分离过程,刘家祺,课后答案
研究生课程《化工分离过程》教学方式探讨与实践
研究生课程《化工分离过程》教学方式探讨与实践作者：曾玉彬来源：《教育教学论坛》 2016年第20期曾玉彬（武汉大学动力与机械学院，湖北武汉430072）摘要：化工分离过程是武汉大学能源动力学科化学工程与工艺专业研究生的主干课程之一，其课程教学内容及教学方法直接影响研究生的教学质量以及人才培养质量。
针对“化工分离过程”传统课程教学中存在的问题，本文结合武汉大学能源动力学科化学工程与工艺专业研究生“化工分离过程”的教学方式及实践进行分析阐述，并对教学方式的改革进行了探讨与实践。
从教学内容、讲授方法、教材建设、辅助手段等方面进行了创新，取得了一定的效果和成绩。
关键词：研究生课程；化工分离过程；教学方式改革与实践中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）20-0151-02作者简介：曾玉彬（1969-），女，副教授，博士，主要从事能源化学工程的教学与科研。
一、引言《化工分离过程》是武汉大学能源动力学科化学工程与工艺专业开设的研究生专业课程。
该课程特点是综合性强、内容广泛，包括化工实际生产中多组分物系分离过程的原理、流程、计算、应用以及相关领域的前沿研究。
要求学生掌握各主要分离过程的基本原理、特性分析、操作特点、简捷和严格计算法、应用以及研究进展等。
虽然学生在本科阶段已经学习了《物理化学》、《化工原理》等基础课程，但由于分离过程所涉及到的化学工程基础知识点较多，经验性知识内容较多，而新的分离技术与分离装置又不断出现[1]，学生学习有一定难度，因此，如何组织好这门课的教学至关重要[2，3]。
本文根据研究生课程《化工分离过程》教学的特点，对该课程教学存在的问题进行了总结，结合研究生课程教学实践，深入研究教学方法，并提出了课程教学的改革方案。
二、课程现状及存在的问题1.课程概况。
本课程第一章为单级平衡过程，主要讲述相平衡，多组分物系的泡点和露点计算，闪蒸过程的计算。
第二章为多组分多级分离过程分析与简捷计算，涉及设计变量，多组分精馏过程，萃取精馏和共沸精馏，吸收和蒸出过程流程，萃取过程。
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第一章1.下列操作中，不属于平衡分离过程的是（）答案:加热2.下列分离过程中属于机械分离过程的是（）答案:离心分离3.下列哪一个是速率分离过程（）答案:膜分离4.下列分离过程中只利用了物质媒介的平衡分离过程是（）答案:吸收5.平衡分离过程的分离基础是利用两相平衡时（）实现分离。
答案:组成不同6.约束变量关系数就是（）答案:变量之间可以建立的方程数和给定的条件7.设计变量数就是（）答案:独立变量数与约束数之差第二章1.平衡常数计算式在（）条件下成立。
答案:气相是理想气体，液相是理想溶液2.气液相平衡常数K值越大，说明该组分越（）答案:易挥发3.当把一个气体溶液冷凝时，开始产生液滴的点叫作（）答案:露点4.计算溶液泡点时，若，则说明（）答案:温度偏高5.进行等温闪蒸时，当满足（）条件时，系统处于两相区。
答案:;6.当物系处于泡点、露点之间时，体系处于（）答案:气液两相7.闪蒸过程成立的条件是闪蒸温度T（）答案:大于闪蒸条件下物料的泡点温度，且小于闪蒸条件下物料的露点温度第三章1.多组分精馏过程，下列有关最小理论级数值的说法正确的是（）。
答案:与进料组成及进料状态均无关2.当萃取精馏塔的进料为饱和汽相时，萃取剂的加入位置是（）答案:塔顶几个级以下加入3.关于均相恒沸物的描述不正确的是（）答案:部分汽化可以得到一定程度的分离4.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（）答案:上恒浓区出现于精馏段中部，下恒浓区出现于进料级下5.吉利兰关联图，关联了四个物理量之间的关系，下列哪个不是其中之一（）答案:压力6.全回流操作不能用于（）。
答案:正常生产稳定过程7.用芬斯克公式求全塔最小理论板数时，式中相对挥发度应为（）。
答案:全塔相对挥发度的平均值8.萃取精馏过程，若饱和液体进料，萃取剂应该从（）进料。
答案:精馏段上部和进料级9.对于一个恒沸精馏过程，从塔内分出最低恒沸物，则较纯组分的产品应该从（）得到。
萃取精馏制无水乙醇实验
萃取精馏制⽆⽔⼄醇实验实验16 萃取精馏实验⼀．实验⽬的1．熟悉萃取精馏的原理和萃取精馏装置；2．掌握萃取精馏塔的操作⽅法和⼄醇—⽔混合物的⽓相⾊谱分析法； 3．利⽤⼄⼆醇为分离剂进⾏萃取精馏制取⽆⽔⼄醇；4．了解计算机数据采集系统和⽤计算机控制精馏操作参数的⽅法。
⼆．实验原理精馏是化⼯过程中重要的分离单元操作，其基本原理是根据被分离混合物中各组分相对挥发度(或沸点)的差异，通过⼀精馏塔经多次汽化和多次冷凝将其分离。
在精馏塔底获得沸点较⾼(挥发度较⼩)产品, 在精馏塔顶获得沸点较低(挥发度较⼤)产品。
但实际⽣产中也常遇到各组分沸点相差很⼩，或者具有恒沸点的混合物，⽤普通精馏的⽅法难以完全分离。
此时需采⽤其他精馏⽅法，如恒沸精馏、萃取精馏、溶盐精馏或加盐萃取精馏等。
萃取精馏是在被分离的混合物中加⼊某种添加剂，以增加原混合物中两组分间的相对挥发度（添加剂不与混合物中任⼀组分形成恒沸物），从⽽使混合物的分离变得很容易。
所加⼊的添加剂为挥发度很⼩的溶剂（萃取剂）,其沸点⾼于原溶液中各组分的沸点。
由于萃取精馏操作条件范围⽐较宽，溶剂的浓度为热量衡算和物料衡算所控制，⽽不是为恒沸点所控制，溶剂在塔内也不需要挥发，故热量消耗较恒沸精馏⼩，在⼯业上应⽤也更为⼴泛。
⼄醇—⽔能形成恒沸物（常压下，恒沸物⼄醇质量分数95.57%，恒沸点78.15℃），⽤普通精馏的⽅法难以完全分离。
本实验利⽤⼄⼆醇为分离剂进⾏萃取精馏的⽅法分离⼄醇—⽔混合物制取⽆⽔⼄醇。
由化⼯热⼒学研究，压⼒较低时，原溶液组分1（轻组分）和2（重组分）的相对挥发度可表⽰为221112γγαs s P P = （2-16-1）加⼊溶剂S 后,组分1和2的相对挥发度（α12 ）S 则为S TS ss S P P )/()/()(212112γγα?= （2-16-2）式中, TS ss P P )/(21——加⼊溶剂S 后,三元混合物泡点下，组分1和2 的饱和蒸汽压之⽐；S )/(21γγ—— 加⼊溶剂S 后,组分1和2的活度系数之⽐。
化工分离过程_课后答案
1. 计算在 0.1013MPa 和 378.47K 下苯(1)- 甲苯 (2)- 对二 甲苯 (3) 三元 系，当 x 1 =0.3125，x 2 =0.2978，x 3 =0.3897 时的 K 值。汽相为理想气体，液相为非 理想溶液。并与完全理想系的 K 值比较。已知三个二元系的 Wilson 方程参数。
8.314
378.47
=0.629 同理： 13 0.838
23 1.010
； 31 on 方程 ln i 1 ln ij x j
j
k
ki xk ： kj x j
j
1 0.9184 ； 2 0.9718 ； 3 0.9930
组分 Kmol/h 9
N2
1.0
C1
54.4
C2
67.6
C3 141.1
C4
54.7
C5
56.0
C6
33.3
2
合计
2
习题6附图
2
塔顶产物 塔底产物
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NVU = Nxu+Nau = 20 附加变量：总理论板数。
7. 附图为热藕合精馏系统，进料为三组分混合物，采出三个产品。确定该系统：
K1 2.0 4 8 ； K2 0.858 ； K3 0.377 解 2：在 T=378.47K 下
苯：
ln P1s 20.7936 2788.5 /(378.47 52.36) ； P1s =207.48Kpa
甲苯： ln P2s 20.9065 3096.52 /(378.47 53.67) ； P2s =86.93Kpa
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
传质分离过程课后习题答案解析
第一章 绪论略第二章习题1. 计算在0.1013MPa 和378.47K 下苯（1）-甲苯（2）-对二甲苯（3）三元系，当x 1 = 0.3125、x 2 =0.2978、x 3 =0.3897时的K 值。
汽相为理想气体，液相为非理想溶液。
并与完全理想系的 K 值比较。
已知三个二元系的wilson 方程参数（单位： J/mol ）：λ12－λ11=－1035.33； λ12－λ22=977.83 λ23－λ22=442.15； λ23－λ33=－460.05 λ13－λ11=1510.14； λ13－λ33=－1642.81在T =378.4 K 时液相摩尔体积（m 3/kmol ）为：=100.91×10 -3 ；=177.55×10 -3 ；=136.69×10 -3安托尼公式为（p s ：Pa ； T ：K ）： 苯：1n =20.7936-2788.51/（T -52.36）； 甲苯：1n=20.9065-3096.52/（T -53.67）；对 -二甲苯：1n =20.989 1-3346.65/（T -57.84）；解：由Wilson 方程得：Λ12=l lV V 12exp[-(λ12-λ11)/RT]=331091.1001055.177⨯⨯×exp[-(1035.33)/(8.314×378.47)]=2.4450Λ21=0.4165 Λ13=0.8382 Λ31=1.2443Λ23=0.6689 Λ32=1.5034 lnγ1=1-ln(Λ12X 2+Λ13X 3)-[3322311313233221122131321211X X X X X X X X X X X X +Λ+ΛΛ+Λ++ΛA +Λ+Λ+] =0.054488 γ1=1.056同理,γ2=1.029; γ3=1.007lnP 1S =20.7936-2788.51/(378.47-52.36)=12.2428, P 1S =0.2075Mpa lnP 2S =20.9062-3096.52/(378.47-53.67)=11.3729, P 2S =0.0869Mpa lnP 3S =20.9891-3346.65/(378.47-57.84)=10.5514, P 3S =0.0382Mpa 作为理想气体实际溶液,K 1=P P S11γ=2.16, K 2=0.88, K 3=0.38003 若完全为理想系,K 1=P P S1=2.0484 K 2=0.8578 K 3=0.37712. 在361K 和4136.8kPa 下，甲烷和正丁烷二元系呈汽液平衡，汽相含甲烷0.60387%（ mol ）,与其平衡的液相含甲烷0.1304%。
“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. 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McGraw-Hill Professional, 2007.网上资源：1. 泡露点及闪蒸过程计算Free Software about bubble point and dew point1.1 Flash Calculator/chemsim.htm#FTTech("FLSC") is a self-contained, easy-to-use product for getting single flash solutions and bubble or dew points. It contains Digital Analytics' vapor-liquid equilibrium database and modelling methodology which includes Peng-Robinson EOS, UNIFAC, and Wilson methods.1.2 ThermoSolver/education/Thermosolver/ThermoSolver is a software program which accompanies the textbook Engineering and Chemical Thermodynamics by Milo Koretsky. This software allows students to perform complex thermodynamics calculations, and explore thermodynamics for systems which would be impossible to solve without a significant investment in programming.•Thermodynamic properties for 350+ compounds are provided.•Saturation pressure calculator can be used with 338 species in the database. •Solver for the Peng-Robinson and Lee-Kesler equations of state is provided. •Fugacity coefficients can be solved for pure species or mixtures.•Models for Gibbs energy can be fit to isobaric or isothermal vapor-liquid equilibrium data. Sample data sets are provided. The results can be plotted.•Bubble-point and dew-point calculations can be made.•Equilibrium constant (KT) solver is provided.•General chemical reaction equilibria solver is provided.•Equations used in the calculation process can be viewed.1.3 BR AET Calculation Shareware/fractional-distillation/shareware.htmlThis program is a useful utility when estimating boiling points at reduced pressures. It allows the calculation of AET (Atmospheric Equivalent Temperature) by entering the actual temperature and pressure. The actual temperature can be calculated by entering the AET and the actual pressure.2．精馏过程计算2. Free Software about distillation2.1 /McCabe-Thiele.html2.2 Online Calculation of a Binary Distillation Column2.3 Pressure Swing Adsorption Calculator by James Ritter at the University of South CarolinaAdsorption and Chromatography Software at the University of Bath Basic programs and MS Excel spreadsheets employing the tanks in series modelNumerical Simulation of Nonlinear Multicomponent Chromatography Quattro Pro spreadsheet developed by D. D. Frey at UMBC. It's more sophisticated and accurate than the U. of Bath and UMCP software. Assorted online calculators for engineering problems3．膜分离过程计算3. Free Software about Membrane Separation3.1 Membrane Simulator Version 2.0/koros/index.php?do=resources3.2 Membrane Simulation 2.0/Default.asp?Category=Simulation4. 美国麻省理工学院“分离”开放课程网站(1) /OcwWeb/Chemical-Engineering/10-32Spring-2005/CourseHome/(2)/OcwWeb/Chemical-Engineering/10-445Summer-2005/CourseHome/。
分离课后习题和答案解析
【注意事项】1.因时间关系，详细复习总结的电子版没时间做了，大家抽空多看看课本，考试以课本基础知识为主，书上找不到答案的不会考。
2.这里主要总结了老师上课讲的课后题 参考 答案，以及部分往届复习的名词解释整合，大家参考记忆。
3.考试题型：6-7个名词解释，6-7个选择题（考察细节掌握，一个两分），填空，简答论述（接近50分）。
4.不考计算题，但依然会考公式的其他应用，复习时自己注意。
5.【P22】【P24】【P44-45】【P216-217】这几页的图和表必须会解读，【P191-192】这两页表必须背过，必考重点！考试没有画图题，但可能有读图题，常见的重点图示必须熟悉。
6.抓紧时间好好复习，今年监考比历届都要严，不要因小失大！！！7.最后，祝都过。
***感谢冯晓博、马阿敏、张雪琴三位热心的好学霸肯抽出时间为大家整理资料***第一章 绪论1.分离技术的三种分类方法各有什么特点？答：（1）按被分离物质的性质分类分为物理分离法、化学分离法、物理化学分离法。
（2）按分离过程的本质分类分为平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。
（3）场流分类法2.分离富集的目的？答：①定量分析的试样通常是复杂物质，试样中其他组分的存在常常影响某些组分的定量测定，干扰严重时甚至使分析工作无法进行。
这时必须根据试样的具体情况，采用适当的分离方法，把干扰组分分离除去，然后才能进行定量测定。
②如果要进行试样的全分析，往往需要把各种组分适当的分离，而后分别加以鉴定或测定。
③而对于试样中的某些痕量组分，进行分离的同时往往也就进行了必要的浓缩和富集，于是就便于测定。
因此物质的化学分离和测定具有同样重要意义。
3.什么是直接分离和间接分离？答：直接分离是将待测组分从复杂的干扰组分分离出来；间接分离是将干扰组分转入新相，而将待测组分留在原水相中。
4.阐述浓缩、富集和纯化三个概念的差异与联系？答：富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大。
化工分离过程课件陈洪钫,刘家祺编第四章多组分多级分离严格计算
MESH方程全塔的个 数：N（2C+3）！
二、变量分析
G1、UN
总变N 量 V：数
3 股进料 Q、Gj、U j
串级
NVN[（ 3C+2） +3]-2+1N（ 3C+9） -1
设计变N量 i N数 x+N ： a
N x：
Na：串级单元数 1
进料 N（C + 2） 侧采单元数（ 2 N-1）
压力 N
N-1级：AN-1xi,N-2 +BN-1xi,N-1+CN-1xi,N DN-1
N级：ANxi,N-1+BNxi,N DN
BA12
C1 B2
C2
xi,1 xi,2
D1 D2
Aj Bj Cj
xi, j
萃取精馏：被萃取组分在塔釜回收率高， 从釜计算。
共沸精馏：共沸物在塔顶能准确估计， 从顶开始
习题：
P148 2题
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第三节 三对角矩阵法
将MESH方程分成三组：
1.修正M方程 用三对角线矩阵求 表解 示 xi， ，j
2.S方程 求解 Tj；yi，j
3. H方程 求解V（ j Lj）
适用于：
操作型计算
Newton-Raphson法：松弛法；等…
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第二节 逐板计算法
讨论：1.恒摩尔流
2.用相对挥发度或相平衡常数表示平衡关系
方法：交替使用操作线、平衡线方程
模型塔：
V1 L0 DxLK,D FL
ziF V
L
N -1
N