⽰：
10、2013年简答题第⼆⼩题
解：(1)固定设计变量
塔进料3+2；萃取剂1+2；压⼒级数1
u
N=3+2+1+2+1=9
x
(2)可调设计变量。