2019年《传质与分离技术》复习提纲
一、概念：
1、在精馏段,气相在上升的过程中，气相轻组分不断得到精制，在气相中不断地增浓，在塔顶获轻组分产品。
2、在提馏段，其液相在下降的过程中，其轻组分不断地提馏出来，使重组分在液相中不断地被浓缩，在塔底获得重组分的产品。
3、简单连续精馏塔是指常规连续精馏塔，塔顶设有冷凝器，塔底设有再沸器，具有一个进料，分离出塔顶和塔底两个产品。
4、回流比R是精馏过程的设计和操作的重要参数。R直接影响精馏塔的分离能力和系统的能耗，同时也影响设备的结构尺寸。其数值的确定由设计者选定，从耗能角度考虑宜取低限，对难分离的物系应取高限。
5、填料塔中为使流向塔壁的液体能重新流回塔中心部位，一般在液体流过一定高度的填料层后装置一个液体再分布器。
6、串级回路：是在简单调节系统基础上发展起来的。在结构上，串级回路调节系统有两个闭合回路。主、副调节器串联，主调节器的输出为副调节器的给定值，系统通过副调节器的输出操纵调节阀动作，实现对主参数的定值调节。
7、吸收操作的分离依据是混合物各组分在某种溶剂（吸收剂）中溶解度的差异，从而达到的目的。
8、使溶液中的易挥发性溶质释放出来的操作过程，称为解吸，为了回收吸收剂，通常采用解吸操作，使吸收剂与被吸收的溶质分离，循环使用。
9、分程控制：就是由一只调节器的输出信号控制两只或更多的调节阀，每只调节阀在调节器的输出信号的某段范围中工作。
10、间歇精馏只有提馏段，没有精馏段。
11、分离按气液接触情况分为逐级式和连续式，其中板式塔属于逐级式，填料塔属于连续式。
12、恒沸精馏和萃取精馏都需要在混合液中加入第三个组分，其目的是加入第三个组分，改变原有组分的相对挥发度，使之能用普通的精馏方法分离。总压一定时，恒沸精馏形成的恒沸物，其组成和温度都是恒定的。
13、亨利定律有3种表达方式，在总压P< 5 atm下，若P增大，则m降低，E降低，H升高；若温度降低，则m降低，E降低，H升高。
14、板式塔从整体上看气液两相呈逆流接触，在板上气液两相呈错流接触。
15、溶液被加热到鼓起第一个气泡时的温度称为泡点温度。
16、比较易溶气体与难溶气体E、H、m的大小：E（易溶）< E（难溶）；H（易溶）>H(难溶)；m（易溶）< m（难溶）
17、双膜理论的要点：(1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄（等效厚度分别为δ1 和δ2 ）的流体膜层。溶质以分子扩散方式通过此两膜层。(2) 相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。(3) 在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内。
18、在相际传质过程中，若溶质A在两相的组成相等，A在两相间的传递就没有了，原因为：若溶质A在两相的组成相等,则在相界面两侧存在溶质A分子传递的动态平衡，即单位时间进入两相的溶质A的物质的量相等。
19、精馏实际生产中，入塔原料可有五种不同的热状态：
(1) 温度低于泡点的冷液体；
(2) 泡点下的饱和液体；
(3) 温度介于泡点和露点之间的汽液两相混合物；
(4) 露点下的饱和蒸汽 ； (5) 温度高于露点的过热蒸汽 。 q 值的含义：
进料液的摩尔汽化热
的热进料变成饱和蒸汽所需量
kmol 1=--=
L V F V I I I I q
q 值的取值范围：
20、精馏过程中，塔板上降液管的作用为：提供液体向下流动的通道；溢流堰的作用为：保证塔板上有一定厚度的液层，使气液两相充分接触，提高传质效率。 21、吸收总系数和膜系数之间的关系：
22、灵敏板：精馏过程中，操作条件变化时，温度改变最显著的塔板。以该塔板上的温度监控全塔的操作状态，有利于对精馏塔进行预见性调节。 23、英文翻译：
（1）Condenser ——冷凝器； （2）Inert gas ——惰性气体；（3）Rectifying section ——精馏段；（4）Packed Tower ——填料塔；（5）Gas Absorption ——气体吸收；（6）Stripping section ——提馏段； （7）Reboiler ——再沸器；（8）Absorbent ——吸收剂；（9）Physical absorption ——物理吸收；
（10）Relative humidity——相对湿度。（11）Liquid reflux——液相回流；
（12）Bottoms product——塔釜产品；（13）Vapor reflux——气相回流；（14）Feed——进料。
24、分凝器和再沸器中气液两相呈气液平衡状态，因此分凝器和再沸器都可以看做理论板。
25、塔板的负荷性能图中的负荷曲线包括：雾沫夹带线；液泛线；液相负荷上限线；漏液线；液相负荷上限线。
26、塔板上溢流堰的作用是：维持塔板上存在一定厚度的液体层。
27、干燥过程中，干球温度、湿球温度、绝热饱和温度、露点温度【】三者关系：
对于不饱和空气
对于饱和空气
湿球温度计所指示的温度，不是空气的真实温度，而是湿纱布中水分的温度。
28、物料中的水分之间的关系：
(1)结合水分:与物料间结合力较强，其蒸汽压低于同温度纯水的饱和蒸汽压。
(2)非结合水分：非结合水分的蒸汽压等于同温度下纯水的饱和蒸汽压，易于去除。
(3)平衡水分：物料中所含有的不因和空气接触时间的延长而改变的水分，这种恒定的含水量称为该
物料在一定空气状态下的平衡水分，用X*表示。
(4)自由水分：物料中超过平衡水分的那一部分，称为水分。
29、在一定空气状态下干燥某物料，能用干燥方法除去的水分为自由水分；首先除去的水分为非结合水分；不能用干燥方法除的水分为平衡水分。
30、相对湿度φ值可以反映湿空气吸收水汽能力的大小，当φ值大时，表示该湿空气的吸收水汽的能力弱；当φ=0时。表示该空气为绝干空气。
31、湿空气的性质：
（1）相对湿度（Relative humidity）：
%
100
?
=
s
p
p
?
s
s
p
P
p
H
?
?
-
=622
.0
（2）湿比容H (Humid volume) 或干基湿比容(m3/kg绝干气体)：
)
273
)(
004557
.0
002835
.0(+
+
=t
H
v
H
（3）湿比热c H (Humid heat)或干基湿比热J/(kg绝干气体·℃)：
H
c
H
884
.1
005
.1+
=
（4）湿焓i H (Total enthalpy) 或干基湿焓(kJ/kg绝干气体)：
H
t
H
I
H
27
.
2491
)
884
.1
005
.1(+
+
=
32、干燥过程的物料衡算：)
(
)
(
1
2
2
1
H
H
L
X
X
G
W
c
-
=
-
=
33、干燥过程提高热效率的途径包括：（1）提高空气预热温度。（2）降低废气出口温度，但废气在离开设备之前的温度的限制是高于干燥介质露点温度20-50℃，以防止湿空气会析出水滴使物料返潮。（3）回收废气中的热量。（4）加强干燥设备和管道的保温，减少热损失。
二、作图题:
根据附图中所表示的双塔吸收的流程方案，示意绘出与流程相对应的平衡线和操作线，并用图中表示浓度的符号表明各操作线端点坐标。
三、计算题
1、如下图所示，在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液组成为0.5（易挥发组分摩尔分率，下同），泡点进料。塔顶采用分凝器和全凝器，分凝器向塔内提供泡点温度的回流，其组成为0.88，从全凝器得到塔顶产品，其组成为0.95。要求易挥发组分的回收率为96%，并测得离开塔顶第一层理论板的液相组成为0.79，试求：
（1） 操作回流比为最小回流比的倍数？
（2） 若馏出液流量为50Kmol/h ，求需要的原料液流量？
解：由于塔顶采用分凝器和全凝器，且分凝器向塔内提供泡点回流，所以分凝器相当于一层理论板 泡点进料：88.0;95.000===x x y D 由相平衡关系x
x
y )1(1-+=
αα得000)1(1x x y -+=αα
将数据代入可得：59.2=α 由气液平衡方程得907.0)159.2(159.21
1
1=-+=
x x y ，对第二块塔板而言上升蒸汽的组成y 1与x 0符合精馏段
操作线方程，则1
101+++=
R x x R R
y D 得593.1=R 分凝器
全凝器
泡点进料，1=q 5.0==F q x x 721.0)1(1=-+=
=F
F
F q x x y y αα
036.15
.0721.0721
.095.0min =--=--=
∴F q F D x y y x R
538.1036
.1593.1min ==∴
R R 即min 54.1R R = （2）馏出液易挥发组分的回收率 %96%100=?=
F
D
Fx Dx η )/(96.985
.096.095
.05096.0h Kmol x Dx F F D =??==
∴
2、用一精馏塔分离二元液体混合物，进料量100kmol/h ，易挥发组分x F =0.5，泡点进料，得塔顶产品x D =0.9，塔底釜液x W =0.05（皆摩尔分率），操作回流比R=1.61，该物系平均相对挥发度α=2.25，塔顶为全凝器，求：
(1) 塔顶和塔底的产品量（kmol/h ）？ (2) 第一块塔板下降的液体组成x 1为多少？ (3) 写出提馏段操作线方程？ (4) 最小回流比？
解：（1）塔顶和塔底的产品量（kmol/h ）；
F=D+W=100 （1） 505.010005.09.0=?==?+?F Fx W D （2） 上述两式联立求解得 W=47.06kmol/h D=52.94kmol/h （2）第一块塔板下降的液体组成x 1为多少； 因塔顶为全凝器， 1
1
1)1(1x x y x D -+=
=αα
80.09
.025.125.29
.0)1(111=?-=--=
y y x αα
（3）写出提馏段操作线数值方程；
17.13894.5261.2)1(=?=+=='D R V V 23.18510094.5261.1=+?=+=+='F RD qF L L
则 017.034.117.13805.006.4717.13823.1851-'=?-'='-'''='+m
m
W m m
x x V Wx x V L y
（4）最小回流比。
泡点进料，q =1, 5.0==F q x x 692.05
.025.115
.025.2)1(1=?+?=-+=
q q q x x y αα
083.15
.0692.0692
.09.0min =--=
--=
q
q q D x y y x R
3、在连续精馏塔中分离两组分理想溶液，原料液流量为100 Kmol/h ，组成为0.3（易挥发组分的摩尔分率），
其精馏段和提馏段的操作线方程分别为：0343
.0686.1257.0714.0-=+=x y x y
试求：（1）塔顶馏出液流量和精馏段下降液体流量，Kmol/h ； （2）进料热状态参数q 值。
解：（1）由题意可知F=100 Kmol/h ，3.0=F x ，由精馏段操作线方程257.0714.0+=x y 可得：
5.2714.01=?=+R R R
90.0257.01
=?=+D D x R x 由
x
y x y =-=0343
.0686.1联立得05.0=w x
根据精馏塔全塔物料衡算式W
D F Wx Dx Fx w D F +=+= 带入数据得：
W
D W D +=?+?=?10005.090.03.0100
求出：h Kmol D /4.29= h Kmol W /6.70= h Kmol RD L /5.735.24.29=?== （2）联立提馏段操作线方程0343.0686.1-=x y 及
可得
686.1)
1(1004.29)15.2(1004.295.2686.1)1()1(=-?-?+?+??=--++q q
F q D R qF RD
计算得:进料热状态参数1=q
4、在一填料吸收塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的溶质，两相逆流操作，气体进入塔的组成为0.04（摩尔比，下同），气体出塔组成为0.01，操作液气比为1.15，在操作条件下气液平衡关系为Y=1.15X 。若增加一个完全相同的填料塔，两塔按串联逆流操作组合，其他条件不变，求此时气体的出塔组成？ 解：由题意可知纯溶剂吸收02=X ，04.01=Y ,01.02=Y ,15.1=V
L
,相平衡方程Y=1.15X 由物料衡算方程)()(2121X X L Y Y V G A -=-=
可得: 026.0)01.004.0(15
.11)(2121=-=
-+
=Y Y L V X X 由于
15.1==m V L
所以97.2026.015.104.001.004.004.001.004.01
*
1121
=?--=--=--=mX Y Y Y Y N OG 填料层有效高度 97
.297.2.Z
H H H N Z OG OG OG OG =
?== 若增加一个完全相同的填料塔，由于按串联逆流操作，所以增加后的填料层传质单元高度OG H 不变。 增加填料塔后的传质单元高度94.597.2297.22'
'
'
=?=?===
OG OG OG
OG N Z H N Z H
又因为00576.094.504.004.0'22
'2'2*2'2'2*2'2'21'
=?=--=--=--=Y mX Y Y Y Y Y Y Y Y Y N
OG
由物料衡算
0298.00)00576.004.0(15
.11
)()()(2'21'
12'1'21=+-=+-=
?-=-X Y Y L V X X X L Y Y V 所以增加一个完全相同的填料塔后出塔的气液相相组成为 00576.0'
2=Y ；0298.0'
1=X 。
5、某生产车间使用一填料塔，用清水逆流吸收混合气中有害组分A ，已知操作条件下，气相总传质单元高度为1.5m ，进料混合气组成为0.04（组分A 的mol 分率，下同），出塔尾气组成为0.0053，出塔水溶液浓度为0.0128，操作条件下的平衡关系为Y=2.5X （X 、Y 均为摩尔比），试求： 1）L/V 为(L/V)min 的多少倍？ 2）所需填料层高度？
3）若气液流量和初始组成均不变，要求最终的尾气排放浓度降至0.0033，求此时所需填料层高度为若干米？
6、 常压下以温度为20℃，温度为0.01kg/kg 绝干气的新鲜空气为干燥介质，干燥某种物料，空气在预热器中被加热至120℃后送入干燥器，离开干燥器时的温度为60℃，湿度为0.05 kg/kg 绝干气。湿物料的初始温度为30℃，湿基含水率为20%，干燥后的产品量为60kg/h ，湿基含水量为5%，物料温度为50℃，绝干物料比热容为1.0KJ/kg ℃，忽略热损失，求： 风机入口体积的流量， 预热器消耗的热量 向干燥器补充的热量 解：（1）风机入口体积的流量
先求绝干空气耗量L ，再利用湿空气比容求空气体积流量
12H H W
L -=
Θ，其中h kg w G G /57)05.01(60)1(22=-?=-=
h
kg X X G W /25.11)053.025.0(57)05
.0105
.02.012.0(57)(21=-?=---?=-=h
kg L /3.28101.005.025
.11=-=∴
绝干气
湿空气kg /842.027320
273)01.0244.1772.0(100133.1273273)244.1772.0(35
00m P t H v H =+??+=??
++=Θ
h m Lv V H /9.236842.03.2813=?==∴风机入口体积流量为
（2）预热器消耗的热量
h
kJ t t H L t t LC I I L Q H P /28980)20120()01.088.101.1(3.281))(88.101.1()()(0100101=-??+?=-+=-=-=
（3）向干燥器补充的热量
L D Q I I G I I L Q +-+-=)()('1'
212
湿空气的焓H t H I 2490)88.101.1(++=，则
绝干气绝干气
kg kJ I kg kJ I /7.19005.0249060)05.088.101.1(/4.14801.02490120)01.088.101.1(21=?+??+==?+??+=
湿物料的焓
θθ)(w s m XC C C I +==‘，则
绝干料绝干料
kg kJ I kg kJ I /0.6150)187.4053.00.1(/4.6130)187.425.00.1('2'1=??+==??+=
h kJ Q D /2.118760)4.610.61(57)4.1487.190(3.281=+-?+-?=∴
7、在某干燥器中干燥砂糖晶体，处理量为100kg/h ，要求将湿基含水量由40％减至5％。干燥介质为干球温度20℃，湿度为0.01kg/kg 干气的空气，经预热器加热至80℃后送至干燥器内。空气在干燥器内为等焓变化过程，空气离开干燥器时温度为30℃，总压为101.3kPa 。试求：（1）水分汽化量；（2）干燥产品量；（3）湿空气的消耗量；（4）预热器向空气提供的热量。解：（1）水分汽化量
kg/h 84.3610005
.0105
.04.01111221121121=?--=--=---=G w w w G w w G G G W －＝ 或 干料kg/kg 3
2
4.014.01111=-=-=
w w X 干料kg/kg 19
1
05.0105.01222=-=-=
w w X kg/h 60)4.01(100)1(11=-?=-=w G G C
kg/h 84.36)19
1
32(6021=-?=-=）（X X G W C
（2）干燥产品量
kg/h 16.6384.3610012=-=-=W G G
（3）由干气kg/kg 01.00=H
预热后 干气kg/kg 01.0,C 8011=?=H t
干气
＝＋＝kJ/kg 22.10701.0249280)01.088.101.1(2492)88.101.1(1
111???+++=H t H I
出口空气：等焓过程12I I =
即 22.1072492)88.101.1(222=++H t H
22.107249230)88.101.1(22=+??+H H
得：干气kg/kg 03.02=H 而 ）（12H H L W -= kg/h 184201
.003.084
.3612=-=-=
H H W L
湿空气用量
kg/h 1860)01.01(1842)1(0'=+?=+=H L L （4）预热器中的加热量：
kW
58.31)2080()01.088.101.1(3600
1842
)()(0101=-??+?=-=-=t t Lc I I L Q H p