化工分离工程重点.docx

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化工分离工程重点

化工分离工程复习题

第一章

1、求解分子传质问题的基本方法是什么？

1）分子运动理论2）速率表示方法（绝对、平均）3）通量

2、漂流因子与主体流动有何关系？

  p/pBM反映了主体流动对传质速率的影响，定义为“漂流因子”。

因p＞pBM，所以漂流因数p/pBM＞1，这表明由于有主体流动而使物质A的传递速率较之单纯的分子扩散要大一些。

3、气体扩散系数与哪些因素有关？

  一般来说，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关。

对于双组分气体混合物，组分的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力的函数。

4、如何获得气体扩散系数与液体扩散系数？

  测定二元气体扩散系数的方法有许多种，常用的方法有蒸发管法，双容积法，液滴蒸发法等。

液体中的扩散系数亦可通过实验测定或采用公式估算。

5、描述分子扩散规律的定律是费克第一定律。

6、对流传质与对流传热有何异同？

同：

传质机理类似；传递的数学模型类似；数学模型的求解方法和求解结果类似。

异：

系数差异：

传质：

分子运动；传热：

能量过去

7、提出对流传质模型的意义是：

对流传质模型的建立，不仅使对流传质系数的确定得以简化，还可以据此对传质过程及设备进行分析，确定适宜的操作条件，并对设备的强化、新型高效设备的开发等作出指导。

8、停滞膜模型、溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么？

各模型求得的传质系数与扩散系数有何关系，其模型参数是什么？

  停滞膜模型 要点：

①当气液两相相互接触时，在气液两相间存在着稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的停滞膜，溶质A经过两膜层的传质方式为分子扩散。

②在气液相界面处，气液两相出于平衡状态。

③在两个停滞膜以外的气液两相主体中，由于流体的强烈湍动，各处浓度均匀一致。

关系：

液膜对流传质系数k°G=D/（RTzG）,气膜对流传质系数k°L=D/zL对流传质系数可通过分子扩散系数D和气膜厚度zG或液膜厚度zL来计算。

模型参数：

组分A通过气膜扩散时气膜厚度为模型参数，组分A通过液膜扩散时液膜厚度为模型参数。

  溶质渗透模型 要点：

①液面是由无数微笑的流体单元所构成，当气液两相出于湍流状态相互接触时，液相主体中的某些流体单元运动至界面便停滞下来。

在气液未接触前，液体单元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等，接触开始后，相界面处立即达到与气相平衡状态。

②随着接触时间的延长，溶质A通过不稳态扩散方式不断地向液体单元中渗透。

液体单元在界面处暴露的时间是有限的，经过时间θc后，旧的液体单元即被新的液体单元所置换而回到液相主体中去。

在液体单元深处，仍保持原来的主体浓度不变。

④液体单元不断进行交换，每批液体单元在界面暴露的时间θc都是一样的。

关系：

kcm=2[D/（πθc）]1/2对流传质系数可通过分子扩散系数D和暴露时间θc计算。

模型参数：

暴露时间。

  表面更新模型 要点：

溶质向液相内部传质为非稳态分子扩散过程。

界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄，界面上各种不同年龄的液体单元都存在。

不论界面上液体单元暴露时间多长，被置换的概率是均等的。

单位时间内表面被置换的分率称为表面更新率，用符号S表示。

关系：

kcm=（DS）1/2对流传质系数可通过分子扩散系数D和表面更新率S计算。

模型参数：

表面更新率。

9、对流传质系数有哪几种求解方法，其适用情况如何？

  对流传质系数的分析解法和类比解法，仅适用于一些较为简单的传质问题；由于传质设备的结构各式各样，传质机理、尤其是湍流下的传质机理又极不完善，所以目前设计上还要靠经验方法，即通过实验整理出来的对流传质系数关联式来计算对流传质系数。

10、雷诺类比有何意义？

雷诺类比把整个边界层作为湍流区处理，但根据边界层理论，在湍流边界层中，紧贴壁面总有一层流内层存在，在层流内层进行分子传递，只有在湍流中心才进行涡流传递，故雷诺类比有一定的局限性。

第二章

1、温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响？

加压和降温有利于吸收操作，因为加压和降温可提高气体溶质的溶解度。

2、亨利定律的适用条件是在一定温度小，当总压不很高时。

3、传质推动力的表达方式：

气相组成差：

△y=y-ye，液相组成差：

△x=xe-x。

气相分压差：

△p=p-pe以液相组成差：

△c=ce-c。

4、相平衡关系在吸收过程中的作用：

可以判断传质进行的方向，确定传质推动力的大小，指明传质过程所能达到的极限。

5、如何判断吸收过程是属于哪种过程控制

  对于易溶气体，H值很大，1/HkL<<1/kG，此时传质总阻力的绝大部分存在于气膜之中，吸收的总推动力主要用来克服气膜阻力，这种情况称为气膜控制。

对于难容气体，H值很小，H/kG<<1/kL，此时传质阻力的绝大部分存在于液膜之中，气膜阻力可以忽略，吸收总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力，这种情况称为液膜控制。

6、总吸收速率方程与膜吸收速率方程的不同：

总吸收速率方程多了一个有效比表面积a

 7、亨利系数很大的条件是：

温度升高，难溶气体的亨利系数大。

8、吸收剂萃取剂各为最小用量的多少倍

  吸收剂萃取剂用量都为最小用量的1.1~2.0倍。

9.质速度为气膜控制或液膜控制时为易溶还是难溶物质？

答：

气膜控制为易溶物质，液膜控制为难溶物质。

10.气体吸收时，操作线斜率代表什么意义？

答：

操作线斜率L/V称为液气比，它是溶剂与惰性气体摩尔流量的比值。

它反映单位气体处理量的溶剂消耗量的大小。

11.气体吸收时，操作线如何获得？

答：

无论是逆流操作还是并流操作的吸收塔，其操作线方程及操作线都是由物料衡算求得的，与吸收系统的平衡关系、操作条件以及设备的结构型式等均无任何牵连。

12.传质单元高度和传质单元数有何物理意义？

答：

传质单元高度反映了传质阻力的大小、填料性能的优劣以及润湿情况的好坏。

吸收过程的传质阻力越大，填料层有效比面积越小，则每个传质单元所相当的填料层高度就越大。

   传质单元数反映吸收过程进行的难易程度。

生产任务所要求的气体组成变化越大，吸收过程的平均推动力越小，则意味着过程的难度越大，此时所需的传质单元数也就越大。

13.气相总体积吸收系数与气相总吸收系数有何不同之处？

答：

体积吸收系数KYa是有效比表面积和吸收系数的乘积；体积吸收系数是表示填料层传质特性的动力学参数；体积吸收系数的物理意义：

在推动力为一个单位的情况下，单位时间，单位体积，填料层内所吸收溶质的量。

14.脱吸因数和吸收因数有何物理意义？

答：

\*MERGEFORMAT称为脱吸因数，是平衡线斜率与操作线斜率的比值，量纲为一。

\*MERGEFORMAT,即脱吸因素S的倒数，称为吸收因数，它是操作线斜率与平衡线斜率的比值，量纲为一。

15.吸收塔计算中的理论级表示何种含义？

答：

设填料层由N级组成，吸收剂从塔顶进入第Ｉ级，逐级向下流动，最后从塔底第N级流出；原料气则从塔底进入第N级，逐级向上流动，最后从塔顶第Ｉ级排出。

在每一级上，气液两相密切接触，溶质组分由气相向液相转移。

若离开某一级时，气液两相的组成达到平衡，则称该级为一个理论级，或称为一层理论板。

16.填料层的等板高度表示何种含义？

答：

等板高度HETP是指分离效果与一个理论级（或一层理论板）的作用相当的填料层高度，又称当量高度。

等板高度与分离物系的物性、操作条件及填料的结构参数有关。

17.多组分吸收非关键组分操作线斜率与关键组分操作线斜率区别如何？

答：

斜率：

轻组分>关键组分>重组分

18.常用解吸方法有哪些？

答：

（1）气提解吸（以空气、氮气、二氧化碳作载气，又称为惰性气体气提以水蒸气作载气，同时又兼作加热热源的解吸常称为汽提以吸收剂蒸汽作为载气的解吸。

）

（2）减压解吸（3）加热解吸（4）加热—减压解吸。

19.选择吸收剂有哪些基本原则？

答：

（1）溶解度   吸收剂对溶质组分的溶解度要大，这样可以提高吸收速率并减少吸收剂的耗用量。

（2）选择性   吸收剂对溶质组分要有良好的吸收能力，而对混合气体中的其他组分无吸收或吸收甚微，否则不能直接实现有效的分离。

（3）挥发度   操作温度下吸收剂的蒸汽压要低，因为吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和，吸收剂的挥发度越高，其损失量便越大。

（4）黏度   吸收剂在操作温度下的黏度越低，其在塔内的流动性越好，这有助于传质速率和传热速率的提高。

（5）所选用的吸收剂还应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。

20.什么情况下选择化学吸收？

答：

①净化或精制气体②制取某种气体的液态产品③分离混合气体以回收所需组分④工业废气的治理。

第三章

1.多组分精馏如何计算泡点、露点？

（1）泡点及平衡气相组成的计算

因y1+y2+……+yn=1，将其带入ki=yi/xi可得

\*MERGEFORMAT。

要应用试差法，即先假设泡点，根据已知的压力和所设的温度，求出所设的温度，求出平衡常数，再核对

\*MERGEFORMAT是否等于1。

若是，则所设的泡点正确，否则应另设温度，重复上面的计算，直至

\*MERGEFORMAT≈1为止，此时的温度和气相温度即为所求。

（2）露点和平衡液相组成的计算

因x1+x2+……+xn=1将其带入ki=yi/xi可得

\*MERGEFORMAT应用试差法，也可用相对挥发度法。

2.多组分精馏如何确定关键组分？

在待分离的多组分溶液中，选取工艺中最关心的两个组分，规定它们在塔顶和塔底产品中的组成或回收率，那么在一定的分离条件下，所需的理论板层数和其他组分的组成也随之而定。

由于所选定的两个组分对多组分溶液的分离起控制作用，故称它们为关键组分，其中挥发度高的那个组分称为轻关键组分，挥发度低的称为重关键组分。

3.何为清晰分割，何为非清晰分割？

清晰分割：

若两关键组分的相对挥发度相差较大，且两者为相邻组分，此时可认为比重关键组分还重的组分全部在塔底产品中，比轻关键组分还轻的组分全部在塔顶产品中，这种情况称为清晰分割。

非清晰分割：

若两关键组分不是相邻组分，则塔顶和塔底产品中必有中间组分；或者，若进料中关键组分的相对挥发度与关键组分的相差不大，则塔顶产品中就含有比重关键组分还重的组分，塔底产品中就会含有比轻关键组分还轻的组分。

上述两种情况称为非清晰分割。

4.多组分精馏如何确定最小回流比？

恩德伍德公式：

\*MERGEFORMAT

\*MERGEFORMAT 

\*MERGEFORMAT    先用试差法求出θ，再求出Rmin

5.多组分精馏如何进行进料板位置确定计算？

仿照两组分精馏计算中所采用的方法;若为泡点进料，则用经验公式计算：

\*MERGEFORMAT2]

第四章

1、 塔板有哪些主要类型？

塔板可分为：

降液管式塔板和无降液管式塔板

降液管式塔板：

泡罩塔板、筛孔塔板、浮阀塔板、喷射型塔板（舌型塔板、浮舌塔板、斜孔塔板）

2、板式塔的流体力学性能包括哪些方面？

⑴塔板上气液两相的接触状态

1）鼓泡接触状态2）蜂窝状接触状态3）泡沫接触状态4）喷射接触状态

⑵气体通过塔板的压降⑶塔板上的液面落差

3、异常操作现象，是如何形成的？

塔板的异常操作现象包括漏液、液泛和液沫夹带。

⑴漏液  形成原因：

气速太小和板面上液面落差所引起的气流分布不均匀，在塔板液体入口处，液层较厚，往往出现漏液

⑵液沫夹带  形成原因：

上升气流穿过塔板上层时，必然将部分液体分散成微小液滴，气体夹带着这些液滴在板间的空间上升，如液滴来不及沉降分离，则将随气体进入上层塔板，这就是液沫夹带现象。

影响雾沫夹带量的因素很多，最主要的是空塔气速和塔板间距。

空塔气速减小及塔板间距增大，可使液沫夹带量减小。

⑶液泛  形成原因：

液泛的形成与气液两相的流量有关。

对一定的液体流量，气速过大会形成液泛；反之，对一定的气体流量，液量过大可能发生液泛。

还与塔板结构，特别是塔板间距等参数有关。

4、评价踏板性能的指标有哪些方面，开发新型塔板应考虑哪些问题？

⑴性能指标：

①生产能力大，即单位塔截面上气体和液体的通量大

②踏板效率高，即完成一定的分离任务所需的板数少

③压降低，即气体通过单板的压降低，能耗低

④操作弹性大，当操作的气液负荷波动时仍能维持板效率的基本稳定。

⑤结构简单，制造维修方便，造价低廉

⑵新型塔板应满足高效率、大通量、高操作弹性、低压力降的要求。

5、塔板负荷性能图的构造如何？

①雾沫夹带线

②液相负荷下限线

③漏液线

④液相负荷上限线

⑤液泛线

6、填料有哪些主要类型？

⑴散装填料

1）拉西环填料2）鲍尔环填料3）阶梯环填料4）弧鞍填料5）矩鞍填料6）金属环矩鞍填料7）球形填料

⑵规整填料

 1）格栅填料2）波纹填料3）脉冲填料

7、填料的几何特性包括哪些参数？

填料的几何特性主要包括：

比表面积、空隙率、填料因子。

8、填料塔吸收塔泛点速度如何确定？

填料的泛点气速由贝恩-霍根关联式进行计算：

埃克特通用关联图：

第五章

1.萃取操作的基本原理是什么？

在液体混合物中加入一个与基本不相混溶的液体作为溶剂，造成第二相；利用原料液中各组分在两个液相之间的分配关系来分离液体混合物。

2.共轭相、联结线、临界混溶点、辅助曲线各表示何意义？

曲线以内的区域为两相区，以外的区域为均相区，位于两相区内的混合物分为两个互相平衡的液相，称为共轭相。

联结两共轭液相组成的直线称为联结线。

辅助曲线与溶解度曲线相交，得交点P，通过P点的联结线无限短，即该点所代表的平衡液相无共轭相，相当于该系统的临界状态，故该点P为临界混溶点。

辅助曲线：

通过已知点R1、R2等分别作底边BS的平行线，再通过相应联结线的另一端点E1、E2等分别作左侧边AB边的平行线，这些平行线分别交与F、G……，联接这些点所得平滑曲线即为辅助曲线。

3.分配系数和选择性系数各表示什么意义？

分配系数：

ka=ya/xa

分配系数ka表达了溶质在两个平衡液相中的分配关系。

Ka值越大，萃取分离的效果越好。

Ka值与联结线的斜率有关，同一物系，ka值随温度和组成而变。

选择性系数：

β=ka/kb（ka、kb为组分A、B的分配系数）

选择性系数为组分A、B的分配系数之比，若β>1，则A、B组分能分离，且β越大，越易分离；若β=1，则A、B组分不能用此萃取剂分离。

4.溶解度曲线和分配曲线有何联系？

以溶解度曲线上的萃余相R中组分A的质量分数xa为横坐标，以萃取相E中组分A的质量分数为纵坐标，则可以在x—y直角坐标图上得到表示这一对共轭相组成的点，每一对共轭相可得一个点，将这些点相连接即可得分配曲线。

分配曲线表达了溶质A在互成平衡的E相与R相中的分配关系。

5.单级萃取如何计算？

6.多级错流萃取有何特点？

1）.每一级均加入新鲜萃取剂；2）.萃取后的萃取相作为下一级的原料液；3）.多级错流萃取的总溶剂用量等于各级溶剂用量之和；4）.一般各级溶剂用量均相等。

7.多级错流萃取的级数如何计算？

1）B与S部分互溶：

2）B与S不互溶：

n=ln[XF—（YS/K）/Xn—（YS/K）]/ln（1+Am）

8.多级逆流萃取如何计算？

n=ln[（1—1/Am）（XF—YS/K）/（Xn—YS/K）+1/Am]/lnAm

9.为强化萃取传质过程采取哪些措施？

脉冲、振荡、转盘

10.膜分离原理如何？

膜分离过程是利用流体混合物中组分在特定的半透膜中迁移速度的不同，经半透膜的渗透作用，改变混合物的组成，达到组分间的分离。

  原料混合物通过膜后被分离成一个截留物和一个透过物。

通常原料混合物、截留物、透过物为液体或气体。

半透膜可以是薄的均质聚合物膜，也可以是多孔聚合物、陶瓷或金属材料的薄膜。

有时在膜的透过物一侧加入一个吹扫流体以帮助移除透过物。

11.超临界萃取原理是什么？

超临界流体萃取，又称超临界萃取、压力流体萃取、超临界气体萃取。

它是以高压、高密度的超临界状态流体为溶剂，从液体或固体中萃取所需的组分，然后采用升温、降压或二者兼用和吸收（吸附）等手段将溶剂与所萃取的组分分离。

12.举例说明超临界萃取有哪些应用？

（1）利用超临界CO2分离提取天然产物中的有效成分：

如从咖啡豆中脱除咖啡因。

（2）稀水溶液中有机物的分离：

如生产酒精、醋酸等化工产品。

（3）超临界萃取在生化工程的应用：

如利用超临界CO2萃取氨基酸、再生产链球霉素时利用超临界CO2萃取去除甲醇等有机溶剂以及从单细胞蛋白游离物中提取脂类等。

（4）活性炭的再生。

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