传质分离工程 2012夏期末考试复习题

试卷A/B一、填空题：（共计25）1.按所依据的物理化学原理，传质分离过程可以分为平衡分离过程和速率分离过程，常见的平衡分离过程有精馏、吸收、闪蒸。

（5分）2.多组分精馏的FUG简捷计算法中，F代表Fenske 方程，用于计算N m ，U代表Underwood 公式，用于计算R m ，G代表Gilliland 关联，用于确定实际理论板数N 。

（6分）2.在多组分精馏的FUG简捷计算法中，用Fenske 方程计算N m，用Underwood 公式计算R m，用Gilliland 关联确定N 。

（6分）3.The driving force for gas absorption is 气相中溶质的实际分压与溶液中溶质的平衡蒸气压力之差。

（2分）4．泡点计算是分离过程设计中最基本的汽液平衡计算。

泡点计算可分两种：泡点温度计算和泡点压力计算。

（2分）4.露点计算是分离过程设计中最基本的汽液平衡计算。

露点计算可分两种：露点温度计算和露点压力计算。

（2分）5.多组分吸收简捷计算中所用到的Horton-Franklin方程关联了吸收因子、吸收率、和理论板数。

（3分）6.多组分多级分离过程严格计算中围绕平衡级所建立的MESH方程分别是指：物料衡算方程，相平衡关系，组分摩尔分率加和方程和热量衡算方程（4分）7共沸精馏是：原溶液加新组分后形成最低共沸物，塔顶采出。

（3分）7萃取精馏是：原溶液加新组分后不形成共沸物且新组分沸点最高，从塔釜采出。

（3分）二、单项或多项选择题（共计10）1.晰分割法的基本假定是：馏出液中除了 A 外没有其他 C 。

（2分）A. heavy key component;B. light key component;C. heavy non-key components;D. light non-key components.1.晰分割法的基本假定是：釜液中除了 B 外没有其他 D 。

（2分）A. heavy key component;B. light key component;C. heavy non-key components;D. light non-key components.2.多组分精馏过程最多只能有b) 个关键组分；多组分吸收过程最多只能有a) 个关键组分（2分）。

a) 1 b) 2 c) 3 d) 43.The extent of separation achieved between or among the product phases for each of the chemical species present in the feed depends on the exploitation of differences in molecular分子性质、thermodynamic热力学性质and transport传递性质properties of the species in the different phases present.（4分）A. molecular;B. thermodynamic;C. transport;D. dielectric;E. diffusive;F. pH value.4.有效能定义为: B= . （2分）A. H-T0S;B. H-TS三、判断题（共10分，每题2分）1.相对挥发度相对于汽-液平衡常数而言，随温度和压力的变化更敏感。

（n ） 1.汽-液平衡常数相对于相对挥发度而言，随温度和压力的变化更敏感。

（y ）2.有能效是理论上能够全部转化为有用功的能量。

（y ） 2.无效能是理论上不能转化为有用功的能量。

（y ）3.两相平衡的判据是 βαβαP P T T ==,。

（n ）4. Equation of state is the equation related to P, V , and T. （y ） 4. Compressibility factor, z=PV/RT. （y ）5.常压下甲醇-水物系的相平衡常数适合于用公式K i = p i s/ P 计算。

（n ） 5.常压下苯-甲苯物系的相平衡常数适合于用公式K i = p i s / P 计算。

（y ）四、问答题（共15分）1. 简述设计型设计计算与操作型设计计算的区别。

（4分）设计型设计计算是指已知进料情况，规定了分离要求，进而设计一个能达到要求的分离装置。

操作型设计计算是指用现有的装置分离已知的物料，进而核算该装置是否能达到分离要求。

2. 何谓设计变量？设计变量包括哪些物理量（至少写出5个）？（3分）设计变量为设计前需预先给定数值的变量。

设计变量包括包括：流率、浓度、温度（物流、系统）、压力、热负荷、机械功、传热面积、理论板数等。

3. What is the currently most widely used separation operation? Why?（3分） 精馏是目前化工过程中最常用的分离方法。

因为精馏是一个使用能量分离剂的过程，操作方便，技术、理论和应用均成熟，适合于不同规模尤其是大规模分离，常需能位等级很低的分离剂即可。

4.普通精馏操作是分离液体混合物的最常用和有效的方法。

其应用范围为：（5分） （1）待分离的两关键组分的相对挥发度相差较大，最少应大于1.05。

（2）待分离的混合物不存在恒沸点。

（3）组分间无化学反应，组分不发生分解。

（4）混合物各组分在一般（常压，温度不很高）条件下能够汽化和液化。

五、计算题（共计40分）1 计算塔顶全凝器的固定设计变量数和可调设计变量数。

（6分） 解：独立变量数：N v e= 2(c+2) +1 =2c+5单元的约束关系数： 物料衡算式 c热量衡算式 1 内在关系式 0N c e=c+1故全凝器单元的设计变量数：N i e=c+4 其中固定设计变量数：进料变量数 c+2压力等级数 1N x e=c+3可调设计变量数N a e= 11 计算塔顶产物为两相的全凝器的固定设计变量数和可调设计变量数。

（6分） 解：独立变量数：N v e= 3(c+2) +1 =3c+7单元的约束关系数：物料衡算式 c热量衡算式 1 相平衡关系式 c+2 内在关系式 0N c e=2c+3故全凝器单元的设计变量数：N i e=c+4 其中固定设计变量数：进料变量数 c+2压力等级数 1N x e=c+3可调设计变量数N a e= 1100kmol/h 。

要求塔釜组分B 浓度不高于0.6%，塔釜组分C 的回收率为98.6%。

试计算：（18分）（1）试用清晰分割法计算馏出液和塔釜液流量及组成；（12分） （2）计算最少理论板数。

（6分）提示：Fenske 公式：lhh l m w dw d N αlg ]lg[）（）（=或lhW hlD h l m x x x x N αlg ]lg[）（）（=解：（1）据题意，B 是轻关键组分，C 是重关键组分。

解得：D=44.81kmol/h ，W=55.19kmol/h w B =0.33, d B =34.67 （2）由Fenske 公式求解， 得最少理论板数Nm=12.85100kmol/h 。

要求釜液中组分2浓度不高于5%，馏出液中组分3浓度不高于2.5%。

（18分）（1）试用清晰分割计算法馏出液和塔釜液流量及组成；（12分） （2）计算最少理论板数。

（6分）提示：Fenske 公式：lhh l m w dw d N αlg ]lg[）（）（=或lhW hlD h l m x x x x N αlg ]lg[）（）（=（1）据题意h kmal W D WD D D W /16.6284.37100025.0)05.035(5⎩⎨⎧==⎩⎨⎧+==+-+解出：（2）由Fenske 公式求解， 得最少理论板数N m =6.773.用一种不挥发的烃类作吸收剂，从裂解气中回收95%的某一关键组分。

已知关键组分在P=1.013MPa ，t=38℃时的相平衡常数为0.56。

若处理的入塔裂解气量为100kmol/h ，试用平均吸收因子法计算：（16分）（1） 完成吸收任务所需最小液气比；（8分）（2） 操作液气比为最小液气比的1.2倍时，完成吸收任务所需的理论板数。

（8分）提示：吸收因子A=L/KV ，1lg 1lg---=AA N ϕϕ解：（1）乙烯为关键组分， ϕk =0.95(L/V)min =K k A k =K k ϕk =0.56×0.95=0.532 （2）L/V=1.2(L/V)min =0.6384A k =L/VK k =0.6384/0.56=1.141lg 1lg ---=AA N ϕϕ=9.23.用C 4馏分液态烃作吸收剂，从裂解气中回收99%的乙烯。

已知裂解气中各组分的摩尔分率,和平均操作压力和温度下各组分的相平衡常数如表所列，其中氢气为惰性组分，不被吸收。

若处理的入塔裂解气量为100kmol/h ，试用平均吸收因子法计算： （16分） （1） 完成吸收任务所需最小液气比；（8分）（2） 操作液气比为最小液气比的1.5倍时，完成吸收任务所需的理论板数。

（8分）提示：吸收因子A=L/KV ，1lg 1lg---=AA N ϕϕ解：（1）乙烯为关键组分， ϕk =0.99(L/V)min =K k A k =K k ϕk =0.72×0.99=0.7128 （2）L/V=1.5(L/V)min =1.0692A k =L/VK k =1.0692/0.72=1.4851lg 1lg ---=AA N ϕϕ=8.87。