广州大学分离工程答案

类似的某分离乙烷和丙烯连续精馏，其进料组成（摩尔分数）如下：组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷 组成 0.05 0.35 0.15 0.20 0.10 0.15 α平均 10.95 2.59 1.000 0.884 0.442 0.296要求馏出液中丙烯浓度≤2.5%，釜液中乙烷浓度≤5.0%，并假定釜液中不出现甲烷，在馏出液中不出现丙烷及其更重的组分。

试求：（1）进料量为100kmol/h ，馏出液和釜液的组成及流量；（2）若按饱和液体进料，进料温度为26℃，平均操作压力为2.776MPa ，使用简捷法计算理论级数（塔顶采用全凝器）；（3）确定进料位置。

解：（1）取100kmol/h 为基准，按清晰分割作物料衡算。

100=D+W D=（100×0.05）+（100×0.35－0.05W ）+0.025D解得D=37.8378kmol/h ，W=62.1622kmol/h ，故D1=5kmol/h ，D2=100×0.35－0.05W=31.8919kmol/h ，D3=0.025D=0.9459kmol/hD4=0，D5=0，D6=0W1=100×0.35-31.8919=3.1081 W2=100×0.15-0.9459=14.0541 W3=100×0.20=20 W4=100×0.10 =10 W5=100×0.15=15将D 和W 中各组分量和组成列于下表：组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷 ∑ 组成 0.05 0.35 0.15 0.20 0.10 0.15 1.00 α平均 10.95 2.59 1.000 0.884 0.442 0.296Di/(kmol/h) 5 31.8949 0.9459 0 0 0 37.8378 X iD 0.1321 0.8429 0.0250 0 0 0 1.0000 Wi/(kmol/h) 0 3.1081 14.0541 20.0 10.0 15.0 62.1622 X iw 0 0.0500 0.2261 0.3217 0.1609 0.2413 1.0000(注：以上部分应该与试卷一样)（2）求理论级数N mA 、由题意知，乙烷、丙烯分别为轻重关键组分，则最少理论级数为= =5.282级B 、由恩德吾特方程求最小回流比Rm由 =1-1=0，试差计算θ值，设θ=1.7，=7.195.1095.1005.0-⨯+7.159.259.235.0-⨯ +7.11115.0-⨯ +7.1884.0884.020.0-⨯+7.1422.0422.01.0-⨯+7.1296.0296.015.0-⨯ =0.5821重复设θ值重复上计算，hklk lk B hk B hk D lk D m x x x x N ,,,,,lg lg α⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⋅=59.2lg 05.0025.02261.08429.0lg ⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯q x i i Fi i -=-∑=11,θαα∑=-1,i i Fi i x θαα∑=-1,i iF i i x θαα设θ分别=1.4、1.38、1.393(结束)， =0.01808、-0.02982、0.00124（结束）所以θ=1.393，将其代入 =+1得Rm= －1=393.195.101321.095.10-⨯+393.159.28429.059.2-⨯+393.11025.01-⨯－1=0.9116C 、求R=1.5Rm 时的NR=1.5Rm=1.5×0.9116=1.09392 ， =0.08707 ，查吉利兰图得： =0.56而Nm=5。

282，解得N=13.28(3) 确定进料位置（N R ）m = ==2.806级（N R ）m / N m =N R /N 所以N R =2.806×13.28/ 5.282=7.056级=1i i Z k ∑ > 1 T >B T 可能为汽液两相区，ν>0< 1 T <B T 进料为过冷液体，一、什么是提取系数、吸收因子、传质单元数。

传质设备的流向有哪些及它们之间的关系？提取系数φ：是用来表征工业吸收器和理想吸收器的差距，即溶质在吸收器和理想吸收器中吸收量之比。

，其中，y2e 为气相出口处与吸收剂中x2平衡的气相浓度。

吸收因子： =L/m （G=1）。

传质单元数：表征吸收单元难易程度的量 其中∑=-1,i i D i i x θαα∑=-1,i i Di i x θαα1+-R R R m 1+-N N N mRhk lk hk lk hk lk FD x x x x )lg()/()(lg ,α⎥⎦⎤⎢⎣⎡59.2lg )15.035.0/()025.08429.0(lg ⎥⎦⎤⎢⎣⎡mGL A =)()(ln 1ln 122112211OG b mx y b mx y B yy y y B N ee +-+-=--=A B 11-=三者的关系：（1）逆流吸收过程 ,不循环时，(2)并流吸收过程不循环时，对几种流向的影响：（1）在相同的N OG 和A 下，φ逆流>φ错流>φ并流>φ全混流。

（2）具有气液自身循环的φ值小于不循环的φ值。

循环次数越多、φ值越小。

（3）在相同的φ和N OG 下，逆流所用的吸收剂量L 为最少；在相同的φ和L 下，逆流所需的N OG 最少。

（3）当A>1时，若N OG 足够大，说明气体中溶质的吸收也会足够大，这是因为L/G>m 。

（4）当A>10时，表明吸收液量很大，不同流向的φ趋于接近，两相的流向显得不重要。

（5）当A<<1时，表明吸收液量严重不足，吸收液趋于饱和，各种流向的φ都趋于很低。

传质设备的流向有：逆流、错流、并流、全混流。

影响：在相同的传质单元数NOG 和吸收率A 下，提取系数φ值以逆流最大，错流次之，并流更差，全混流最小。

一、分离过程的特征是什么？举例说明分离剂的分类？1、 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。

2、 分离剂的分类：一类为能量添加剂，诸如热、压力、电、磁、离心、辐射等能量；另一类是物质添加剂，过滤介质、吸收剂、表面活性剂、吸附剂、离子交换树脂、液膜及固膜材料等等都是二、什么是设计变量，在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。

1、在装置中某一单元以串联的形式被重复使用，则用Nr 以区别一个这种单元与其他单元的联结情况，每一个重复单元增加一个变量。

2、各个单元是依靠单元之间的物流而联结成一个装置，因此必须从总变量中减去那些φφ)111(1n 1111ln 1G OG LAn A A B N -+--++=）（φφ--=1/1ln 1OG AB N )n 111()exp(n 1111)exp(LG A BN A A BN OG OG -+--+-=）（φA BN BN OG OG /1)exp(1)exp(--=φφφ)11(11n 1111ln1G OG A An A BN L--+---=）（)An 1n 111()exp(111)exp(LG A BN A BN OG OG +-----=）（φ)1ln(111ln 1OG φφB BB B N --=-=)]exp(1[1OG BN B --=φ多余的相关的物流变量数，或者是每一单元间物流附加（c+2）个等式。

三、什么是多效精馏和热泵精馏，它们各自的作用是什么？所谓多效精馏,是根据多效蒸发原理提出，为了提高精馏过程热量供应和移除的效率,把操作压力不同的几个塔,依压力高低的顺序组合起来,相邻两个塔的高压塔塔顶蒸汽作低压塔再沸器的热源。

其作用是为了节省能耗热泵精馏：将温度较低的塔顶蒸汽经压缩后作为塔底再沸器的热源，称为热泵精馏。

其作用是消耗一定的机械能来提高低温蒸汽的能位而加以利用。

四、五、说明三种传质模型的特点及存在的问题。

双膜论的特点：①流动状态：气液接触界面两侧有一层稳定的滞流膜，它不同于流体力学的滞流边界层。

②传递方式：在膜两侧的主体流动区内物质的浓度趋于一致，滞流膜内的传质方式以分子扩散来实现，传质阻力由气相主体、气膜、界面、液膜和液相主体的阻力叠加而成，但主要集中在气膜和液膜层。

③界面状况：界面无阻力，气液两相在界面立即达到平衡。

双膜论存在的问题：①往往传质设备的内构件已造成气液相接触的不固定的相界面。

如喷射式、鼓泡型。

②无法形成稳定的膜，也就无法建立稳定的浓度梯度。

③即使存在相对稳定的膜，但膜厚度也是无法测定的。

④界面阻力通常很难小到可以忽略的程度，除非界面非常清洁。

渗透论的特点：①传质前，两相主体中的浓度是均匀的；传质速率随时间增加而降低，膜内是非稳态的传质。

②液相主体中的任一微元都有可能被主体内的流动带到气液相界面上，并假定所有被带到界面的微元在界面的停留时间相同，并参与到不稳定传质过程中，直到被带回主体为止。

③界面无阻力，气液两相在界面达到平衡。

渗透论存在的主要问题①液相微元在界面的停留时间无法定量获得。

②液相微元在气液相界面上的停留时间不可能相同。

表面更新论的要点：传质是非稳态的①在界面上的每一个微元具有不同的暴露时间(寿命)，但它们被另一微元置换的机会均等。

②无论气相或液相都可能发生被旋涡携带的过程，所以表面是不断更新的。

③每个进入界面的微元均按瞬变传质的规律向液膜内渗透，微元在界面的停留时间符合寿命分布的规律。

表面更新论存在的问题：表面更新率S无法确定。

论述题一、精馏计算新算法在哪些方面做了选择，写出三对角矩阵法的MESH方程，并说明其缺点和改进？从三方面作了不同的选择：1、迭代变量，即选择那些变量在迭代计算中逐步修正而趋向正确解，而其余变量则可从迭代变量算得。

2、迭代算法组织，首先要决定是整个方程一起联列解，还是分开解。

如果选择联列解，还需对方程和迭代变量的排列和对应作出决定；如果选择分块解，则需确定方程组如何分块，哪个变量与哪一分块方程匹配求解，哪一块放在内层先迭代计算，哪一块置于外层后迭代计算。

3、摩尔流率的归一圆整或组分摩尔流率的修正，以及迭代加速方法的选择。

MESH 方程：物料平衡式（M 方程）ijj j i j ij j j ij j j j i j z F y V x U L y G V x L -=++-+-++--1,11,1)()( ②相平衡关系式（E 方程） ijij ij x k y =③摩尔分率加和式 （S 方程） 1=∑ij x 或1=∑ij y④热量平衡式（H 方程）jFj j j j j j j j j j j j Q H F H V h U L H G V h L +-=++-+-++--1111)()(缺点：对于非理想性强的物系不适用，计算振荡或发散改进：用 法，对组分摩尔分率加和归一办法进行改进，有利于提高收敛性二、 什么是提取系数、吸收因子、传质单元数。