《分离工程》试卷1

《分离工程》课程试卷1

本试卷用于生物与化学工程系2005级化学工程与工艺专业（精化方向）本科学生

（时量：120分钟 总分100分）

注意：1、答案必须填写在答题纸上，填写在试卷上的无效。

2、答卷必须写明题目序号，并按题号顺序答题。 3、请保持行距，保持卷面整洁。

一、

填空题（22分1～4题，每空2分，5题，每空1分）

1、一般精馏中，增加回流比，分离度_____ _____________， 萃取精馏中，增加回流比，分离度_________________ _____________。 2、精馏操作分离的依据是___________________________________________ _______， 吸收操作的分离依据是________________________ ______________。 3、分离操作在化工生产中的作用有：___________ _______________、 _________________________________ __________。 4、精馏分离中，正系统宜采用 操作， 负系统宜采用 操作。 5、待分离混合物中各组分沸点相差不大的物系一般使用_______________________________计算，该法用________________________计算级温度；待分离混合物中各组分沸点相差很大的物系一般使用_________________________计算，该法用______________________计算级温度。 二、

分析与简答题（23分）

6、相平衡常数的计算方法有哪些？其优点是什么？（7分）

7、试分析高温精馏（塔釜和塔顶温度均高于室温）和低温精馏（塔釜和塔顶温度均低于室温）的适宜进料状态。（8分）

D1

8、试述精馏过程的热力学不可逆性主要由哪些因素引起？分析如图所示精馏过程（分离甲醇-水）与单塔精馏过程相比，为什么此精馏过程操作所需的热量比单塔操作所需的热量减少30~40%？（8分） 三、

计算题

9、用精馏塔分离三元泡点混合物，进料量100 kmol/h，进料组成如下：

组分 A B C 摩尔分率 0.4 0.2 0.4 相对挥发度 4.5 3 1 （1）、用芬斯克方程计算馏出液流率为60kmol/h以及全回流下，当精馏塔具有5块理论板时，其塔顶馏出液和组成。

（2）、用（1）的分离结果用于组分B和C间分离，确定最小回流比。（20分）

10、在24块板的塔中用油吸收炼厂气（组成见表），采用的油气比为1，塔平均操作温度为16℃，操作压力为0.263Mpa。若全塔效率为20%，已知16℃时，丁烷的相平衡常数为0.75，求丁烷的回收率。（本题共15分）

组分 CH4 C2H6 C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12 n-C6H14 y0(mol分率) 0.765 0.045 0.035 0.025 0.045 0.015 0.025 0.045

11、在半连续操作的硅胶固定床吸附器中，从低湿含量空气中吸附水汽的试验测得

kyav?31.6G'0.55kgH2O/m3?s??y

kxav?0.965kgH2O/m3?s??x

式中G'为气体与固体的相对质量流速kg/m2?s，所用硅胶的视密度为672kg/m3，平均粒径1.727mm，比外表面2.167m2/kg。试根据此来估算连续逆流等温吸附器所需硅胶的层高，计算条件为：用该吸附器来干燥26.7oC，1atm的空气从原湿度为0.006kgH2O/kg干空气，

干燥到湿度为0.00015kgH2O/kg干空气，硅胶的原始含水量为0，硅胶的质量流速为

0.68kg/m?s，空气的质量流速为1.36kg/m?s，在此操作条件和温度范围内吸附等温线

22可视为直线Y*?0.0185X，空气密度1.181kg/m3（20分）

《分离工程》试卷1参考答案及评分标准

一、填空题（共22分，1～4题，每空2分，5题，每空1分，回答不全，酌情扣分） 1、增加，并不总是增加。

2、组分间的相对挥发度的不同，溶质在溶剂中的溶解度的不同

3、（1）、为化学反应提供符合质量要求的原料，清除对反应或催化剂有害的杂质，减少副反应和提高收率。（2）、对反应产物起着分离提纯的作用，以得到合格的产品，并使未反应的反应物得以循环利用。（3）、在环境保护和充分利用资源方面起着特别重要的作用。 4、泡沫接触状态，喷射接触状态

5、泡点法、泡点方程、流率加和法、H方程

二、简答题（共23分）

1、 状态方程法，活度系数法，查图法。3分

状态方程法：不需基准态，只需P-V-T数据，原则上不需有相平衡数据。容易应用对比状态理论。3分

活度系数法：简单的液体混合物的模型已能满足要求，温度的影响主要表现在fiL上，而不在γi上，对许多类型的混合物，都能应用。3分 查图法：简单明了。1分。

2、高温精馏时，当D/F较大，应尽量采用低的q值，即以汽相或汽液混合物进料；当D/F较小，应尽量采用高的q值，即以液相进料为宜。（4分）低温精馏时，无论D/F较大还是较小，应尽量采用高的q值，即以液相进料为宜。（4分）

3、通过一定压力梯度的动量传递；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；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；（3分）

图示的精馏操作高压塔冷凝器与低压塔的再沸器耦合成一台换热器，低压塔塔釜中含有一

部分轻组分，低压塔塔釜温度比基本上是重组分时低，作为低压塔加热源的高压塔蒸汽温度可以降低，高压塔可以在较低的压力下操作，低压塔塔顶和塔釜的温差较小。（5分）

三、计算题（共55分）

1、（共16分）解：（1）、D=60kmol,W=F-D=40kmol,假设为清晰分割，

物料 进料 塔顶 塔釜 A 40 40 0 B 20 dB 20-dB C 40 dC 40-dC 由物料衡算得：40+dB+dC=60,又由 N=Log[(d/w)B/(d/w)C]/logαBC，得：

5=Log｛dB/(20-dB)/[dC/(40-dC)]｝/log(3/1)，解得： dB= 18.3015, dC=1.6985, 对A组分进行校核 ：

5

dA/wA=dB/wB×αABN=18.3015/1.6985×（4.5/3）=81.8234，dA+wA=40，得wA=0.4830。 将

A值重新代入作物料衡算：

物料 进料 塔顶 塔釜 A 40 39.5170 0.4830 B 20 dB 20-dB C 40 dC 40-dC 39.517+dB+dC=60,

5=Log｛dB/(20-dB)/[dC/(40-dC)]｝/log(3/1)，解得dC=1.9613，dB=18.5217，wC=18.0387, wB=1.4783。因此xAD=0.6586，xBD=0.3087，xCD=0.030。

本小题8分，写出计算式得4分，结果正确得4分，计算式对结果不对扣4分，未校核扣1分。

（2）、泡点进料：q=1 ∑[αixiF/(αi-θ)=1-q,

4.5×0.4/（4.5-θ）+3×0.2/（3-θ）+1×0.4/（1-θ）=0 （写出计算式得2分）

1＜θ＜3，解得：θ=1.41 （结果正确得2分）

又由∑[αixiD/(αi-θ)=Rm+1得： （写出计算式得2分）

4.5×0.6586/（4.5-1.41）+3×0.3087/（3-1.41）+1×0.0307/（1-1.41）= Rm+1 Rm=0.4667 （结果正确得2分） 本小题共8分

2、（共10分）解：理论板数为：N=24×20%=4.8（块），（答对得2分） K关=0.75,A关=L/VK关=1÷0.75=1.33，（答对得3分）

N=Log[(A－φ)/（1－φ）]/LogA－1=4.8，代入A得φ=0.922。（写出计算式给2分，结果对得3分，否则扣3分） 3、NtoG=3.79（6分） G’=1.352kg/m2?s（4分） H toG=0.0627m（6分） Z=0.238m（4分）

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