分离工程

分离工程复习题
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（熵减过程）。

2、衡量分离过程的难易程度用（分离因子）表示，处于相平衡状态的分离程度的是（固有分离因子）
3、分离因子表示任意分离过程所达到的（分离程度），其定义为（11
22//i j s ij i j x x x x α= ）。

4、分离剂可以是（能量分离剂ESA ）或（物质分离剂MSA ），有时也可两种同时应用。

5、固有分离因子是根据（汽液相平衡）来计算的，它与实际分离因子的差别用（级效率）来表示。

6、分离技术的特性表现为其（重要性）、（复杂性）和（多样性）。

7、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。

8、分离剂可以是（能量）或（物质），有时也可两种同时应用。

9、若分离过程使组分i 及j 之间并没有被分离，则（,1s i j α=）
10、可利用分离因子与1的偏离程度，确定不同分离过程的分离的（难易程度）。

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、对单相物流的独立变量数为（C+2）,对相平衡物流的独立变量数为（C+2）.
13、汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。

相平衡的条件是汽液两相中温度压力相等，每一组分的（化学位相等）。

14、根据泡点，露点的概念，精馏塔塔顶温度即为对应的汽相组成的（露点），塔釜温度即为对应塔釜液相组成的（泡点）。

15、当混合物在一定的温度、压力下，满足（D B T T T >>或(/)1i i z K >∑和1i i K z >∑同时成立）条件即处于两相区，可通过（物料平衡、相平衡和摩尔分率加合式）计算求出其平衡气液组成。

16、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。

17、在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。

18、非清晰分割法假设各组分在塔内的分布与在（全回流）时分布一致。

19、精馏有（2）个关键组分，这是由于精馏过程为（双向传质）的缘故。

20、精馏塔计算中每个级由于（组成）改变而引起的温度变化，可用（泡露点方程）确定。

21、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。

22、若为最高沸点恒沸物，则组分的无限稀释活度系数与饱和蒸汽压的关系为（021
0121p p γγ∞∞<<）。

23、用于吸收的相平衡表达式为（l A υ=）,当（温度）降低，（压力）升高时有利于吸收。

24、吸收操作中，最小液气比下，关键组分的吸收因子和关键组分的吸收率早数值上（相等）
25、多组分吸收过程液气比一般取最小液气比的（1.2）~（2.0）倍。

26、吸收过程主要由（塔顶釜两个级）完成
27、化学吸收的增强因子就是与相同条件下化学吸收与物理吸收的（传质系数）之比，其定义为（0L L
k E k =）。

28、化学吸收按反应类型又分为（可逆反应）和（不可逆反应）两类。

29、MESH 方程中的M 是物料平衡关系，E 是（相平衡关系），S 是（摩尔分数加和式），H 是（热量平衡方程）。

30、流量加和法在求得ij x 后，由（H ）方程求j V ，由（S ）求j T 。

31、当两个易挥发的组分为关键组分时，则以（塔釜）为起点逐级计算。

32、常见复杂分离塔流程有（多股进料），（侧线产出），（设中间冷凝或中间再沸器）
33、松驰法是由开始的（不稳定态）向（稳定态）变化的过程中，对某一（时间间隔）内每个级上的（物料变化）进行衡算。

34、通过精馏多级平衡过程的计算，可以决定完成一定分离任务所需的（理论级数），为表示塔实际传质效率的大小，则用（级效率）加以考虑。

35、分离最小功是分离过程必须消耗能量的下限，它是在分离过程（完全可逆）时所消耗的功。

36、常用吸附剂有（硅胶）、（活性氧化铝）、（活性炭）、（沸石分子筛）。

37、根据（吸附作用力）的不同，吸附被分为（物理吸附）和（化学吸附）。

第二部分 选择题
1、 分离过程的特征是该过程是（C ）。

A 、熵增过程
B 、熵不变化过程
C 、熵减少过程
D 、自发过程
2、当分离因子为（B ）表示组分i 和j 之间没有被分离。

A 、1s ij a >
B 、1s ij a =
C 、0s ij a >
D 、1s ij a <
3、设计变量数就是（D ）。

A 、设计时所涉及的变量数
B 、约束数
C 、独立变量数与约束数的和
D 、独立变量数与约束数的差
4、常规精馏过程，可调设计变量数为（A ）。

A 、5个
B 、4个
C 、1个
D 、2个
5、计算溶液露点时，若/10i
i i j y K =-<∑，则说明（C ）。

A 、温度偏低 B 、正好泡点 C 、温度偏高 D 、正好露点
6、系统温度大于露点时，体系处于（B ）。

A 、饱和液相
B 、过热汽相
C 、饱和汽相
D 、汽液两相
7、当精馏塔在全回流操作时，下列哪一描述不正确（D ）。

A 、所需理论级数最少
B 、不进料
C 、不出产品
D 、热力学效率高
8、如果二元物系，11γ<，21γ<，则此二元物系所形成的溶液一定是（C ）。

A 、正偏差溶液
B 、理想溶液
C 、负偏差溶液
D 、不确定
9、如果二元物系，12210,0A A ==，则此二元物系所形成的溶液一定是（Ｂ）。

A 、正偏差溶液 B 、理想溶液 C 、负偏差溶液 D 、不确定
10、平均吸收因子法的适用范围是（Ｃ）。

Ａ、单组份吸收 Ｂ、恒摩尔流 Ｃ、贫气吸收 Ｄ、富气吸收
11、当体系的*i i y y =时（Ｄ）。

Ａ、发生解吸过程 Ｂ、发生吸收过程 Ｃ、发生精馏过程 Ｄ、没有发生物质的净转移
12、关于吸收的描述下列哪一个不正确（Ｄ）。

Ａ、根据溶解度的差异分离混合物 Ｂ、适合处理大量气体的分离
Ｃ、效率比精馏低 Ｄ、能得到高纯度的气体
13、通常对物理吸收操作最有利的操作条件是（Ｂ）。

Ａ、高温高压 Ｂ、低温高压 Ｃ、低温低压 Ｄ、高温低压
14、在多组分吸收中，吸收主要发生于塔顶附近几个级的组分是（Ｂ）．
Ａ、易容组分 Ｂ、难容组分 Ｃ、关键组分 Ｄ、所有组分
15、在多组分吸收中，吸收发生于全塔所有塔级的组分是（C ）。

Ａ、易容组分 Ｂ、难容组分 Ｃ、关键组分 Ｄ、所有组分
16、难吸收组分主要在塔的（A ）被吸收。

A 、塔顶级
B 、进料级
C 、塔釜级
D 、全塔平均吸收
17、三对角矩阵泡点法选择的迭代变量为（A ）。

A 、,i j x
B 、,i j y
C 、,i j l
D 、,i j υ
18、当采用逐级计算法从上到下计算多组分精馏的理论级数时计算结束判据为（Ｃ）。

A 、()()L L N D H H x x x x =
B 、()()L L N D H H x x x x >
C 、()()L L N
D H H x x x x ≥ D 、 ()()L L N D H H
x x x x < 19、当板上液体达到完全混合时，点效率与板效率的关系为（B ）。

A 、MV OG E E >
B 、MV OG E E =
C 、MV OG E E <
20、采用简单精馏塔将5个组分所成的溶液分成5个产品时需要几个塔（B ）。

A 、3
B 、4
C 、5
D 、2
21、对多组分物系的分离，应将最困难的组分（C ）。

A 、最先分离
B 、中间分离
C 、最后分离
D 、与顺序无关
22、下列哪一个不是吸附剂的物理特征（B ）。

A 、孔体积
B 、吸附量
C 、孔径分布
D 、比表面积
23、操作压力越高，吸附曲线（A ）。

A 、越陡
B 、越缓
C 、不一定
24、进行等温闪蒸时，对满足（A ）条件时系统处于两相区。

A 、
(/)1i i z K >∑且1i i K z >∑ B 、(/)1i i z K >∑且1i i K z <∑ C 、(/)1i i z K <∑且1i i
K z >∑ D 、(/)1i i z K <∑且1i i K z <∑ 第三部分 简答题
1、 什么叫露点？如何求取精馏塔顶温度？
答：露点温度（压力）是在恒压（温）下冷却气体混合物，当气体混合物开始冷凝出现第一个液滴时的温度（压力），简称露点。

精馏塔塔顶温度即为对应塔顶汽相组成的露点。

2、 怎样做平衡常数与组成有关的泡点计算？
答：对平衡常数与组成有关的泡点和露点计算，由于(,,,)i i i K f T p x y =，用于系统非理想性较强时，需计算混合物中i 组分逸度系数或活度系数，而
V i φ∧是i y 的函数，i γ是i x 的函数，在i y 或i x 未求得之前无法求得V
i φ∧或i γ值，于是计算时还需对
V i φ∧，i γ进行试差。

对泡点计算，由于已知i x ，除需迭代泡点温度或压力外，还需对V
i φ∧进行试差。

00i i i
i p K V p i φγφ∧=
(),1(),,1i p T x o i i i i i i i i B B p p K y K x K x T T p p φφγφξ∧∧
=−−−−→−−−→→=→→-≤−−→==∑i 已知设是0
i i 设T 计算设或
3、 简述绝热闪蒸过程的特点？
答：绝热闪蒸过程是等焓过程，节流后压力降低，所以会有汽化现象发生，汽化要吸收热量，由于是绝热过程，只能吸收本身的热量，因此，体系的漫度降低。

4、什么是设计变量，如何通过各单元设计变量确定装置的设计变量。

答：在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。

(2)u e e i c r N N N N n c ν=-+-+∑∑
（1）在装置中某一单元以串联的形式被重复使用，则r N 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多余的相互关联的物流变量数，或者是每一单元间物流附加（C+2）个等式。

5、什么叫泡点，如何求取精馏塔釜温度？
答：泡点温度（压力）是在恒压（温）下加热液体混合物，当液体混合物开始汽化出现第一个气泡时的温度（压力），简称泡点。

精馏塔塔釜温度即为对应塔釜液相组成的泡点。

6、用逐次逼近法进行等焓闪蒸计算时，什么情况下汽化率作为内循环，温度T 作为外循环，为什么？
答：对宽沸程混合物，由于所构成混合物的各组分的挥发度相差悬殊，在很宽的温度范围内，易挥发组分主要在蒸汽相中，而难挥发组分主要留在液相中。

进料热焓的增加将使平衡温度升高，但对汽液流率V 和L 几乎无影响。

因此宽沸程的热量衡算更主要的取决于温度，而不是ν。

根据序贯算法迭代变量的排列原则，最好是使内层循环中迭代变量的收敛值将是下次内层循环运算的最佳初值，因此的宽沸程闪蒸，由于ν对T 的取值不敏感，所以ν作为内层迭代变量较为合理。

对于窄沸程闪蒸，由于各组分的沸点相近，因而热量衡算主要受汽化潜热的影响，反映在受汽相分率的影响，改变进料焓会使汽液相流率发生变化，而平衡温度没有太明显的变化。

显然，应该通过热量衡算计算ν（即V 和L ），解闪蒸方程式确定闪蒸温度。

并且，由于收敛T 值对ν值不敏感，故应在内层循环迭代T ，外层循环迭代ν。

7、简述精馏过程最小回流比时和全回流时的特点？
答：最小回流比是精馏的极限情况之一，此时，为完成给定的分离任务，所需要理论经板数无穷多，如果回流比小于最小回流比，则无论多少理论板数也不能完成给定的分离任务。

全回流是精馏的极限情况之一。

全回流所需的理论板数最少。

此时，不进料，不出产品。

8、确定精馏操作的操作压力要考虑哪些因素？
答：确定操作压力应考虑四方面的影响：（1）塔顶蒸汽的冷凝温度和塔釜液体的沸腾温度：（2）对组分间相对挥发度的影响：（3）塔的造价和操作费：（4）对传质分离效率的影响。

9、说明吸收、解吸作用发生的条件和吸收过程的限度？
答：（1）吸收、解吸作用发生的条件
根据相平衡的概念，可判断气液接触时吸收和解吸的条件。

吸收：溶质由气相溶于液相**,i i i i p p y y >>。

解吸：溶质由液相转入气相，**,i i i i p p y y <<。

（2）吸收过程的限度
进料气体混合物中组分i 的组成为,i F y ，出塔吸收液中i 组分含量为,i N x ，显然，,1,/i N i i N y K x +≥
从塔顶加入的吸收剂中i 组分的含量,0i x ，离开塔顶气相中i 组分的含量为,1i y ，显然，,1,0i i i y K x ≥。

由此规定了设计吸收塔的限度，,0i x 是解吸过程分离后吸收剂中i 组分的含量，它与,1i y 有密切的关系，在设计时要将吸收和解吸一起考虑。

10、化学吸收的类型有哪几种？什么叫增强因子？
答：化学吸收按反应速率不同分为慢速反应、中速反应、快速反应和瞬时反应四种。

所谓增强因子就是与相同条件下的物理吸收比较，由于化学吸收而使传质系数增加的倍数。

11、与精馏过程相比，吸收过程有那些突出特点？
答：（1）与只有一股进料的普通精馏塔不同，即使最简单的吸收塔也有塔顶（吸收剂）塔底（混合气）两股进料，吸收塔是一个复杂塔。

（2）吸收操作中，物系的沸点范围宽。

在操作条件下，有的组分已接近甚至于超过临界点，因而吸收操作中的物系不能按理想物系处理。

（3）吸收过程一般为单相传质过程。

因此，由进塔到出塔的气相由下到上流率逐渐减
小，而液相由上到下流率不断增大。

尤其是多组分吸收中，吸收量大，流率的变化也大，不能按恒摩尔流处理。

（4）吸收操作中，吸收量沿塔高分布不均，因而溶解热分布不均，致使吸收塔温度分布比较复杂。

12、简述精馏和吸收过程的主要不同点？
答：（1）原理不同。

吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的；精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。

（2）塔形式不同。

（3）传质形式不同。

吸收是单向传质，精馏是双向传质。

（4）温度范围、变化不同。

（5）物料的预分布不同。

（6）精馏有两个关键组分，吸收只有一个关键组分。

（7）组分分布不同。

13、精馏有两个关键组分，而吸收只有一个关键组分，为什么？
答：精馏操作中，汽液两相接触时，汽相中的较重组分冷凝进入液相（冷凝），而液相中的较轻组分被汽化转入汽相（汽化）。

因此，传质过程是在两个方向上进行的，属双向传质过程，因而有两个关键组分。

而对于吸收系统，一般吸收剂是不易挥发的液体，气相中的某些组分不断溶解到不易挥发的吸收剂中，属于单向传质过程，因而只有一个关键组分。

14、写出三对角矩阵法的方程及计算原理。

简单说明该法在应用上的局限性。

答：
15、分离最小功的条件是什么，说明什么是完全可逆。

答：分离最小功是分离过程必须消耗能量的下限，只有当分离过程完全可逆时，分离消耗的功才是分离最小功。

完全可逆指：（1）体系内所有的变化过程必须是可逆的。

（2）体系只与温度为0T （热力学温度）的环境进行可逆的热交换。

16、有效能的损失是什么原因引起的，如何减小精馏过程的有效能损失。

答：有效能损失是由于过程不可逆性引起的，因为实际过程均为不可逆过程，所以分离过程存在有效能损失是不可避免的，但可以通过使过程尽量接近可逆过程，以减小有效能损失，提高热力学效率，减少净功消耗。

精馏过程有效能损失（过程热力学不可逆）的原因：
（1）通过一定压力梯度的动量传递；（2）通过一定温度梯度的热量传递或不同温度物流的直接混合；（3）通过一定浓度梯度的质量传递或不同化学位的物流的直接混合。

减小精馏过程有效能损失的措施：
（1）对板式塔 降低气速，降低每块塔板上液位高度以减小压力降，变板式塔为高效填料塔也可减小压力降；（2）采用高效换热器以及改进操作方式减小传热温差，利用冷凝器移除热量；（3）在精馏段设中间冷凝器及在提馏段设中间再沸器使精馏塔操作线尽量接近，减小不可逆性。

17、说明吸附过程的优点？
答：（1）选择性高（2）吸附速度快，过程进行的完全；（3）常压操作，操作费用与投资费用少。

18、怎样判断混合物在T ，P 下的相态，若为两相区其组成怎样计算？
对进料作如下检验。

= 1 B T T = 进料处于泡点，0=ν
i 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，
= 1 D T T = 进料处于露点，1=ν
i i k Z ∑ > 1 T <D T 可能为汽液两相区，ν<1
< 1 T >D T 进料为过热蒸汽
计算时，所指定的温度应在泡露点温度之间，这样才会出现汽液两相，否则只会是单相不必进行等温闪蒸的计算。

只有)(i i k Z ∑> 1和i i Z k ∑< 1时，混合物始处于汽液两相区（0<ν<1），需要进行等温闪蒸的计算。

19、怎样用分离因子判断分离过程进行的难易程度？
答：分离因子可表示任一分离过程进行的难易程度，以及实际产品组成之间的关系
来定义分离因子。

11
22//i j s ij i j x x x x α= 1
s ij a =，则表示组分i 及j 之间并没有被分离； 1
s ij a >，组分i 富集于1相，而组分j 富集于2相； 1s ij a <，组分i 富集于2相，而组分j 富集于1相；
第四部分计算
1、、第一章课后题1；次作业的1题、2题、列3-1、列6-1。