分离

一：填空 一：填空 气液传质分离过程的热力学基础是气液平衡。如果所有相中的温度压力相等、每一组分的逸度也相等，则此时达到了相平衡。 精馏塔计算中每块板温度变化是由于液相组成改变，每块板上的温度利用泡露点方程确定。 多组分精馏根据指定变量不同可分为设计型计算和操作型计算。 只在塔顶或塔釜出现的组分为非分配组分。 超滤是以压力差为推动力，按粒径选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。 吸收操作在传质过程上的主要特征是单项传质 1. 传质分离过程分为速率分离和平衡分离两大类。 2. 一个多组分系统达到相平衡的条件是所有相中的温度T，压力P和每一组分的化学位相等。 3. 在变量分析中，固定设计变量通常指进料物流的那些变量以及系统压力。 4. 某二元系常压下汽液平衡数据在y～x图中摘录如下：x1=0.25时，y1=0.35；x1=0.8时，y1=0.62，该系统一定形成共沸物，这是因为在y-x图中（X1，Y1）(X2，Y2)的连线与y=x有交点。 5. 三对角线矩阵法用于多组分多级分离过程严格计算时，以方程解离法为基础，将MESH 方程按类型分为三组，即修正的M—方程、S—方程、和H—方程。 6. 精镏和吸收操作在传质过程上的主要差别是精馏双向传质，吸收单向传质（恒摩尔流假设不成立）。 7. 在ABC三组分精馏中，有两个分离。 1 分离过程是混合过程，自发进行，熵减过程的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。 2 精馏有两个关键组分，这是由于双向传质的缘故。 3 吸收过程在塔顶的限度为与溶质在气相中分压成平衡的浓度，由此规定了吸收剂中溶质中浓度很小或无溶质。 4 吸收的相平衡达式为y=kx，在l/v值大，k小，温度降低，压力升高操作下有利于吸收。 5 设计变量分为可调设计变量和固定设计变量，装置的设计变量与各单元设计变量的关系为首先分析确定单元设计变量才能确定装置的设计变量。 6在塔顶和塔釜同时出现的组分为分配组分。 7 吸收过程主要在吸收塔的塔顶，釜两块板完成的。 9 对多组分物系的分离，应将最困难分离的或分离较高回收率的组分放在最后进行分离。 10 在塔顶和塔釜同时出现的组分为分配组分。 11 萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设萃取剂回收段。 12在超临界状态下流体具有物质溶解度对T，P变换非常敏感，T,P的微小变换会导致溶质的溶解度发生几个数量级的变化的特点 13膜分离是用天然或人工合成膜，以压力差或浓度差，电位差作推动力，对混合物进行分离、提纯和富集的方法 1 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。 2 精馏有两个关键组分，这是由于双向传质的缘故。 3 吸收过程在塔顶的限度为Yi1≥KiXi0，由此规定了吸收剂中最小用量。 4 吸收的相平衡表达式为y=Kx，在L/V大操作下有利于吸收。 5 精馏塔计算中每块板由于组成改变而引起的温度变化，可用泡点，露点方程确定。 6 设计变量分为可调设计变量和固定设计变量，装置的设计变量与各单元设计变量的关系 。 7 在塔顶和塔釜同时出现的组分为分配组分。 8 吸收过程主要在吸收塔的塔顶，釜两块板完成的。 9当两个难挥发组分为关键组分时，则应从塔顶为起点进行逐板计算。 10、具有最高恒沸点的恒沸物，压力增加使恒沸组成中汽化潜热小的组分增加。 11 萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设萃取剂回收段。 12在超临界状态下流体具有其溶解度对T,P变化非常敏感的特点 13设置复杂塔的目的是为了降低能耗，降低塔的投资。 14在一定温度和组成下，A、B混合物的总蒸汽压为P，若 ，则该溶液形成最高恒沸点的恒沸物。 15流量加合法在求得 后，由H方程求 ，由S方程求 16电渗析的离子交换阳膜只让阳离子通过，是因为阳膜上存在离解后带负电活性基团。 二：简答 1.在萃取精馏中，萃取剂在何处加入？为何？ 进料板之上，与塔顶保持若干块塔板。为了使塔内维持较高的溶剂浓度。及其回收溶剂的作用 2.从热力学角度和工艺角度简述萃取精馏中萃取剂选择原则？ 热力学角度：溶剂与组分1形成具有较高正偏差的非理想溶液，与组分2形成负偏差溶液或理想溶液，从而提高组分1对组分2的相对挥发度 工艺角度：溶剂与被分离物系有较大的相互溶解度，溶剂在操作中是热稳定的与混合物中任何组分不起化学反应，溶剂比不得过大，无毒，不腐蚀，价格低廉，易得，沸点高从而避免与系统任何组分生成共沸物 3.在吸收过程中，塔中每级汽、液流量为什么不能视为恒摩尔流？ 吸收过程是气相中某些组分溶到不挥发吸收剂中去的单项传质过程，吸收剂由于吸收了气体中的溶质而流量不断增加，气体流量则相应的减小，塔中气相和液相总流率向下是增大的 4.试分析吸附质被吸附剂吸附一脱附的机理？ a.吸收质从流体主体通过扩散传递到吸收剂颗粒的外表面—外扩散 b.吸收质从吸收剂颗粒外表面通过颗粒上的微孔进入颗粒内部—内扩散 c.吸收质在吸收剂表面的吸附 d.吸收质从吸收剂的内表面脱附 e.径内扩散传递到颗粒外表面 f.外表面扩散到流动相主体 5.精馏过程全回流操作的特点？ 全回流操作特点：a.不加料也不出料 b.无精馏段与提留段之分 c.两板之间任一截面上，上升蒸汽组成与下降液体组成相等 d.达到指定分离程度所需理论板最少 1.常压下分离苯、甲苯、二甲苯混合物，用活度系数法计算该物系相平衡常数K的简化形式是什么方程？并说明理由。 （提示： ） 常压下，气相可视为理想气体。故φis=1，φiv=1.exp{括号内东西}=1 若液相为理想溶液，则Υi=1.Ki=Pis/p。若液相为非理想溶液 Ki=ΥiPis/P 2.在萃取精馏中，由相对挥发度表达式分析，为什么在加入萃取剂后会提高原溶液的相对挥发度？ 由常压下气液平衡关系的相对挥发度：α12=K1/K2=P1sΥ1/P2sΥ2.加入萃取剂s后，s与组分1形成较强正偏差溶液(Υ1>1) Υ1增大,s与组分2形成负偏差溶液（Υ2＜1﹚Υ2减小或理想溶液 所以Υ1/Υ2增大 所以α12增大 3.精馏过程的热力学不可逆性主要由哪些原因引起？ a.通过一定压力梯度的动量传递 b.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 c.通过一定溶度梯度的质量传递或不同化学位物流的直接混合 4.在固定床吸附过程中，什么是透过曲线？在什么情况下，吸附剂失去吸附能力需再生？ 含吸附质初始浓度的C0的进料连续流过填装有新鲜或再生好的吸附剂的床层，已流出物浓度对时间作图。所得曲线即为透过曲线；床层全部吸附剂与进料中吸附剂的浓度达到平衡状态，吸附剂失去吸附能力是需在生 1.萃取精馏的实质是什么？如何提高其选择性。 实质：提高原溶液中关键组分的相对挥发度，选择在极性上类似与中关键组分的化合物做浓剂（从同系物中选），能有效减小重关键组分的挥发度 增大萃取剂浓度 2.什么是恒沸精馏，如何用三角相图求解恒沸剂用量。 加入的新组分与被分离系 统中的一个或几个组分形 成最低共沸物从塔顶蒸出 的特精馏 4.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。 a.降低流体流动过程产生的压力降(减低气速，降低每块塔板上液位高度) b.减小传热过程的温度差（用高效换热器，及改进操作方式，回收余热利用） c.减小传质过程两相浓度与平衡浓度的差别 具体措施：多效精馏，低温精馏热泵，设置中间全凝器和中间再沸器 5.松弛法的开发思维是什么？具有何种物理意义，写出其基本方程。 松弛法：原则是仿照精馏过程由不稳态趋向稳态的进程来求解，它用非稳态去物料衡算方程，计算各板的起始组成时可以采用进料组成，选好组成后，用物料衡算法对每一块板进行计算，每一时间间隔计算一次，每一次计算得到一组塔板上的液相组成，每一次得到的结果与上一次得到的结果稍有不同，重复这种计算将给出一组又一组的板上组成，当两三次接近计算的结果不再变化时表示板上的组成达到了稳定态，迭代次数代表计算过程时间 （Xji）k+1=（Xji）k+（Δτ/Ej）【Lj-1Xj-1，i+Vj+1Yj+1，i-VjYji-LjXji】k 1.简述绝热闪蒸过程的特点。 等焓过程，温度降低会有汽化现象发生，汽化要吸收热量，由于是绝热过程，只能吸收本身的热量，因此体系的温度降低 2.叙述用简捷法作普通精馏过程理论板数的步骤 简捷法：a.用恩特伍德求最小回流比Rmin b.用芬斯克公式求全回流下的最少理论板数Nmin c.选取合适回流比R，计算（R-Rmin）/（R+1） d.查吉利兰图得（N-Nmin）/（N+1）的值 e.由Nmin可计算出N 3.简述萃取塔操作要注意的事项。 a.气液相负荷分布不均，液相负荷远大于气相 b.溶剂的进塔温度应保持稳定，否则会影响塔内溶剂浓度 c.回流比对分离的影响不同于普通精馏，存在一个最佳回流比 d.溶剂浓度在塔内基本保持一固定值，提高板上溶剂浓度的主要手段是增加溶剂的进料流率，溶剂浓度越大，关键组分间的相对挥发度也越大 4.吸收的有利条件是什么？试分板吸收因子对吸收过程的影响 吸收剂的有利条件：低温，高压，高的气相浓度，低的液相浓度，高的吸收剂用量，低的气相量 吸收因子对吸收过程的影响：A=L/KV 吸收因子越大，对吸收有利，所需理论板数越少 5.采用简单塔完全分离含C个组分的物料为C个产品，需几个塔？如何安排这些塔的序列？ C-1个塔 确定分离顺序：a.按相对挥发度递减的顺序逐个从塔顶分离出各组分 b.最困难的分离应放在塔序的最后 c.应使各个塔的馏出液摩尔数与釜液摩尔数尽量接近 d.分离很高回收率的组分的塔应放在塔序的最后 e.进料中含量最高的组分尽量提前分出 6.实际板与理论板的差异表现在哪些地方，这些差异的影响用什么方法来处理？ 实际板与理论板的差别：a.理论板上相互接触的气液均与混合后，板上液相浓度均一，实际板上混合不完全，上一板溢流液入口处液相浓度比溢流堰处液相浓度高，进入同一板的气相各点浓度不相同 b.理：离开某板的气液两相达到平衡，该板上传质量为V(Yj-Yj-1) 实：传质速率受塔板结构，气液相流动情况等影响，离开板的气液相不可能达到平衡，因为平衡的传质推动力为0，两相需无限长的接触时间 c.实际板上气液两相存在不均匀流动，造成不均匀的停留时间 d.实际板上有雾沫夹带，漏液和液相夹带气泡的现象 方法：引入效率概念 1.什么是是分离因子，叙述分离因子的特征和用途。 分离因子：工业上常用来表示特定物系的分离程度。气液相物系的最大分离程度称为固有分离因子（处于平衡状态）定义为αij=（Xi1/Xj1）/（Xi2/Xj2） 2.逐板计算法的计算起点如何选取，叙述从塔釜向上逐板计算的步骤。 决定于哪一端的组成可以较准确的估计，对于只有轻非关键组分的物系，馏出液浓度可较准确的估计。AB|C，从塔顶开始；对于只有重非关键组分的物系A|BC，从塔釜开始。两个易挥发组分作关键组分A|BCD，从塔釜开始；两根难挥发组分作关键组分ABC|D，从塔顶开始；关键组分是中间组分，则无论从哪一端开始算起都有较大误差，则可以从两端同时开始算起。在加料板上会合 逐级计算方法：a.按工艺要求用非清晰分割进行物料分布。求的Xdi，Xwi，并用Underwood公式计算Rmin选R，根据操作条件cp，T，G，确定精馏段与提留段气液馏出，写出操作线方程 b.找出各组分的相平衡关系Yi=KiXi c.Xwi试差求塔釜泡点温度及Ywi，通过提留段方程求得与塔釜相邻的第一块板的液相组成Xij，根据Xij设温度T。由相平衡式得Yij，依次向上计算。直到与进料组成相近时，再用精馏段操作线方程，一次逐板列到塔顶为止