化学交换反应法分离硼同位素的数学模型
摘要: 采用化学交换反应法,针对三氟化硼2苯甲醚分离体系,研究了硼同位素分离生产过程的特点,建立了交换精馏塔的稳态数学模型,并利用Matlab 程序进行模型求解,得到了不同分离要求和操作条件对交换精馏塔理论塔板数的影响。当增大所需同位素丰度或改变分离温度以及回流比时,都会使得理论塔板数增加或减少。该数学模型可以指导工艺设备的改进和优化,为下一步的放大和操作过程提供了理论依据。
关键词: 硼同位素; 分离; 化学交换反应法; 三氟化硼2苯甲醚络合物; 数学模型
第二次世界大战爆发后,由于军事原子能工业发展的需要,同位素分离进入工业规模生产阶段,特别是重氢同位素和10B 同位素发展较快。硼有两种稳定同位素:10B 和11B ,10B 在自然界中的丰度为19. 8 %,大量的为11 B ,占80. 2 %。由于10B 具有对中子的吸收特性,因而在现代工业及军事装备上得到广泛应用[1 ] ,另外在医学方面,10B 在癌症治疗上也得到了很好的应用[2 ,3 ] 。富集10B 同位素的方法从分离提纯技术上看,主要分为以下5 种[4～6 ] : ①三氟化硼化学交换精馏法; ②三氟化硼低温蒸馏法; ③离子交换树脂法; ④激光分离法; ⑤电磁法。其中只有化学交换精馏法实现了工业化生产,而三氟化硼化学交换体系经历了乙醚法、甲醚法及苯甲醚法。目前对硼同位素分离生产过程都采用传统的精密精馏中的Smoker 公式进行近似计算,但是硼同位素在分离过程中有其自身的特点,因此本工作拟针对三氟化硼2苯甲醚络合物与三氟化硼化学交换体系分离生产10 B 的过程特点建立交换精馏塔的稳态数学模型。
1 分离系数α与平衡常数K
化学交换精馏塔的每块理论板上都可以进行轻重同位素的一次分离,虽然一次分离效应很小,但用塔的形式把各块塔板串联起来,就可以获得多次分离,使塔顶与塔底的同位素丰度相差数倍。理论塔板的分离单元示于图1 。图1 中L ,V 分别为单位时间内通过分离单元的液相和气相中同位素混合物的量(mol) ; xi , yi
为第i 块理论塔板中反应平衡时气相和液相中10 B 的摩尔百分数。分离系数αi 是硼同位素分离中最重要的特征参数,它直接反应了分离效果的好坏,αi越大,分离能力越强,所以αi 是选择分离方法和采用物系的主要依据。αi 可由一个单元分离过程定义,可由公式(1) 表示:
图1 分离单元图
αi =x i (1 - y i )/y i (1 - x i ) (1)
(1) 式中xi / (1 - xi ) 为在液相中的10B 同位素相对丰度, yi / (1 - yi ) 为在气相中的10B 同位素相对丰度。离开分离单元的相必须处在同位素平衡和相平衡状态。在化学交换反应过程中存在着4 种分子:10BF3 、C6 H5OCH3 ·10 BF3 、11 BF3 、C6 H5OCH3·11BF3 。天然物质中同一种同位素的丰度基本相同,所以它们在接触前存在(2) 式的关系:
c(C6 H5OCH3 ·10BF3 )/c(C6 H5OCH3 ·11BF3 )=c(10BF3 )/c(11BF3 ) (2)
(2) 式中c 为摩尔浓度。但是随着交换反应的进行, (3) 式所示的反应使得(2) 式不再成立。
C6 H5OCH3 ·11BF3 (1) + 10BF3 (g) =C6 H5OCH3 ·10BF3 (1) + 11BF3 (g) (3)
(3) 式所示的反应为同位素化学交换反应,这一反应的结果是10B 在液相中富集,11 B 在气相中富集。实际上只是发生了同位素位置的交换,并无化学变化,可认为是真正的可逆反应。但该反应中有能量的变化,因为在该化学交换反应过程中:
- △F°= 75. 429 J / mol , - △H°=201. 1 J / mol , - △S°= 0. 419 J / K·mol[7 ] 。
当反应系统达到化学平衡状态后,
c(C6 H5OCH3 ·10BF3 )/c(C6 H5OCH3 ·11BF3 ) = Kθ c(11BF3 )/c(10BF3 ) (4)
(4) 式中Kθ为化学交换反应的反应平衡常数,用(5) 式表示:
Kθ =c(C6 H5OCH3 ·10BF3 )/c(C6 H5OCH3 ·11BF3 )=c(11BF3 )/c(10BF3 ) (5)
由热力学可知, K 与交换反应前后的标准状态的摩尔吉布斯函数变化ΔrGmθ
的关系为:
Δr G mθ = - R Tln Kθ (6)
Δr G mθ =Δr H mθ - TΔr S mθ (7)
将△H°、△S°代入式(7) ,则有:
Δr G mθ = - 2 011. 1 - T ×( - 0. 419) =- 201. 1 + 0. 419 T
反应温度为298. 15 K 时,ΔrGmθ= -76. 175 J / mol ,由式(6) 可得:
Kθ298. 15 = exp (- Δr G mθ/RT) =exp ( 76. 175/(8. 3145 ×298. 15)) = 1. 0312
由热力学推导可得:
lnKθ2/Kθ1=201. 1/R( 1/T2-1/T1)
令Kθ1= Kθ298. 15 = 1. 031 2 ,则:
ln Kθ2= ln1. 031 2 +201. 1/8. 314 5( 1/T2-1/298. 15)=24. 186 7T- 0. 050 4 (8)
当(3) 式达到平衡后,存在(9) 式
x =c(C6 H5OCH3 ·10BF3 )/c(C6 H5OCH3 ·10BF + C6 H5OCH3 ·11BF) (9)
1 - x =c(C6 H5OCH3 ·11BF3 )/c(C6 H5OCH3 ·11BF + C6 H5OCH3 ·10BF) (10)
y =c(10BF3 )/c(10BF3 + 11BF3 ) (11)
1 - y =c(11BF3 )/c(11BF3 + 10BF3 ) (12)
由(1) 、(5) 、(9) 、(10) 、(11) 和(12) 式得:
α=( x/ (1 - x))/(y/ (1 - y) )=(c(C6 H5OCH3 ·10BF3 )/c(C6 H5OCH3 ·11BF3 ))·(c(11BF3 )/c(10BF3 ))= Kθ (13) 2 模型的建立及求解
上升的气相BF3 与下降的液相C6 H5OCH3·BF3 络合物在交换塔内形成逆流,在填料表面发生化学交换反应,10B 逐渐在液相中富集,11B在气相中富集,达
到分离的目的。分离过程示于图2 。
图2 化学交换精馏塔物理模型
在图2 中, F 是进料量(mol/ h) ;W 是塔顶产品出料量(mol/ h) ; L 是液相流量(mol/ h) ; P是塔底产品出料量( mol/ h) ; V 是气相流量(mol/ h) ; N 是理论塔板数。
在交换精馏塔中,由进料点到产品端的一段叫做富集段(或浓缩段) ,由进料点到废料段叫做剥淡段(或抽提段) 。分别对富集段、剥淡段以及全塔做物料衡算: Fy F = W y W + Py P(14)
L x N = V y N + 1 + Py P(15)
V′y M + 1 = L′x M + W y W (16)
V = R P (17)
L = P + V = ( R + 1) P (18)
2. 1 基本假设
假设: ①各理论板上汽、液相丰度均一; ②理论板上液相处于化学平衡; ③反应仅发生在液相; ④过程处于稳态; ⑤绝热操作。
2. 2 建立理论板模型
2. 2. 1 富集段理论板模型富集段中第j 块理论板i 组分的模型示于图3 。
图3 富集段理论塔板j
j 板的物料衡算方程用(19) 式表示:
V y i , j + L x i , j - V y i , j - 1 - L x i , j + 1 = 0 (19)
由(1) 式可得分离系数方程:
α=(x i , j ·(1 - y i , j ))/(y i , j ·(1 - x i , j )) (20)
由(8) 式得化学交换反应平衡方程:
ln K =24. 186 7/T - 0. 050 4 (21)
归一方程:
Σi = 1x i , j= 1 , Σi = 1y i , j = 1 (22)
2. 2. 2 剥淡段理论板模型剥淡段第j 块理论板的模型示于图4 。j 板的物料衡算方程23
式表示:
(V + F) y i , j + L x i , j - (V + F) y i , j - 1- L x i , j + 1 = 0 (23)
2. 3 模型简化
由(17) 和(18) 式可以得到:
V/P= R (24)
图4 剥淡段理论塔板j
V/L= PR/P ( R + 1) = R/R + 1 (25)
将(24) 和(25) 式代入富集段、剥淡段理论板模型中,模型可以得到相应的简化。
又因本实验中,无论气相还是液相都只有两个组分,且考察的是10B 的浓度,故而模型中的x 和y 的下标i可以去掉,归一方程也可省略。所以富集段理论板模型可简化为(26) 式:
x j + 1 =( R/R + 1)( y j - y j - 1 ) + x j (26)
同理,剥淡段理论板模型可简化为(27) 式:
x j + 1 = ( (R/R + 1)+( F/P ( R + 1))) ( y j - y j - 1 ) + x j(27)
结合(20) 、(21) 式,利用Matlab 编写计算程序进行计算求解出理论级数和同位素丰度分布。
2. 4 计算结果与分析
对于给定不同的分离要求,不同的操作条件,通过程序计算可以得到不同的理论塔板数和同位素丰度分布。本工作计算了不同条件下达到不同分离要求所需的理论塔板数,并与文献值[8 ] 进行了比较,结果列于表1 。由表1 可知,根据本工作所得数学模型模拟计算的理论塔板与文献值基本一致。数学模型是针对硼同位素分离生产过程的特点推导而出,更接近于实际生产过程,可以取代传统的Smoker 公式,因此可以说通过建立模型、编写程序逐板计算的方法,完全可以实现在不同分离要求和操作条件下,交换精馏塔理论塔板数和同位素丰度分布的计算,并且得到的结果比较可信。
3 结论
本工作建立了硼同位素分离过程中化学交换的数学模型,利用Matlab 程序对模型进行计算求解,得到了不同分离要求和操作条件下化学交换精馏塔的理论塔板数,可以指导工艺设备的改进和优化,为下一步的放大和操作过程提供理论依据。
4 结束语
由于实现了计算机远程控制,可使一线操作人员远离辐射现场。采用计算机控制使单瓶分装误差< 10 mg ,单瓶注装时间比原来缩短20 s ,提高了放射性同位素溶液分装精度、质量和生产效率。但从整个操作流程上看,本分装系统还有很大的改进空间,如可设计远程控制搬运机械手给转盘装上空瓶和灌装后取瓶,还可以设计在线剂量自动检测系统,进一步提高该系统的自动化程度。
参考文献:
[1 ] 丁元杰主编. 单片微机原理及应用[M] . 第2 版. 北京:机械工业出版社,2001. 40～801
[2 ] 郑阿奇主编. Visual Basic 实用教程[M] . 北京:电子工业出版社,2001. 147～1901
[3 ] Ono Koji ,Masunaga Shin2ichiro , Suzuki Minoru.The Combined Effect of Boronophenylalanine andBorocaptate in Boron Neut ron Capture Therapyfor SCCVII Tumors in Mice [ J ] . InternationalJournal of Radiation Oncology Biology Physics ,1999 , 43 (2) : 4322436.
[4 ] 叶定岳,周雨生. 关于同位素硼210 的分离和生产[J ] . 精细化工,1998 ,15 (1) : 37～39.
[5 ] Ryohei Nakane ,Shshei Isomura. Separation of 10Bby Low Temperature Distillation of Boron Fluor2ide2methyl Fluoride Complex [ J ] . J Nucl SciTechnol , 1966 , 3 (7) : 2672274.
[6 ] Suzuki , Kazuya. Separation of Boron Isotopes byInf rared Laser [ J ] . JAERI2Conf , 1995 , 952005(2) :1 01921 026.
[7 ] Bigeleisen J , Lee MW , Mandel F. Equilibrium I2sotope Effect s [ J ] . Annual Review of PhysicalChemist ry , 1973 , 24 : 4072440.
[8 ] Palko AA. Separation of Boron Isotopes in theBench2Scale Boron Fluoride2anisole Unit [J ] . IndEng Chem , 1959 , 51 : 1212124.
分离工程复习题库 第一部分填空题 1、分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。 2、分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。 3、汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。 4、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（泡露点方程）确定。 5、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。 6、在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。 7、吸收有（轻）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 8、对多组分吸收，当吸收气体中关键组分为重组分时，可采用（吸收蒸出塔）的流程。 9、对宽沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（进料热焓）决定，故可由（热量衡算）计算各板的温度。 10、对窄沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（组成的改变）决定，故可由（相平衡方程）计算各板的温度。 11、为表示塔传质效率的大小，可用（级效率）表示。 12、对多组分物系的分离，应将（分离要求高）或（最困难）的组分最后分离。 13、泡沫分离技术是根据（表面吸附）原理来实现的，而膜分离是根据（膜的选择渗透作用）原理来实现的。 14、新型的节能分离过程有（膜分离）、（吸附分离）。
15、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 16、分离剂可以是（能量）和（物质）。 17、Lewis提出了等价于化学位的物理量（逸度）。 18设计变量与独立量之间的关系可用下式来表示（Ni-Nv-Nc 即设计变量数-独立变 量数-约束关系） 19、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。 20、温度越咼对吸收越（不利） 21、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。 22、用于吸收过程的相平衡关系可表示为（V - SL ）。 23、精馏有（两个）个关键组分，这是由于（双向传质）的缘故。 24、精馏过程的不可逆性表现在三个方面，即（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）和（通过一定浓度梯度 的质量传递或者不同化学位物流的直接混合） 25、通过精馏多级平衡过程的计算，可以决定完成一定分离任务所需的（理论板数）, 为表示塔实际传质效率的大小，则用（级效率）加以考虑。 27、常用吸附剂有（硅胶），（活性氧化铝），（活性炭）。 28、恒沸剂与组分形成最低温度的恒沸物时，恒沸剂从塔（顶）出来。 29、分离要求越高，精馏过程所需的最少理论板数（越多）。 30、回流比是（可调）设计变量。 第二部分选择题 1下列哪一个是速率分离过程（） a. 蒸馏 b.吸收 c.膜分离 d.离心分离
专科《分离工程》 一、 ( 共46题,共150分) 1. 按所依据的物理化学原理, 传质分离过程能够分为________分离过程和 ________分离过程, 常见的平衡分离过程有________、 ________、 ________。( 5分) .标准答案: 1. 平衡;2. 速率;3. 精馏;4. 吸收;5. 闪蒸; 2. 表征表征能量被利用的程度有两类效率: ____________和____________。要降低分离过程的能耗, 提高其____________效率, 就应该采取措施减小过程的有效能损失。有效能损失是由____________引起的。 ( 4分) .标准答案: 1. 热效率;2. 热力学效率;3. 热力学;4. 过程的不可逆性; 3. 泡露点计算是分离过程设计中最基本的汽液平衡计算, 按规定哪些变量和计算哪些变量可分为如下四种类型: ________________________、 ________________________、 ________________________和 ________________________。 ( 4分) .标准答案: 1. 泡点温度计算;2. 泡点压力计算;3. 露点温度计算;4. 泡点压力计算; 4. 影响气液传质设备处理能力的主要因素有________、 ________、 ________和________。 ( 4分) .标准答案: 1. 液泛;2. 雾沫夹带;3. 压力降;4. 停留时间; 5. 多组分多级分离过程严格计算中围绕非平衡级所建立的MERQ方程分别是指 ________________________、 ________________________、 ________________________和________________________。 ( 4分) .标准答案: 1. 物料衡算方程;2. 能量衡算方程;3. 传递方程;4. 界面相平衡方程; 6. 常见的精馏过程节能途径有________________________________________、 ________________________________________、 ________________________________________。 ( 3分) .标准答案: 1. 单个精馏塔的调优节能;2. 精馏系统的综合优化节能;3. 精馏系统与整个工艺过程的综合优化节能; 7. 理想气体和理想溶液混合物传热速率________最小分离功, 非理想溶液混和物传热速率________最小分离功, 最小分离功的大小标志着________。 ( 3分) .标准答案: 1. 等于;2. 不等于;3. 物质分离的难易程度; 8. 假设相对挥发度与组成关系不大且不同组分的塔板效率相同, 经过对若干不同组分系统的精馏计算结果分析研究发现, ( )下组分的分配比接近于实际操作回流比下的组分分配比。 ( 2分) A.高回流比 B.低回流比 C.全回流 D.最小回流比 .标准答案: C 9. 在多组分混合物的吸收过程中, 不同组分和不同塔段的吸收程度是不同的。( )一般主要在靠近塔顶的几级被吸收, 在其余级变化很小。 ( 2分) A.轻关键组分 B.重关键组分 C.轻非关键组分 D.重非关键组分 .标准答案: C 10. 多组分精馏与多组分吸收过程均不能对所有组分规定分离要求, 而只能对分离操作中起关键作用的组分即关键组分规定分离要求, 其中多组分精馏过程最多只能有( )个关键组分, 多组分吸收过程最多只能有( )个关键组分。 ( 2分)
化工分离过程试题库(复习重点) 第一部分填空题 1、分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。 2、分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。 3、汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。 4、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（泡露点方程）确定。 5、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。 6、在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。 7、吸收有（轻）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 8、对多组分吸收，当吸收气体中关键组分为重组分时，可采用（吸收蒸出塔）的流程。 9、对宽沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（进料热焓）决定，故可由（热量衡算）计算各板的温度。 10、对窄沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（组成的改变）决定，故可由（相平衡方程）计算各板的温度。 11、为表示塔传质效率的大小，可用（级效率）表示。 12、对多组分物系的分离，应将（分离要求高）或（最困难）的组分最后分离。 13、泡沫分离技术是根据（表面吸附）原理来实现的，而膜分离是根据（膜的选择渗透作用）原理来实现的。 14、新型的节能分离过程有（膜分离）、（吸附分离）。 15、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 16、分离剂可以是（能量）和（物质）。 17、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。 18、设计变量与独立量之间的关系可用下式来表示( Ni=Nv-Nc即设计变量数=独立变量数-约束关系 ) 19、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。 20、温度越高对吸收越（不利） 21、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。 22、用于吸收过程的相平衡关系可表示为（V = SL）。 23、精馏有（两个）个关键组分，这是由于（双向传质）的缘故。 24、精馏过程的不可逆性表现在三个方面，即（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）和（通过一定浓度梯度的质量传递或者不同化学位物流的直接混合）。 25、通过精馏多级平衡过程的计算，可以决定完成一定分离任务所需的（理论板数），为表示塔实际传质效率的大小，则用（级效率）加以考虑。 27、常用吸附剂有（硅胶），（活性氧化铝），（活性炭）。 28、恒沸剂与组分形成最低温度的恒沸物时，恒沸剂从塔（顶）出来。
第六章电化学系统的研究内容和方法 6-1、解：金属导电的载体是电子，是电子导体；而电解质溶液导电的载体是离子，是离子导体。 6-2、解：电极电势高的电极称为正极，电极电势低的电极称为负极。发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原反应的电极称为阴极。因为在原电池中负极发生的是氧化反应，正极发生的是还原反应，故此负极是阳极，正极是阴极。 6-3、解：强酸、强碱的电导率的数值教大，其次是盐类，是强电解质；而弱电解质醋酸等为最低。电导率随电解质的浓度增大而增大，达到极值后电解质的浓度增大而减小。电解质溶液的导电能力，由两电极之间的溶液中所含离子数目、离子价态数以及离子的运动速度来决定，对于一定浓度的电解质来说，由离子数目与运动速度两个因素决定。在讨论κ、Λm随浓度变化的规律时，从浓度对以上两个因素的影响来分析。下面分别就强、弱电解质进行讨论。(1)对强电解质，浓度愈大单位体积中的离子数目愈多，故κ低浓度范围随c增大而增大，当浓度增大到一定程度时，由于离子间的相互作用增大而使离子运动速度变慢，故在高浓范围内κ又随c的增大而减小。在讨论Λm时，由于1 mol 强电解质溶液中离子数目是不变的，浓度的变化仅影响离子运动速度，所以Λm随c的增大而减小。 6-4、解：在极稀释的溶液范围内，强电解质的Λm与c呈直线关系，即 Λm=∞ Λm–B c 式中，B为常数；∞ Λm为无限稀释时电解质的摩尔电导率，亦称极限摩尔电导率。可以将直线外推至c→0纵坐标相交求得。 对于弱电解质溶液的极限摩尔电导率可由离子独立运动定律求。 对弱电解质来说，溶液浓度较小，可以忽略离子间的相互作用对其运动速度的影响，而只就离子数目这一因素来进行分析导电能力与浓度的关系。弱电解质存在电离平衡，当溶液浓度增大时，电离度减小，单位体积中的离子数目随c的变化不大，因而随c的增大κ只有很小的改变。弱电解质的Λm随浓度减小而增大，当c→0时，Λm急剧增加，这是因为随着浓度的下降电离度增大，从而使1mol电解质电离出来的离子数目急剧增多。因而弱电解质的∞ Λm无法用外推法求出。但可由强电解质的来计算(即离子独立运动定律)。 6-5.1、解：由题意可得(1)电导池的电导池常数： K(L/A1) = L/A=1.063310－6m-1 由于(1)和(2)放入同种电解质，故此(1)和(2)的电导率相同 ∵R(2)/R(1)=0.10781,又κ= K(L/A)2G，G = 1/R∴K(L/A2)/ K(L/A1)=0.10781 ∴K(L/A2)=1.063310－6m-130.10781=1.146310－5 m-1 ∴由公式κ= K(L/A)2G，得273K时KCL溶液的电导率： κ=6.525 S2m-1 6-5.2、解：由公式PV=nRT得：1dm3气体的物质的量为n=0.0014mol 电解稀H2SO4溶液的电极反应如下： 阳极：2H++2e—→H2 阴极：4OH－—→O2+2H2O+4e 1) 如获得1dm3氧气，则需通过的电量Q=nF= 540.319C ∴通电时间t=Q/I=108S 2) 同理，如获得1dm3氢气需通电时间t=54S
MESH方程。 一、填空(每空2分,共20分) 1. 如果设计中给定数值的物理量的数目等于 设计变量，设计才有结果。 2. 在最小回流比条件下，若只有重组分是非分 配组分，轻组分为分配组分，存在着两个 恒浓区，出现在精镏段和进料板 位置。 3. 在萃取精镏中，当原溶液非理想性不大时， 加入溶剂后，溶剂与组分1形成具有较强正 偏差的非理想溶液，与组分2形成 负偏差或理想溶液，可提高组分1对2的 相对挥发度。 4. 化学吸收中用增强因子表示化学反应对传质 速率的增强程度，增强因子E的定义是化学吸 收的液相分传质系数（k L）/无化学吸收的液相 分传质系数（k0L）。 5. 对普通的N级逆流装置进行变量分析，若组 分数为C个，建立的MESH方程在全塔有 NC+NC+2N+N=N(2C+3) 个。 η； 6. 热力学效率定义为= 实际的分离过程是不可逆的，所以热力学效 率必定于1。 7. 反渗透是利用反渗透膜选择性的只透过 溶剂的性质，对溶液施加压力，克服溶 剂的渗透压，是一种用来浓缩溶液的膜 分离过程。 二、推导(20分) 1. 由物料衡算，相平衡关系式推导图1单 级分离基本关系式。 ——相平衡常数； 式中： K i ψ——气相分 率（气体量/进料量）。 2. 精馏塔第j级进出物料如图1，建立
三、简答(每题5分,共25分) 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。 K i =y i /x i 。 2.关键组分的定义是什么；在精馏操作中， 一般关键组分与非关键组分在顶、釜的 分配情况如何 由设计者指定浓度或提出回收率的组分。 LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制； HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制； LNK全部或接近全部在塔顶出现； HNK全部或接近全部在塔釜出现。 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 吸收为单相传质过程，吸收剂吸收了气体中的溶质而流量在下降过程中不断增加，气体的流量相应的减少，因此气液相流量在塔内都不能视为恒定。 4.在精馏塔中设中间换热器为什么会提高 热力学效率 在中间再沸器所加入的热量其温度低于塔 底加入热量的温度，在中间冷凝器所引出的 热量其温度高于塔顶引出热量的温度，相对 于无中间换热器的精馏塔传热温差小，热力 学效率高。 5.反应精馏的主要优点有那些 （1）产物一旦生成立即移出反应区；（2）反应区反应物浓度高，生产能力大；（3）反应热可由精馏过程利用；（4）节省设备投资费用；（5）对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。 四、计算(1、2题10分，3题15分，共35分) 1. 将含苯（mol分数）的苯（1）—甲苯（2）混合物在下绝热闪蒸，若闪蒸温度为94℃，用计算结果说明该温度能否满足闪蒸要求 已知：94℃时P 1 0= P 2 0= 2. 已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常压、54℃ 下形成共沸物，共沸组成X 2 =(mol分率), 在此条件下：kPa P kPa p98 . 65 , 24 . 9002 1 = =求 该系统的活度系数。 3. 气体混合物含乙烷、丙烷、丁烷（均为摩尔分数），用不挥发的烃类进行吸收，已知吸收后丙烷的吸收率为81%，取丙烷在全塔的平均吸收因子A=，求所需理论板数；若其它条件不变，提高平均液汽比到原来的2倍，此时丙烷的吸 收率可达到多少。
2013化工分离过程期中考试试题答案 一、填空题（每空1分，共20分） 1. 传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 2. 分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。 3. 汽液相平衡是处理（传质分离）过程的基础，相平衡的条件是（各相温度压力相等， 各组分在每一相中的化学位相等）。 4. 当混合物在一定的温度、压力下，进料组成 乙和相平衡常数K 满足 （ K i Z 1, z K i 1 ）条件即处于两相区，可通过（物料平衡和相平衡）计算 求出其平衡汽液相组成。 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（泡露点方程）确定。 6. 多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。 7. 最低恒沸物，压力降低使恒沸组成中汽化潜热（小）的组分增加。 8. 萃取精馏中塔顶产品不合格时，经常采取（增加萃取剂用量）或（减小进料量）的措 施使 产品达到分离要求。 9. 吸收有（1个）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 10. 吸收剂的再生常采用的是（用蒸汽或惰性气体的蒸出塔）、（用再沸器的蒸出塔）和（用 蒸馏塔）。 二、单项选择题（每小题1分，共10分） 1. 吸收属于（A ） A.平衡分离；B.速率分离；C.机械分离；D.膜分离。 C 2. 计算溶液泡点时，若 K i X i 1 0，则说明（C ） 1 A.温度偏低； B.正好泡点； C.温度偏高。 3. 如果体系的汽相为理想气体，液相为非理想溶液；则相平衡常数可以简化表示为（D ） 4. 汽液相平衡K 值越大，说明该组分越（A ） A.易挥发； B.难挥发； C.沸点高； D.蒸汽压小 5. 如果塔顶采用全凝器，计算塔顶第一级的温度可以利用方程（ A.泡点方程； B.露点方程； C.闪蒸方程； D.相平衡方程。 6. 计算在一定温度下与已知液相组成成平衡的汽相组成和压力的问题是计算 （B ）A. 泡点温度；B.泡点压力；C.等温闪蒸；D.露点压力。 7. 精馏中用HN 表示（C ） A.轻关键组分； B.重关键组分； C.重非关键组分； D.轻非关键组分。 8. 以下描述中，不属于萃取精馏中溶剂的作用的是（ D ） A. K i L i V i B. K i P S C. K i D. K i ?R s i i
第六章电化学 一、本章基本要求 1．掌握电化学中的一些基本概念：导体、原电池和电解池、正负极、阴阳极。了解离子迁移数的意义及常用测定方法。 2．掌握电导、电导率及摩尔电导率的概念及它们与浓度的关系。熟悉离子独立运动定律及电导测定的应用。 3．熟悉电解质溶液的活度、平均活度系数、平均浓度和离子强度的定义及计算方法，了解德拜-休克尔极限公式的使用。 4．掌握可逆电池的基本概念和表示方法，熟悉可逆电极的类型和书写方法，能正确书写电极反应和电池反应。 5．了解电池电动势的产生机制，测定原理。了解电极电势的确定方法及标准氢电极作用。 6．熟练掌握电池电动势和电极电势的Nernst方程，掌握它们的计算和重要的应用。 7．熟练掌握电化学和热力学之间的联系，能利用电化学手段计算热力学函数的变化值。 8．了解浓差电池的基本概念。熟悉膜电势的概念和意义。 9．熟悉电解过程的基本概念和基本原理，了解电极极化的产生原因。 10．了解电化学在生物学中的应用。 二、基本公式和内容提要 （一）电化学基本概念 1．导体导体是指能够导电的一类物体，通常分为电子导体和离子导体两种。电子导体通过自由电子的定向移动而导电，且导电过程中无化学变化，导体的导电能力随温度升高而降低。离子导体通过正、负离子的定向移动来实现导电目的，导电过程中有化学反应发生，导体的导电能力随温度升高而增强。 2．原电池和电解池实现化学能和电能之间相互转化的装置称为电化学装置，或简称电池。其中将电能转化为化学能的装置叫电解池，将化学能转化为电能的装置叫原电池。两种电池中，发生氧化反应的电极称为阳极，发生还原反应的电极称为阴极。而正负极则是根据电势的高低来认定的。电势高者为正极，电
2013化工分离过程期中考试试题答案 一、填空题（每空1分，共20分） 1. 传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 2. 分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。 3. 汽液相平衡是处理（传质分离）过程的基础，相平衡的条件是（各相温度压力相等，各组分在每一相中的化学位相等）。 4. 当混合物在一定的温度、压力下，进料组成z i 和相平衡常数K i 满足 （ 1,1>>∑∑i i i i K z z K ）条件即处于两相区，可通过（物料平衡和相平衡）计算求出其平衡汽液相组成。 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（泡露点方程）确定。 6. 多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。 7. 最低恒沸物，压力降低使恒沸组成中汽化潜热（小）的组分增加。 8. 萃取精馏中塔顶产品不合格时，经常采取（增加萃取剂用量）或（减小进料量）的措施使产品达到分离要求。 9. 吸收有（1个）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 10.吸收剂的再生常采用的是（用蒸汽或惰性气体的蒸出塔）、（用再沸器的蒸出塔）和（用蒸馏塔）。 二、单项选择题（每小题1分，共10分） 1. 吸收属于（A ） A.平衡分离；B.速率分离；C.机械分离；D.膜分离。 2. 计算溶液泡点时，若∑=>-C i i i X K 101，则说明（C ） A. 温度偏低； B. 正好泡点； C. 温度偏高。 3. 如果体系的汽相为理想气体，液相为非理想溶液；则相平衡常数可以简化表示为 （ D ） A. L i i V i K φφ= B. s i i P K P = C. $$L i i V i K φ φ= D. s i i i P K P γ= 4. 汽液相平衡K 值越大，说明该组分越（ A ） A.易挥发； B.难挥发； C.沸点高； D.蒸汽压小。 5. 如果塔顶采用全凝器，计算塔顶第一级的温度可以利用方程（ B ） A.泡点方程； B.露点方程； C. 闪蒸方程； D.相平衡方程。 6. 计算在一定温度下与已知液相组成成平衡的汽相组成和压力的问题是计算（ B ） A.泡点温度； B.泡点压力； C.等温闪蒸； D.露点压力。 7. 精馏中用HNK 表示（ C ） A. 轻关键组分； B. 重关键组分； C. 重非关键组分； D. 轻非关键组分。 8. 以下描述中，不属于萃取精馏中溶剂的作用的是（ D ）
第六章表面物理化学分选 教学大纲要求 教学内容 本章是本书的重要章节，从颗粒表面的性质出发，叙述矿物颗粒表面润湿性与表面物理化学分选 的关系。主要内容包括： 1.颗粒表面润湿性与浮选 2.双电层 3.矿物溶解对浮选过程的影响 4.硫化物固体颗粒表面的氧化还原反应与浮选 5.聚集与分散 6.泡沫 教学时间 14学时。 教学重点 1. 颗粒表面性质、双电层结构，颗粒表面润湿性与其可浮性的关系；
2. 颗粒表面可浮选性的形成原理，颗粒间的分散与凝聚行为、DLVO理论。 教学难点 矿物表面电性质与浮选行为的关系；颗粒间的相互作用与浮选行为；硫化矿物浮选电化学与硫化 矿物浮选分离行为。 教学方法 课堂教学为主，并通过专题试验与现场实践教学对本节重点内容加深教学效果。 教学要求 重点掌握颗粒表面性质，颗粒表面吸附与其可浮性的关系；颗粒表面可浮选性的形成原理；正确 理解浮选、表面润湿性、浮选速率等基本概念。 讨论 如何利用颗粒表面性质，以及通过调整溶液－颗粒界面性质，实现不同性质物料的分选。 教学参考书 1.王淀佐等，矿物加工学，徐州：中国矿业大学出版社，2003. 2.顾惕人等，表面化学，北京：科学出版社，2001. 3.胡为柏，浮选，北京：冶金工业出版社，1986. 4.《选矿手册》编辑委员会，选矿手册，第三卷，第二分册，北京：冶金工业出版社，1993. 5.王淀佐，胡岳华，浮选溶液化学，长沙：湖南科学技术出版社，1988. 6.李世丰，张永光，表面化学，长沙：中南工业大学出版社，1991. 7.龚竹青，理论电化学导论，长沙：中南工业大学出版社，1988. 8.冯其明，陈荩，硫化矿物浮选电化学，长沙：中南工业大学出版社，1992. 9.郭鹤桐，刘淑兰，理论电化学，北京：宇航出版社，1984. 6.1 概述
2007 —2008 学年第1、2学期分离工程课程期末考试试卷（A 卷）答案及评分标准
2007—2008学年第1、2学期分离工程课程期末考试试卷（A卷）答案及评分标准 注意：装订线左侧请不要答题，请不要在试卷上书写与考试无关的内容，否则将按相应管理规定处理。 院系:化学化工学院 专业:化工班级:04- 姓名: 学号: 三、判断题（本大题14分，每小题2分，对的打√，错的打×） 1、对拉乌尔定律有偏差的物系一定是恒沸体系。…………………………………………（×） 2、绝热闪蒸过程，节流后的温度降低。…………………………………………………（√ ） 3、若组成为 i z的物系，1 > ∑K X i i ，且1 /> ∑ i i k y，其相态为气液两相。………………（√ ） 4、在精馏操作中回流比是可调设计变量。………………………………………………（√ ） 5、在萃取精馏操作中，液相流率总是大于气相流率。……………………………………（×） 6、在萃取精馏中所选的萃取剂使p1A值越大，溶剂的选择性越大。……………………（√ ） 7、吸收中吸收因子小的组分是易于吸收组分。…………………………………………（×） 四、分析题（本大题10分，每小题5分） 1、分析下图的点E，D，C三点表观吸附量为什么等于零？曲线CD及DE说明了溶质优先被吸附还是溶剂优先被吸附？为什么？ 2、预将甲苯-烷烃二元恒沸物进行分离，现以甲醇为恒沸剂分离甲苯-烷烃的流程如图，分析各塔物流，并将恒沸精馏塔和脱甲醇塔分离过程用三角相图表示出来。 答：C，E点为纯溶液，所以吸附前后无浓 度变化，表观吸附量为零。D点，按溶液配比吸 附，所以吸附前后也无浓度变化，表观吸附量为 零。曲线CD说明了溶质优先被吸附，曲线DE 说明了溶剂优先被吸附。 答：分析可知： 恒沸精馏塔：由于恒沸剂加入过量，塔底为甲醇 －甲苯的混合物，塔顶烷烃-甲醇的 二元恒沸物。 脱甲醇塔：塔底为甲苯，塔顶为甲苯-甲醇的二元 恒沸物。 萃取塔：塔底为甲醇水溶液，塔顶为烷烃。 脱水塔：塔底为水，塔顶为甲醇。 相图如下： 3
2007—2008学年分离工程课程期末考试试卷（A卷）答案及评分标准 注意：装订线左侧请不要答题，请不要在试卷上书写与考试无关的内容，否则将按相应管理规定处理。 院系:化学化工学院 专业:化工班级:04- 姓名: 学号: 一、填空题（本大题20分，每空1分） 1、分离工程分为( 机械分离法)和( 传质分离法)两大类。 2、对拉乌尔定律产生偏差的溶液称为( 非理性溶液)或( 实际溶液)。 3、对于能生成二元恒沸物的物系来说，在恒沸点处气液相两相组成（相等）。在恒沸点两侧组分的挥发能力（不同或相反）。 4、端值常数A为( 0 )时体系为理想溶液，A为( <0 )时体系为负偏差溶液。 5、用郭氏法分析，串级单元的可调设计变量为（1 ），侧线采出板的可调设计变量为（0 ）。 6、根据萃取精馏原理，通常希望所选择的萃取剂与塔顶组分形成具有（正）偏差的非理想溶液，与塔底组分形成理想溶液或具有（负）偏差的非理想溶液。 7、萃取精馏塔中，当原料以液相加入时，则提馏段中的溶剂浓度将会因料液的加入而变得比精馏段（低），此时为了保证整个塔内萃取剂的浓度，常将部分溶剂随（料液）一起加入。 8、恒沸精馏过程恒沸剂的加入不仅影响原溶液组分(挥发度或相对挥发度a)，同时与原溶液中的一个或几个组分形成恒沸物，当形成最低温度的恒沸物时恒沸剂从塔（顶）出来。 9、在多组分精馏过程中，由芬斯克公式计算的最少理论板数决定于两组分的分离要求和（挥发度或相对挥发度a），与进料组成（无关）。 10、吸附负荷曲线是以（吸附剂中吸附质的浓度）为纵坐标绘制而成，透过曲线是以（流出物中吸附质的浓度）为纵坐标绘制而成。
二、选择题（本大题20分，每小题2分） 1、由1-2两组分组成的混合物，在一定T 、P 下达到汽液平衡，液相和汽相组成分别为 11,y x ，若体系加入10 mol 的组分（1），在相同T 、P 下使体系重新达到汽液平衡，此时汽、液相的组成分别为 '1'1,y x ，则 （ C ） （A ）1'1x x >和 1'1y y > （B ）1'1x x <和1'1y y < （C ）1'1x x =和1'1y y = （D ）不确定 2、对于绝热闪蒸过程，当进料的流量组成及热状态给定之后，经自由度分析，只剩下一个自由度由闪蒸罐确定，则还应该确定的一个条件是 （ D ） （A ）闪蒸罐的温度 （B ）闪蒸罐的压力 （C ）气化率 （D ）任意选定其中之一 3、某二元混合物，其中A 为易挥发组分，液相组成5.0=A x 时泡点为1t ，与之相平衡的气相组成75.0=A y 时，相应的露点为2t ，则 （ A ） （A ）21t t = （B ）21t t > （C ）21t t < （D ）不能确定 4、用郭氏法分析可知理论板和部分冷凝可调设计变量数分别为 （ A ） （A ）1，1 （B ）1，0 （C ）0，1 （D ）0，0 5、如果二元物系有最高压力恒沸物存在，则此二元物系所形成的溶液一定是 （ A ） （A ）正偏差溶液 （B ）理想溶液 （C ）负偏差溶液 （D ）不一定 6、用纯溶剂吸收混合气中的溶质，逆流操作，平衡关系满足亨利定律。当入塔气体浓度y 1上升，而其它入塔条件不变，则气体出塔浓度y 2和吸收率?的变化为 （ C ） （A ）y 2上升，?下降 （B ）y 2下降，?上升 （C ）y 2上升，?不变 （D ）y 2上升，?变化不确定 7、逆流填料吸收塔，当吸收因数A <1且填料为无穷高时，气液两相将在哪个部位达到平衡 （ B ） (A) 塔顶 (B)塔底 (C)塔中部 (D)塔外部 8、平衡常数较小的组分是 （ D ） （A ）难吸收的组分 （B ）较轻组份 （C ）挥发能力大的组分 （D ）吸收剂中的溶解度大 9、吸附等温线是指不同温度下哪一个参数与吸附质分压或浓度的关系曲线。 （ A ） (A) 平衡吸附量 (B) 吸附量 (C) 满吸附量 (D)最大吸附量 10、液相双分子吸附中，U 型吸附是指在吸附过程中吸附剂 （ A ） (A) 始终优先吸附一个组分的曲线 (B) 溶质和溶剂吸附量相当的情况 (C) 溶质先吸附，溶剂后吸附 (D) 溶剂先吸附，溶质后吸附
《分离工程》复习 一、填空题 1. 请在下列选项中选择： 超滤属于B 、D过程；沉降属于 C ；共沸精馏属于A、B过程。 A. 平衡分离 B. 传质分离 C. 机械分离 D. 速率分离 2. 膜分离的推动力可以是、或。压力差、浓度差或电位差 3. 宽沸程混合物闪蒸的热衡算更主要地取决于，因此将热衡算放在循环中。温度,外层5. 推导Underwood公式所用假设是：1）；2）。塔内气相和液相均为恒摩尔流率 6. 根据右图中恒浓区（阴影部分）的位置， HNK为，LNK为。 非分配组分，分配组分 7. 汽相为理想气体，液相为非理想溶液时， （第6题） 活度系数法计算相平衡常数的简化形式是。 K i=γi P i s/P 8. 液液平衡的分离因子又称为。相对选择性 9. MESH方程分别指；；；。 M-物料平衡方程；E-相平衡方程；S-摩尔分率加和式；H-焓平衡方程（热量平衡） 11.分离过程是将分成的两种或几种产品的操作。混合物组成互不相同 12.平衡分离过程是借助，使均相混合物系统变成，再以混合物中各组分在处于 的两相中为依据而实现分离。分离媒介，两相系统，相平衡，不等同的分配 13.传质分离过程用于各种混合物的分离，其特点是有发生，依据的不同，传质分离过程又分为过程和过程。 均相，质量传递现象，物理化学原理，平衡分离，速率分离。 14.活度系数的基准态是指活度系数等于1的状态。 15.从动力学上讲，相平衡是指相间为零的状态。 相平衡指的是混合物或溶液形成若干相，这些相保持着物理平衡而共存的状态。从热力学上看，整个物系的自由焓处于最小的状态。从动力学来看，相间表观传递速率为零。
一、填空(每空2分,共20分) 1. 如果设计中给定数值的物理量的数目等 于设计变量，设计才有结果。 2. 在最小回流比条件下，若只有重组分是 非分配组分，轻组分为分配组分，存在 着两个恒浓区，出现在精镏段和进料 板位置。 3. 在萃取精镏中，当原溶液非理想性不大 时，加入溶剂后，溶剂与组分1形成具有较强正偏差的非理想溶液，与组分2形成负偏差或理想 溶液，可提高组分1对2的相对挥发度。 4. 化学吸收中用增强因子表示化学反应对传质速率的增强程度，增强因子E的定义是化学吸收的液相分传质系数（k L）/无化学吸收的液相分传质系数（k0L）。 5. 对普通的N级逆流装置进行变量分析，若组分数为C个，建立的MESH方程在全塔有NC+NC+2N+N=N(2C+3) 个。 6. 热力学效率定义为 = η；实际的分离过 程是不可逆的，所以热力学效率必定 于1。 7. 反渗透是利用反渗透膜选择性的只透过 溶剂的性质，对溶液施加压力，克服 溶剂的渗透压，是一种用来浓缩溶液 的膜分离过程。 二、推导(20分) 1. 由物料衡算，相平衡关系式推导图1 单级分离基本关系式。 式中：K i——相平衡常数； ψ——气相分率（气体量/进料量）。 2. 精馏塔第j级进出物料如图1，建立MESH方程。
三、简答(每题5分,共25分) 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。 K i =y i /x i 。 2.关键组分的定义是什么；在精馏操 作中，一般关键组分与非关键组分 在顶、釜的分配情况如何 由设计者指定浓度或提出回收率的组分。 LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制； HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制； LNK全部或接近全部在塔顶出现； HNK全部或接近全部在塔釜出现。 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 吸收为单相传质过程，吸收剂吸收了气体中的溶质而流量在下降过程中不断增加，气体的流量相应的减少，因此气液相流量在塔内都不能视为恒定。 4.在精馏塔中设中间换热器为什么会 提高热力学效率 在中间再沸器所加入的热量其温度低 于塔底加入热量的温度，在中间冷凝器 所引出的热量其温度高于塔顶引出热 量的温度，相对于无中间换热器的精馏 塔传热温差小，热力学效率高。 5.反应精馏的主要优点有那些 （1）产物一旦生成立即移出反应区；（2）反应区反应物浓度高，生产能力大；（3）反应热可由精馏过程利用；（4）节省设备投资费用；（5）对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。 四、计算(1、2题10分，3题15分，共35分) 1. 将含苯（mol分数）的苯（1）—甲苯（2）混合物在下绝热闪蒸，若闪蒸温度为94℃，用计算结果说明该温度能否满足闪蒸要求已知：94℃时P10=P20= 2. 已知甲醇（1）和醋酸甲酯（2）在常压、54℃下形成共沸物，共沸组成X2=(mol分率), 在此条件下： kPa P kPa p98 . 65 , 24 . 9002 1 = =求该系统的活度系数。 3. 气体混合物含乙烷、丙烷、丁烷（均为摩尔分数），用不挥发的烃类进行吸收，已知吸收后丙烷的吸收率为81%，取丙烷在全塔的平均吸收因子A=，求所需理论板数；若其它条件不变，提高平均液汽比到原来的2倍，此时丙烷的吸收率可达到多少。
第六章：电化学加工技术 6.1.1 电化学加工的原理与特点 1. 电化学加工的原理 图6-1所示为电化学加工的原理。两片金属铜(Cu)板浸在导电溶液，例如氯化铜(CuCl2)的水溶液中，此时水(H2O)离解为氢氧根负离子OH－和氢正离子H+，CuCl2离解为两个氯负离子2Cl－和二价铜正离子Cu2+。当两个铜片接上直流电形成导电通路时，导线和溶液中均有电流流过，在金属片(电极)和溶液的界面上就会有交换电子的反应，即电化学反应。溶液中的离子将作定向移动，Cu2+正离子移向阴极，在阴极上得到电子而进行还原反应，沉积出铜。 在阳极表面Cu原子失掉电子而成为Cu2+正离子进入溶液。溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移。在阳、阴电极表面发生得失电子的化学反应称为电化学反应。这种利用电化学反应原理对金属进行加工(图7-1中阳极上为电解蚀除，阴极上为电镀沉积，常用以提炼纯铜)的方法即电化学加工。 1—阳极；2—阴极
图6-1 电解(电镀)液中的电化学反应 2. 电化学加工的分类 电化学加工有三种不同的类型。第Ⅰ类是利用电化学反应过程中的阳极溶解来进行加工，主要有电解加工和电化学抛光等；第Ⅱ类是利用电化学反应过程中的阴极沉积来进行加工，主要有电镀、电铸等；第Ⅲ类是利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺进行加工，目前主要有电解磨削、电化学阳极机械加工(其中还含有电火花放电作用)。电化学加工的类别如表7-1所示。本节主要介绍电解加工、电铸成型、电解磨削，其它的电化学加工请参考相关资料。 表6-1 电化学加工分类 3. 电化学加工的适用范围 电化学加工的适用范围，因电解和电镀两大类工艺的不同而不同。 电解加工可以加工复杂成型模具和零件，例如汽车、拖拉机连杆等各种型腔锻模，航空、航天发动机的扭曲叶片，汽轮机定子、转子的扭曲叶片，炮筒内管的螺旋“膛线”(来复线)，齿轮、液压件内孔的电解去毛刺及扩孔、抛光等。电镀、电铸可以复制复杂、精细的表面。 6.1.2 电解加工 1．电解加工的原理及特点 1) 基本原理 电解加工是利用金属在电解液中的“电化学阳极溶解”来将工件成型的。
8种电化学水处理方法 电化学水处理 - 世间万物，都是有一利就有一弊。社会的进步和人们生活水平的提高，也不可避免地对环境产生污染。废水就是其中之一。随着石化、印染、造纸、农药、医药卫生、冶金、食品等行业的迅速发展，世界各国的废水排放总量急剧增加，且由于废水中含有较多的高浓度、高毒性、高盐度、高色度的成分，使其难以降解和处理，往往会造成非常严重的水环境污染。 为了处理每天大量排出的工业废水，人们也是蛮拼的。物、化、生齐用，力、声、光、电、磁结合。今天笔者为您总结用“电”来处理废水的电化学水处理技术。 电化学水处理技术，是指在电极或外加电场的作用下，在特定的电化学反应器内，通过一定的化学反应、电化学过程或物理过程，对废水中的污染物进行降解的过程。电化学系统设备相对简单，占地面积小，操作维护费用较低，能有效避免二次污染，而且反应可控程度高，便于实现工业自动化，被称为“环境友好”技术。 电化学水处理的发展历程 1799年 Valta制成Cu-Zn原电池，这是世界上第一个将化学能转化为电能的化学电源。1833年 建立电流和化学反应关系的法拉第定律。 19世纪70年代 Helmholtz提出双电层概念。任何两个不同的物相接触都会在两相间产生电势，这是因电荷分离引起的。两相各有过剩的电荷，电量相等，正负号相反，相互吸引，形成双电层。 1887年 Arrhenius提出电离学说。 1889年 Nernst提出电极电位与电极反应组分浓度关系的能斯特方程。 1903年
Morse和Pierce把两根电极分别置于透析袋内部和外部溶液中，发现带电杂质能迅速地从凝胶中除去。 1905年 提出Tafel 公式，揭示电流密度和氢过电位之间的关系。 1906年 Dietrich取得一个电絮凝技术的专利，专门有人和公司对电絮凝过程进行改进和修正。1909年 Harries（美国）取得电解法处理废水的专利，它是利用自由离子的作用和铝作为阳极。 1950年 Juda首次试制成功了具有高选择性的离子交换膜，这促使电渗析技术进入了实用阶段，奠定了电渗析的实用化基础。电渗析首先被用于苦咸水的化，而后逐步扩大到海水淡化和制取工业纯水的应用中。 20世纪50年代 Bochris等发展的电极过程动力学，为今后半导体电极过程特性研究和量子理论解释溶液界面电子转移过程的研究打下理论基础。 1956年，Holden（英国）利用铁作为电极来处理河水。 20世纪60年代初期 随着电力工业的迅速发展，电解法开始引起人们的注意。传统的电解反应器采用的是二维平板电极，这种反应器有效电极面积很小，传质问题不能很好地解决。而在工业生产中，要求有高的电极反应速度，所以客观上需要开发新型、高效的电解反应器。 20世纪六七十年代 从俄克拉荷马大学研究去除略带碱性的水中盐分开始，Y.Oren等研究了电吸附和电解吸附技术的基础理论、参数的影响和对多种候选电极材料的评价。 1969 年 Backnurst等提出流化床电极(FBE) 的设计。这种电极与平板电极不同，有一定的立体构型，比表面积是平板电极的几十倍甚至上百倍，电解液在孔道内流动，电解反应器内的传质过程得到很大的改善。 1972年 Fujishima和Honda报道了在光电池中光辐射Ti02可持续发生水的氧化还原反应，标志着光催化氧化水处理时代的开始。 1973年 M.Fleischmamm与F.Goodridge等研制成功了双极性固定床电极(BPBE)。内电极材料在高梯度电场的作用下复极化，形成双极粒子，分别在小颗粒两端发生氧化-还原反应，每一个颗粒都相当于一个微电解池。由于每个微电解池的阴极和阳极距离很小，迁移就容易实现。同时，由于整个电解槽相当于无数个微电解池串联组成，因此效率大大提高。 20世纪七十年代 前苏联科研人员将铁屑用于印染废水的处理，从此微电解法开始应用到废水治理中。 1976年 Asovov等人（前苏联）利用电絮凝法处理石化废水。1977年，Osipenko等人（前苏联）利用电絮凝法处理含铬废水。 20世纪80年代
化工分离工程考试答案 修订版 IBMT standardization office【IBMT5AB-IBMT08-IBMT2C-ZZT18】
2013化工分离过程期中考试试题答 案 一、填空题（每空1分，共20分） 1. 传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。 2. 分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。 3. 汽液相平衡是处理（传质分离）过程的基础，相平衡的条件是（各相温度压力相等， 各组分在每一相中的化学位相等）。 4. 当混合物在一定的温度、压力下，进料组成z i 和相平衡常数K i 满足 （ 1,1>>∑∑i i i i K z z K ）条件即处于两相区，可通过（物料平衡和相平衡）计算求出其平衡汽液相组成。 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（泡露点方程）确 定。 6. 多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。 7. 最低恒沸物，压力降低使恒沸组成中汽化潜热（小）的组分增加。 8. 萃取精馏中塔顶产品不合格时，经常采取（增加萃取剂用量）或（减小进料量）的措 施使产品达到分离要求。 9. 吸收有（1个）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 10.吸收剂的再生常采用的是（用蒸汽或惰性气体的蒸出塔）、（用再沸器的蒸出塔）和 （用蒸馏塔）。 二、单项选择题（每小题1分，共10分） 1. 吸收属于（A ） A.平衡分离；B.速率分离；C.机械分离；D.膜分离。
2. 计算溶液泡点时，若∑=>-C i i i X K 1 01，则说明（C ） A. 温度偏低； B. 正好泡点； C. 温度偏高。 3. 如果体系的汽相为理想气体，液相为非理想溶液；则相平衡常数可以简化表示为 （ D ） A. L i i V i K φφ= B. s i i P K P = C. L i i V i K φφ= D. s i i i P K P γ= 4. 汽液相平衡K 值越大，说明该组分越（?A ） A.易挥发； B.难挥发； C.沸点高； D.蒸汽压小。 5. 如果塔顶采用全凝器，计算塔顶第一级的温度可以利用方程（ B ） A.泡点方程； B.露点方程； C. 闪蒸方程； D.相平衡方程。 6. 计算在一定温度下与已知液相组成成平衡的汽相组成和压力的问题是计算（ B ） A.泡点温度； B.泡点压力； C.等温闪蒸； D.露点压力。 7. 精馏中用HNK 表示（ C ） A. 轻关键组分； B. 重关键组分； C. 重非关键组分； D. 轻非关键组分。 8. 以下描述中，不属于萃取精馏中溶剂的作用的是（ D ） A.稀释作用； B.对组分相互作用不同； C.与某组分形成正偏差溶液； D.与某组分形成共沸物。 9. 在一定温度和组成下，A ，B 混合液的总蒸汽压力为P ，若S A P P >，且S B P P >，则该溶液 （ A ）