分离工程习题答案 刘家祺
《分离工程》试卷及答案
一、填空(每空2分,共20分)
1. 如果设计中给定数值的物理量的数目等于设计变量，设计才有结果。
2. 在最小回流比条件下，若只有重
组分是非分配组分，轻组分为分配组分，
存在着两个恒浓区，出现在精镏段和进
料板位置。
3. 在萃取精镏中，当原溶液非理想性不大时，加入溶剂后，溶剂与组分1形成具有较强正偏差的非理想溶液，与组分2形成负偏差或理想溶液，可提高组分1对2的相对挥发度。
4. 化学吸收中用增强因子表示化学反应对传质速率的增强程度，增强因子E的定义是化学吸收的液相分传质系数（k L）/无化学吸收的液相分传质系数（k0L）。
5. 对普通的N级逆流装置进行变量分析，若组分数为C个，建立的MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N(2C+3) 个。
6. 热力学效率定义为
=
η；实际的分离过程是不可逆的，所以热力学效率必定于1。
7. 反渗透是利用反渗透膜选择性的只
透过溶剂的性质，对溶液施加压力，
克服溶剂的渗透压，是一种用来浓缩溶
液的膜分离过程。
二、推导(20分)
1. 由物料衡算，相平衡关系式推导图1
单级分离基本关系式。
1
(1)
(1)1
c
i i
i i
z K
Kψ
=
-
=
-+
∑
式中：K i——相平衡常数；
ψ——气相分率（气体量/进料量）。
2. 精馏塔第j级进出物料如图1，建立MESH方程。
三、简答(每题5分,共25分)
1.什么叫相平衡？相平衡常数的定义是什
么？
由混合物或溶液形成若干相，这些相保持物理平衡而共存状态。热力学上看物系的自由焓最小；动力学上看相间表观传递速率为零。
K
i =y
i
/x
i
。
2.关键组分的定义是什么；在精馏操作中，
分离工程(邓修)1 绪论
教材：
邓修，吴俊生.化工分离工程. 科学出版社，2000.
参考书：
刘家祺 主编.分离过程.化学工业出版社,2002. 陈洪纺 刘家祺.化工分离过程.化学工业出版社, 1995.
J D Seeder, E J Henley. Separation Process Principles. 化学 工业出版社，2002.
1）开发基础研究 针对项目的应用性基础研究和工艺特征研究，以实验室研 究为主。 2）过程研究
进行工艺、产品、设备等的工程放大试验，包括模型试
验、微型中试、中试及工业试验等的全部或部分过程。 3）工程研究
包括技术经济评价、概念设计、数学模型、放大技术及基
础设计等。
（2）放大技术的常用方法
过程放大的方法有逐级经验放大法、数学模型法、工程 理论法和参照法四种，常用的是前两种。
蒸馏是炼油和石油工业中最主要的分离 操作过程之一。常压蒸馏和减压蒸馏按 照沸程不同进行石油产品分离；
除此以外，萃取用于溶剂脱蜡，润滑油 精制，溶剂脱沥青和芳烃抽提等；吸附 用于分子筛脱蜡、C8芳烃分离、烯烃和 烷烃的分离等。
医药工业：
分离技术在保证药物生产及其质量中起着关键
作用； 抗生素等发酵类医药产品的生产中，大量应用 着过滤、萃取、吸附、膜分离、离子交换、结 晶、干燥等分离技术； 在天然药物（如中药等）生产现代化过程中， 超临界萃取、膜分离、先进的过滤、结晶、干
《分离工程》课程教学大纲(本科)
分离工程
（Separation Engineering）
课程代码：13410101
学分：2
学时：32 （其中：课堂教学学时：32 实验学时：0 上机学时：0 课程实践学时：0 ）
先修课程：数学、物理化学、化工原理、化工热力学、传质过程原理、计算机技术适用专业：化学工程与工艺
教材：《化工分离过程》，陈洪钫、刘家祺，化学工业出版社，2014年第二版。
一、课程性质和课程目标
（一）课程性质
本课程是高等学校本科化学工程与工艺专业的一门必修课，是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学等技术基础知识后的一门专业主干课。化工分离工程是研究过程工业中物质分离和纯化的工程技术学科。本课程讲授传质与分离工程的原理和应用，以及化工分离过程中一些主要分离单元操作和分离工程领域的研究进展。它利用前期课程中介绍的有关相平衡、热力学等知识，以及三种传递的理论来研究化工生产实际中复杂物系的分离和提纯技术。
（二）课程目标
通过本课程的理论教学与训练，使学生具备下列能力：
课程目标1：掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点并能够识别和判断复杂化学工程问题的关键环节；
课程目标2：掌握各种常用分离过程的简捷和严格的计算方法和强化改进操作的途径，并能够将其应用于解决具体的化学工程问题；
课程目标3：能运用单级和多级平衡分离过程中的基本理论去证实解决复杂化工工程问题方案的合理性。
（三）、课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系
本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点2-1、2-3、2-4。
1.毕业要求2-1：能运用所学的科学原理，识别和判断复杂化学工程问题的关键环节。
“化工分离过程”考资料资料精
“化工分离过程”考资料
1. 陈洪钫. 基本有机化工分离工程. 北京: 化学工业出版社, 1981.
2. 陈洪钫, 刘家祺. 化工分离过程. 北京: 化学工业出版社, 1995.
3. 刘家祺, 姜忠义, 王春艳. 分离过程与技术. 天津: 天津大学出版社, 2001.
4. 刘家祺. 分离过程. 北京: 化学工业出版社, 2002.
5. 李淑芬, 姜忠义. 高等制药分离工程. 北京: 化学工业出版社，2004.
6. 刘家祺. 传质分离过程. 北京: 高等教育出版社, 2005.
7. 刘家祺. 分离过程与模拟. 北京: 清华大学出版社, 2007.
8. 史季芬. 多级分离过程——蒸馏、吸收、萃取、吸附. 北京: 化学工业出版社, 1991.
9. 吴俊生, 邓修等. 分离工程. 上海: 华东化工学院出版社, 1992.
10. 郁浩然. 化工分离工程. 北京: 中国石油出版社, 1992.
11. 蒋维钧. 新型传质分离技术. 北京: 化学工业出版社, 1992.
12. (日)大矢晴彦著，张瑾译. 分离的科学与技术. 北京: 中国轻工业出版社 1999.
13. 邓修，吴俊生. 化工分离工程. 北京: 科学出版社, 2000.
14. 耿信笃. 现代分离科学理论导引. 北京: 高等教育出版社, 2001.
15. (美)塞德等，分离过程原理. 北京: 化学工业出版社，2002.
16. 袁惠新. 分离工程. 北京: 中国石化出版社, 2002.
17. 伍钦. 传质与分离工程. 广州: 华南理工大学出版社, 2005.
分离工程习题完整答案
第一部分 填
空题
非常全的一份复习题， 各个方面都到了。 1. 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。
2. 衡量分离的程度用（分离因子）表示，处于相平衡状态的分离程度是（固有分离因子）。
3. 分离过程是（混合过程）的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。
4. 工业上常用（分离因子）表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（理想分离因子）。
5. 固有分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率来表示。
6. 汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。
7. 当混合物在一定的温度、压力下，满足（1,1 ∑∑i
K i z i z i 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。
8. 萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。
9. 最低恒沸物，压力降低是恒沸组成中汽化潜热（小）的组分增加。
10. 吸收因子为（ A=L/KV ），其值可反应吸收过程的（难易程度）。
11. 对一个具有四块板的吸收塔，总吸收量的80%是在（塔顶釜两块板 ）合成的。
12. 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），（用蒸馏塔）。
13. 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。
14. 用于吸收过程的相平衡关系可表示为（ L = A V ）。
15. 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。
化工分离工程分离过程的分类和特征
蒸汽压） 产纯水；吸 有较大差 收液的解吸
别
。
原料 分离媒介：
石油裂解气
精
相态： 热量，有时 汽、液 用机械功
的深冷分离 ；苯、甲苯
馏
或汽液 混合物
同上
、二甲苯的 分离。
V
原料 分离媒 分离原 工业应
吸
相态 介： 理： 用：
收 蒸
L或V
MSA ：
气体或 液体
液体吸收 剂（MSA ）；加入
挥发度（ 蒸汽压） 有较大差
目的产物为 对二甲苯
● 特点：
邻二甲苯 间二甲苯 对二甲苯
沸点℃ 熔点℃
144.411 ﹣25.173
139.104 ﹣47.872
138.351 13.263
● 涉及到分离过程：精馏：4、7、8 萃取：5、6 结晶：10
目的产 物
总 结：
● 原料的净化与粗分
● 反应产物的提纯
● 药物的精制和提纯
返回
1.2.2 速率分离过程
膜分离 热扩散
速率分离:
在某种推动力（浓度差、压 力差、温度差、电位差等）的 作用下，有时在选择性膜的 配合下，利用各组分扩散速 率的差异实现组分的分离。
微孔过滤（MF）：
目的：溶液脱离子，气体脱离子
进料
颗粒、纤维
（液体和气体）
溶剂、水、 气体
化工分离过程_课后参考答案 刘家祺
分
离工程习题
第一章 1. 列出5种使用ESA 和5种使用MSA 的分离操作。
答：属于ESA 分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。 属于MSA 分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。
5.海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M，式中C 为溶解盐的浓度，g/cm 3；M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035 g/cm 3的海水中制取纯水，M=31.5，操作温度为298K 。问反渗
透膜两侧的最小压差应为多少kPa?
答：渗透压π=RTC/M＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa 。
所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa 。
9.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：
（1） 总变更量数Nv;
（2） 有关变更量的独立方程数Nc ；
（3） 设计变量数Ni; （4） 固定和可调设计变量数Nx , Na ； （5） 对典型的绝热闪蒸过程，你
将推荐规定哪些
变量？ 思路1：
3股物流均视为单相物流， 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
1个平衡温度等式 1个平衡压力等式 共2C+3个
故设计变量Ni =Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3
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：
（1） Nv = 3 ( c+2 ) （2） Nc 物 c
V -2
F z i
T F P F
V , y i ,T v , P v
专科《分离工程》_试卷_答案
专科《分离工程》
一、（共46题,共150分）
1. 按所依据的物理化学原理，传质分离过程可以分为________分离过程和________分离过程，常见的平衡分离过程有________、________、________。（5分）
.标准答案：1. 平衡;2. 速率;3. 精馏;4. 吸收;5. 闪蒸;
2. 表征表征能量被利用的程度有两类效率：____________和____________。要降低分离过程的能耗，提高其____________效率，就应该采取措施减小过程的有效能损失。有效能损失是由____________引起的。（4分）
.标准答案：1. 热效率;2. 热力学效率;3. 热力学;4. 过程的不可逆性;
3. 泡露点计算是分离过程设计中最基本的汽液平衡计算，按规定哪些变量和计算哪些变量可分为如下四种类型：________________________、
________________________、________________________和
________________________。（4分）
.标准答案：1. 泡点温度计算;2. 泡点压力计算;3. 露点温度计算;4. 泡点压力计算; 4. 影响气液传质设备处理能力的主要因素有________、________、________和
________。（4分）
.标准答案：1. 液泛;2. 雾沫夹带;3. 压力降;4. 停留时间;
5. 多组分多级分离过程严格计算中围绕非平衡级所建立的MERQ方程分别是指
________________________、________________________、
天津大学 化工分离工程 理论课和理论(含实践)课教学内容
理论课和理论（含实践）课教学内容
1 结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况，说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标
我省为全国化工第一大省，近期发展目标是成为化工强省。但我省化工行业技术力量远落后于全国平均水平，为我省化工企业提供急需实用型技术人才是我校化学工程与工艺专业教学的主要任务。本课程重视理论和实践，注重技能性和实用性，强调学生能力的培养和素质的提高。通过本课程学习，学生可掌握各种常用分离过程的基本原理，操作特点，简捷和严格计算方法，强化改进操作的途径，了解一些新分离技术，提高学生理论联系实际，解决问题的能力，对同学今后胜任化工方面的生产、研究工作，以及继续深造都是非常重要的。因此，分离工程是化学工程及化学工艺专业和化学制药专业的主干课程之一。
2 知识模块顺序及对应的学时
第一章绪论(2学时)：本课程的内容和任务；分离过程在化工生产中的重要性；分离过程的分类和特点；分离方法的选择；分离过程的集成化
第二章单级平衡过程（8学时）：相平衡；多元物系的泡点和露点计算；闪蒸过程的计算
第三章多组分分离过程分析与简捷计算（16学时）：设计变量；多组分精馏过程；萃取精馏和共沸精馏；吸收和蒸出过程；萃取过程
第四章多组分多级分离过程的严格计算（8学时）：平衡级的理论模型；三对角矩阵法；逐级计算法
第五章分离设备的处理能力和效率（5学时）：气液传质设备的处理能力和效率；萃取设备的处理能力和效率；传质设备的选择；
第六章分离过程的节能（6学时）：分离过程的最小功和热力学效率；精馏过程的节能技术；
分离顺序的选择
《分离工程》模拟题.doc
2.一桂类混合物送入精憾装置进行分离，进料组成和相对挥发度a值如下，现有A、B两种方案可供选择（见下图），你认为哪种方案合理？为什么？
异丁烷正丁烷戊烷异丁烷正丁烷戊烷摩尔％25 30 45 相对挥发度：1.24 1.00 0.34
模拟考试试题（1）卷
一、填空（每空2分，共20分）
1、气液传质分离过程的热力学基础是（）o如果所有相中的温度压力
相等、每一组分的逸度也相等，则此时达到了____ O
2、精憎塔计算中每块板温度变化是由于____ 改变，每块板上的温度利
用—确定。
3、多组分精憎根据指定设计变量不同可分为—型计算和_____ 型计
算。
4、只在塔顶或塔釜出现的组分为_______ o
5、超滤是以___ 为推动力，按（）选择分离溶液中所含的微粒和大分
子的膜分离操作。
6、吸收操作在传质过程上的主要特征是________
二、推导分析（20分）
1.由物料衡算，相平衡关系式推导图1单级分离基本关系式。
f MT）「0
台（K厂1）肖+ 1
式中：&——相平衡常数；屮——气相分率（气体量/进料量）。
三、简答（每题5分，共25分）
1. 在萃取精憎中，萃取剂在何处加入？为何？
2. 从热力学角度和工艺角度简述萃取精馆中萃取剂选择原则？
3. 在吸收过程中，塔中每级汽、液流量为什么不能视为恒摩尔流？
4. 试分析吸附质被吸附剂吸附一脱附的机理？
5. 精憎过程全回流操作的特点？
四、计算（1、2题10分，3题15分，共35分）
1. 将含苯0.6 （mol 分数）的苯（1）—甲苯（2）混合物在101.3kPa 下 绝热闪蒸，若闪蒸温度为94°C,用计算结果说明该温度能否满足闪蒸要 求？已知：94°C 时 Pi°=15
化工分离过程_课后答案 刘家祺
分离工程习题
第一章
1. 列出5种使用ESA 和5种使用MSA 的分离操作。
答：属于ESA 分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。
属于MSA 分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。 5.海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M，式中C 为溶解盐的浓度，g/cm 3；M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐 g/cm 3的海水中制取纯水，M=，操作温度为298K 。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa? 答：渗透压π=RTC/M＝×298×=。 所以反渗透膜两侧的最小压差应为。
9.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：
（1） 总变更量数Nv;
（2） 有关变更量的独立方程数Nc ； （3） 设计变量数Ni;
（4） 固定和可调设计变量数Nx , Na ； （5） 对典型的绝热闪蒸过程，你
将推荐
规定哪些变量？
思路1：
3股物流均视为单相物流， 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 1个平衡温度等式
1个平衡压力等式 共2C+3个 故设计变量Ni
=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3
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：
（1） Nv = 3 ( c+2 )
（2） Nc 物 c
F z i
T F P F
V , y i ,T v , P v
L , x i , T L , P L
习题5附图
能 1 相 c 内在(P ，T) 2 Nc = 2c+3 （3） Ni = Nv – Nc = c+3 （4） Nxu = ( c+2 )+1 = c+3 （5） Nau = c+3 – ( c+3 ) = 0 思路2：
分离工程课后习题答案_刘家祺
分离工程题库附答案
分离工程题库附答案
第一章绪论
填空题：
1、分离技术的特性表现为其（重要性）、（复杂性）和（多样性）。
2、分离过程是（混合过程）的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。
3、分离过程分为（机械分离）和（传质分离）两大类
4、分离剂可以是（能量）或（物质），有时也可两种同时应用。
5、若分离过程使组分i及j之间并没有被分离，则（a s ij=1）。
6、可利用分离因子与1的偏离程度，确定不同分离过程分离的（难易程度）。
7、平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不相等）的原理，常采用（平衡级）作为处理手段，并把其它影响归纳于（级效率）中。
8、传质分离过程分为（平衡分离）和（速率分离）两类。
9、速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种（推动力）作用下经过某种介质时的（传质速率）差异而实现分离。
10、分离过程是将一混合物转变为组成（互不相等）的两种或几种产品的哪些操作。
11、工业上常用（分离因子）表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（固有分离因子）。
12、速率分离的机理是利用传质速率差异，其传质速率的形式为（透过率）、（迁移率）和（迁移速率）。
13、绿色分离工程是指分离过程（绿色化的工程）实现。
14、常用于分离过程的开发方法有（逐级经验放大法）、（数学模型法）选择题：
1、分离过程是一个（A）
a.熵减少的过程；
b.熵增加的过程；
c.熵不变化的过程；
d.自发过程
2、组分i、j之间不能分离的条件是（C）
a.分离因子大于1；
b.分离因子小于1；
c.分离因子等于1
3、平衡分离的分离基础是利用两相平衡时（A）实现分离。
分离工程课后习题答案刘家祺
分离工程课后习题答案刘家祺
分离工程习题
第一章
1.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。
答：属于ESA分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。
属于MSA分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。
5.海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M，式中C为溶解盐的浓度，g/cm3；M为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035 g/cm3的海水中制取纯水，M=31.5，操作温度为298K。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa? 答：渗透压π=RTC/M＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa。
所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa。
9.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：
（1）总变更量数Nv;
（2）有关变更量的独立方程数Nc；
（3）设计变量数Ni;
（4）固定和可调设计变量数Nx , Na；
（5）对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？
思路1：
3股物流均视为单相物流，
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
1个平衡温度等式
1个平衡压力等式共2C+3个
故设计变量Ni
=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3
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：
（1）Nv = 3 ( c+2 )
（2）Nc 物 c
能 1
相 c
内在(P，T) 2
Nc = 2c+3
（3）Ni = Nv – Nc = c+3
分离工程习答案
第一部分 填空题
1. 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。
2. 衡量分离的程度用（分离因子）表示，处于相平衡状态的分离程度是（固有分离因子）。
3. 分离过程是（混合过程）的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。
4. 工业上常用（分离因子）表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（理想分离因子）。
5. 固有分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率来表示。
6. 汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。
7. 当混合物在一定的温度、压力下，满足（1,1 ∑∑i K i z i z i 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。
8. 萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。
9. 最低恒沸物，压力降低是恒沸组成中汽化潜热（小）的组分增加。
10. 吸收因子为（ A=L/KV ），其值可反应吸收过程的（难易程度）。
11. 对一个具有四块板的吸收塔，总吸收量的80%是在（塔顶釜两块板 ）合成的。
12. 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），（用蒸馏塔）。
13. 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。
14. 用于吸收过程的相平衡关系可表示为（ L = A V ）。
15. 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。
化工分离工程_分离过程的分类和特征
上述原因促使：
传统分离过程不断改进和发展 例：反应精馏；吸附；… 新分离方法不断出现和实现工业化应用 例：膜分离；热扩散；色层分离；…
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1.2 传质分离过程的分类和特征
一类：机械分离
特点：被分离物为非均相 简单的将混合物分开 如：过滤、沉降…
化工原 理内容
二类：传质分离 包含： 平衡分离过程；速率控制分离 特点：被分离物为均相
3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。 08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.2021
平衡分离过程的分离单元操作
原料 分离媒 分离原 工业应
闪
相态： 介： 理： 用：
蒸
减压 挥发度（ 海水淡化生
液体
蒸汽压） 产纯水；吸 有较大差 收液的解吸
别
。
原料 分离媒介：
石油裂解气
精
相态： 热量，有时 汽、液 用机械功
的深冷分离 ；苯、甲苯
馏
或汽液 混合物
同上
、二甲苯的 分离。
V
原料 分离媒 分离原 工业应
1.2 传质分离过程的分 类和特征
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⑴求泡点和露点温度
⑵将此混合物在101.3kPa下进行闪蒸，使进料的50%汽化。求闪蒸温度，两相的组成。
解：⑴因为各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液，KI只取决于温度和压力，可使用烃类的P-T-K图。
（5）对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？
思路1：
3股物流均视为单相物流，
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
1个平衡温度等式
1个平衡压力等式共2C+3个
故设计变量Ni
=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3
固定设计变量Nx＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个
用安托尼公式得：
； ；
由式(2-36)得：
； ；
； ； ；
由于 >1.001，表明所设温度偏高。
由题意知液相中含量最大的是苯，由式(2-62)得：
可得
重复上述步骤：
； ；
； ； ；
在温度为367.78K时，存在与之平衡的汽相，组成为：苯0.7765、甲苯0.1511、对二甲苯0.066675。
(2)用相对挥发度法：
c+44 = 47
Nau3+1+1+2 = 7
Nvu= 54
设计变量：回流比，馏出液流率。
第二章
4.一液体混合物的组成为：苯0.50；甲苯0.25；对二甲苯0.25(摩尔分率)。分别用平衡常数法和相对挥发度法计算该物系在100kPa式的平衡温度和汽相组成。假设为完全理想系。
解1：
(1)平衡常数法：
设T=368K
0.0
n-C5H12
2.5
0.144
3.97
1.00
2.500
0.0
0.0
n-C6H14
4.5
0.056
10.2
1.00
4.500
0.0
0.0
合计
100.0
-
-
-
19.810
80.190
(4)塔底的吸收量
塔内气体平均流率： Kmol/h
塔内液体平均流率：
而 ，即100+ =80.37+
联立求解得 =61.33Kmol/h. =41.70Kmol/h
(1)为完成此吸收任务所需的最小液气比。
(2)操作液气比为组小液气比的1.1倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。
(3)各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。
(4)求塔底的吸收液量
解：(1)最小液气比的计算：
在最小液气比下N=∞，A关= 关=0.0.85
=0.56 0.85=0.476
(2)理论板数的计算：
； =1.0008
； =1.3110
P= =1.0008 0.9487 91.0284+1.3110 0.0513 119.2439
=95.0692 kPa
设T为340K
则A=1.7884-4.25 10-3 340=0.3434
； =64.7695 kPa
； =84.8458 kPa
由 ；
解得： =0.8931 =1-0.8931=0.1069
- = = =0.1235
设T为56℃
则
=83815.2 =71759.3
- = = =0.1553
当 - =0.1553时求得 =0.30 =1.1099 =0.9500
=
=75627.8Pa 101.3kPa
14.某1、2两组分构成二元系，活度系数方程为 ， ，端值常数与温度的关系：A=1.7884-4.25 10-3T(T，K)
独立方程数Nc：物料衡算式C个，热量衡算式1个,共C+1个
设计变量数Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3
固定设计变量Nx:有C+2个加上节流后的压力共C+3个
可调设计变量Na：有0
11.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求：
（1） 设计变更量数是多少？
（2）如果有，请指出哪些附加变量需要规定？
设温度为368K，取对二甲苯为相对组分。计算相对挥发度的：
； ；
组分i
苯(1)
甲苯(2)
对二甲苯(3)
0.50
0.25
0.25
1.000
5.807
2.353
1.000
2.9035
0.5883
0.2500
3.7418
0.7760
0.1572
0.0668
1.0000
解2：
(1)平衡常数法。假设为完全理想系。设t=95℃
解：在373K下
苯：
甲苯：
对二甲苯：
计算混合组分的泡点TBTB=364.076K
计算混合组分的露点TDTD=377.83K
此时：x1=0.38，x2=0.3135，x3=0.3074，L=74.77kmol；
y1=0.6726，y2=0.2285，y3=0.0968，V=25.23kmol。
12.用图中所示系统冷却反应器出来的物料，并从较重烃中分离轻质气体。计算离开闪蒸罐的蒸汽组成和流率。从反应器出来的物料温度811K，组成如下表。闪蒸罐操作条件下各组分的K值：氢-80；甲烷-10；苯-0.01；甲苯-0.004
3.816
0.047
C3H8
3.5
1.3
0.439
0.436
1.526
1.974
0.025
i-C4H10
2.5
0.56
1.02
0.85
2.125
0.375
0.0047
n-C4H10
4.5
0.4
1.428
0.95
4.275
0.225
0.0028
i-C5H12
1.5
0.18
3.17
1.00
1.500
0.0
操作液气比 =1.2 0.476=0.5712
(3)尾气的数量和组成计算：
非关键组分的
吸收率
被吸收的量为 ，塔顶尾气数量
塔顶组成
按上述各式计算，将结果列于下表
组分
Kmol/h
Ki
CH4
76.5
17.4
0.033
0.032
2.524
73.98
0.920
C2H6
4.5
3.75
0.152
0.152
0.684
安托尼方程( ：Pa；T：K)
氯仿：
甲醇：
解：设T为53.5℃
则
=76990.1 =64595.6
由 ， =
= =0.06788
= =1.2852
=
=
=
=
- = = =0.1755
求得 =0.32 =1.2092 =0.8971
=
=69195.98Pa 101.3kPa
设T为60℃
则
=95721.9 =84599.9
组分
流率，mol/h
氢
200
甲烷
200
苯
50
甲苯
10
解：以氢为1，甲烷为2，苯为3，Fra Baidu bibliotek苯为4。
总进料量为F=460kmol/h，
， ， ，
又K1=80，K2=10，K3=0.01，K4=0.004
由式(2-72)试差可得：Ψ=0.87，
由式(2-68)计算得：
y1=0.4988，y2=0.4924，y3=0.008，y4=0.0008；V=400.2mol/h。
苯： ；
甲苯： ；
对二甲苯： ；
；
选苯为参考组分： ；解得T2=94.61℃
；
；
=0.6281 =0.2665
故泡点温度为94.61℃，且 ；
；
(2)相对挥发度法
设t=95℃，同上求得 =1.569， =0.6358， =0.2702
， ，
故泡点温度为95℃，且 ；
；
11.组成为60%(mol)苯，25%甲苯和15%对二甲苯的100kmol液体混合物，在101.3kPa和100℃下闪蒸。试计算液体和气体产物的量和组成。假设该物系为理想溶液。用安托尼方程计算蒸气压。
-
-
-
19.810
80.190
以CH4为例：
=
=
V1(CH4)=(1- )VN+1=(1-0.032) 76.5=74.05
（3）塔内气体平均流率： Kmol/h
被吸收量
塔顶尾气
数量
组成
CH4
76.5
17.4
0.032
0.032
2.448
74.05
0.923
C2H6
4.5
3.75
0.148
0.148
0.668
3.834
0.048
C3H8
3.5
1.3
0.426
0.426
1.491
2.009
0.025
i-C4H10
2.5
0.56
0.99
0.90
2.250
0.250
解：Nxu进料c+2
压力9
c+11=7+11=18
Nau串级单元1
传热1
合计2
NVU= Nxu+Nau= 20
附加变量：总理论板数。
16.采用单个精馏塔分离一个三组分混合物为三个产品(见附图),试问图中所注设计变量能否使问题有唯一解?如果不,你认为还应规定哪个(些)设计变量?
解: NXU进料c+2
压力40+1+1
可调设计变量Na＝0
解：
（1）Nv = 3 ( c+2 )
（2）Nc物c
能1
相c
内在(P，T)2
Nc =2c+3
（3）Ni = Nv – Nc = c+3
（4）Nxu = ( c+2 )+1 = c+3
（5）Nau = c+3 – ( c+3 ) = 0
思路2：
输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数Nv=2(C+2)
； =1.0004
； =1.3105
P= =1.0004 0.9617 97.2143+1.3105 0.0383 127.3473
=99.9202 kPa
说明系统形成共沸物，其共沸温度为352K。
判断 ，而 =1.313， =1.002
，且 ，
故形成最低沸点恒沸物，恒沸物温度为344.5K。
第四章
蒸汽压方程为
(P：kPa：T：K)
假设汽相是理想气体，试问99.75Kpa时①系统是否形成共沸物？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
； =91.0284 kPa
； =119.2439 kPa
因为在恒沸点
由 得
解得： =0.9487 =0.0513
解2：由题意知，i-C4H10为关键组分
由P=1.013Mpa，t平=38℃
查得K关=0.56(P-T-K图)
(1)在最小液气比下N=∞，A关=中关=0.9
=0.56 0.9=0.504
(2) =1.1 0.504=0.5544
所以理论板数为
(3)它组分吸收率公式 ，
计算结果如下：
组分
进料量
相平衡常数Ki
答：渗透压π=RTC/M＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa。
所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa。
9.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：
（1）总变更量数Nv;
（2）有关变更量的独立方程数Nc；
（3） 设计变量数Ni;
（4）固定和可调设计变量数Nx , Na；
分离工程习题
第一章
1.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。
答：属于ESA分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。
属于MSA分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。
5.海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M，式中C为溶解盐的浓度，g/cm3；M为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035 g/cm3的海水中制取纯水，M=31.5，操作温度为298K。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa?
0.003
n-C4H10
4.5
0.4
1.386
0.99
4.455
0.045
0.0006
i-C5H12
1.5
0.18
3.08
1.00
1.500
0.0
0.0
n-C5H12
2.5
0.144
3.85
1.00
2.500
0.0
0.0
n-C6H14
4.5
0.056
9.9
1.00
4.500
0.0
0.0
合计
100.0
泡点温度计算得：TB=86℃。
露点温度计算得：TD=100℃。
⑵由式(2-76)求T的初值为93℃，查图求KI
组分
正己烷
正庚烷
正辛烷
zi
0.45
0.25
0.30
Ki
1.92
0.88
0.41
0.2836
-0.0319
-0.2511
所以闪蒸温度为93℃。
由式(2-77)、(2-68)计算得：
xC6=0.308，xC7=0.266，xC8=0.426
； =1.0039
； =1.3151
P= =1.0039 0.8931 64.7695+1.3151 0.1069 84.8458
=69.9992 kPa
设T为352K
则A=1.7884-4.25 10-3 352=0.2924
； =97.2143 kPa
； =127.3473 kPa
由 ；
=0.9617 =1-0.9617=0.0383
1.某原料气组成如下：
组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12n-C6H14
y0(摩尔分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045
先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温度为38℃，压力为1.013Mpa，如果要求将i-C4H10回收90%。试求：
yC6=0.591，yC7=0.234，yC8=0.175
所以液相中含正己烷30.8%，正庚烷26.6%，正辛烷42.6%；
汽相中含正己烷59.1%，正庚烷23.4%，正辛烷17.5%。
第三章
12.在101.3Kpa压力下氯仿(1)-甲醇(2)系统的NRTL参数为： =8.9665J/mol， =-0.83665J/mol， =0.3。试确定共沸温度和共沸组成。