化工分离工程知识点

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。Ki=yi/xi

2.简述分离过程的特征？什么是分离因子，叙述分离因子的特征和用途。 答：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。 分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度。定义式：?ij3.请推导活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式。

?yiyjxixj

?V?f?L 汽液相平衡关系：fii?V???VyP 汽相：fiii?L??xfOL 液相：fiiiiyi?ifiOL相平衡常数：Ki??V

?Pxi?i4.请写出活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式，并指出关系式中各个物理量的含义

5.什么是设计变量，如何通过各单元设计变量确定装置的设计变量。

在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。

ee?Niu??Nv??Nc?Nr?n(C?2)

① 在装置中某一单元以串联的形式被重复使用，则用Nr以区别于一个这种单元于其他种单元的联结情况，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。

6. 什么叫清晰分割法，什么叫非清晰分割法？什么是分配组分与非分配组分？非关键组分是否就一定是非分配组分？

答：清晰分割法指的是多组分精馏中馏出液中除了重关键组分(HK)之外，没有其它重组分；釜液中除了轻关键组分(LK)之外，没有其它轻组分。非清晰分割表明各组分在顶釜均可能存在。

在顶釜同时出现的组分为分配组分；只在顶或釜出现的组分为非分配组分。

一般情况下，LK、HK和中间组分为分配组分；非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分，所以非关键组分不一定是非分配组分。

7.叙述用简捷法作普通精馏过程理论板数的步骤。 简捷法计算理论板数步骤

① 根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分。 ② 由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成。

③ 根据塔顶塔釜组成计算相应的温度、求出平均相对挥发度。 ④ 用Fenske公式计算Nm。

⑤ 用Underwood法计算Rm，并选适宜的操作回流比R。 ⑥ 确定适宜的进料位置。

根据Rm,R,Nm，用Gilliland图求理论板数N。

8.萃取精馏中，萃取剂在何处加入？为何？

答：在萃取精馏塔顶下几块理论板、进料板以上几块理论板处加入，在进料板以上几块板加入可以使全塔范围内保持较高的溶剂浓度，在塔顶下保留几块理论板是为了防止萃取剂从萃取精馏塔顶带出，起到回收溶剂的作用。

9.简述萃取精馏过程中塔内流率分布特点。

答：萃取精馏塔内由于大量溶剂的存在，影响塔内汽液流率分布。大量溶剂温升导致塔内汽相流率越往上走愈小，液相流率越往下流越大。对于溶剂而言，各板下流的溶剂液相流率大于其进料流率，且溶剂挥发性越大，两者差值越大。

10.萃取精馏和共沸精馏的相同点和不同点是什么？

答：相同点：都是加入溶剂改变原溶液的相对挥发度，使其可以用精馏方法分离。

不同点：1)可供选择的共沸剂数目远不及萃取剂多，且萃取剂用量不像共沸剂受限制；

2)共沸剂从塔顶蒸出，萃取剂从塔底出，因此消耗能量多；

3)共沸精馏受组成限制，操作条件比较苛刻，萃取精馏可在较大范围变化，操作比较容易，流程较简单，只用于连续操作； 4)同样压力下共沸精馏温度低，适于热敏性物料。

11.吸收的有利条件是什么？

低温、高压、高的气相浓度、低的液相浓度、高的用量、低的气相量。 试分板吸收因子对吸收过程的影响

吸收因子A=L/（VKi），吸收因子越大对吸收有利，所需的理论板数越少，反之亦然。

12.

13. 逐级计算法的起点如何确定？适宜的进料板位置如何确定？ 计算起点的确定

对于只有轻非关键组分的物系，馏出液的组成可以准确估计，计算应该从塔顶开始。

对于只有重非关键组分的物系，塔釜液的浓度可以准确估计，计算应该从塔底开始。

如果进料中既有轻非关键组分，又有重非关键组分，则无论是馏出液或釜液的组成都不容易准确估计。可以分别从两端开始往进料级计算 适宜进料位置确定方法之二：

适宜进料位置的近似确定方法是以轻，重关键组分的浓度之比作为精馏效果的准则，当逐级从上向下计算时，要求轻、重关键组分汽相浓度比值降低越快越

?yLK,j?1??yLK,j?1????则第j 级为进料级 ??好，如果满足：?y??y??Hk,j?1?R?HK,j?1?S

从下往上计算时，要求轻、重关键组分液相浓度比值增加越快越好，如果满足：

?xLK,j??x?Hk,j??x???LK,j???R?xHK,j????S?xLK,j?1??x?????LK,j?1??x????Hk,j?1?R?xHK,j?1?S则第j 级为进料级

14.影响气液传质设备的生产能力的因素有哪些？ 液泛 雾沫夹带 压力降 停留时间

15.实际板和理论板的差异表现在那些地方，这些差异的影响应用什么方法来处理？

实际板和理论板的差异

1）理论板假定离开该板的汽、液两相达到平衡；

2）理论板上相互接触的汽液两相完全混合，板上液相浓度均一，等于离开该板溢流液的浓度；

3）实际板上汽液两相存在不均匀流动，停留时间有明显差异； 4）实际板存在雾沫夹带、漏液和液相夹带泡沫现象。 为考虑上述各种差异的影响，引进了几种效率 1）全塔效率，又称为总板效率 2）Murphree板效率，又称干板效率 3）点效率

4）理论板当量高度（HETP）

5）传质单元高度

16.目前常用的效率有哪几种？影响效率的因素有哪些？ 全塔效率 默弗里板效率 点效率 填料塔的等板高度

影响因素：传质速率 流型和混合效应 雾沫夹带 物性的影响

17.精馏过程的不可逆性表现在那些方面，节省精馏过程能耗有哪些措施。 精馏过程的不可逆性

1）流体流动，在流体流动时有压力降，当塔板数较多时，压力降也要加大，同时塔顶釜的温差也会加大，亦即W净增大

2）传热

（1）一定温度梯度的热量传递

塔再沸器和冷凝器中介质存在温差，因温差传热过程而引起的有效能损失为

D?QT0(TH?TL) THTL（2）不同温度物流的直接混合，塔内上升蒸汽与下流液体直接接触产生热交换时的温差，是使精馏过程热力学下降的重要因素 3）传质

通过一定浓度梯度的质量传递或不同化学位物流的直接混合。即上升蒸汽与下流液体进行传质过程时，两相浓度与平衡浓度的差别。 节省精馏过程能耗的一些措施：

1）有效能的充分回收及利用；2）减少过程的净耗功；3）减少质量传递中的浓度梯度（?y）；4）多效精馏；5）热泵精馏

设计一个脱乙烷塔，从含有6个轻烃的混合物中回收乙烷，进料组成、各组分的相对挥发度和对产物的分离要求见设计条件表。试求所需最少理论板数及全回流条件下馏出液和釜液的组成。

脱乙烷塔设计条件

编号 1 2 3 4 5 6 设计分离要求

馏出液中C3H6浓度 ≤2.5mol % 釜液中C2H6浓度 ≤5.0mol %

解：根据题意，组分2（乙烷）是轻关键组分，组分3（丙烯）是重关键组分，而组分1（甲烷）是轻组分，组分4（丙烷）、组分5（异丁烷）和组分6（正丁烷）是重组分。要用芬斯克公式求解最少理论板数需要知道馏出液和釜液中轻、重关键组分的浓度，即必须先由物料衡算求出x2,D及x3,W。

取100摩尔进料为基准。假定为清晰分割，即x4,D?0，x5,D?0，x6,D?0，

进料组分 CH4 C2H6 C3H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 mol % 5.0 35.0 15.0 20.0 10.0 15.0 ? 7.356 2.091 1.000 0.901 0.507 0.408 x1,W?0，则根据物料衡算关系列出下表：

编号 1 2 3 4 5 6

组分 CH4 C2H6（LK） C3H6（HK）

C3H8 i-C4H10 n-C4H10

进料，fi 5.0 35.0 15.0 20.0 10.0 15.0 100.0

馏出液，di 5.00 31.89 0.95 － － － 37.84

釜液，wi － 3.11 14.05 20.00 10.00 15.00 62.16

用式（3-11）计算最少理论板数：

??31.89??0.95??lg????????3.11??14.05???6.79

Nm?lg2.091

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