分离工程习题

分离工程习题 一、填空：

1、分离过程分为（机械分离方法）和（传质分离）两大类。

2、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。

3、分离剂可以是（能量）和（物质）。

4、机械分离过程是（过滤、离心分离）、旋风分离、静电除尘

5、速率分离过程是超滤、渗析（膜分离、渗透）。

6、平衡分离过程是（吸收、萃取）、精馏、蒸发。

7、气液平相衡常数定义为（气相组成与液相组成的比值）。 8、理想气体的平衡常数与（组成）无关。 9、活度是（修正的）浓度。

10、低压下二元非理想溶液的相对挥发度α12等于（

02

201

1p p γγ）。

11、气液两相处于平衡时，（化学位）相等。

12、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。 13、逸度是（修正的）压力。

14、在多组分精馏中塔顶温度是由（露点方程）方程求定的。 15、露点方程的表达式为（∑=1K /y i i ） 16、泡点方程的表达式为（∑=1x K i i ）。

17、泡点温度计算时若1x K i i >∑，温度应调（小）。 18、泡点压力计算时若1x K i i >∑，压力应调（大）。 19、在多组分精馏中塔底温度是由（泡点）方程求定的。 20、绝热闪蒸过程，节流后的温度（降低）。

21、若组成为Z i 的物系，1K /Z 1Z K i i i i >∑>∑且时，其相态为（气液两相）。 22、若组成为Z i 的物系，1Z K i i <∑时，其相态为（过冷液相）。 23、若组成为Z i 的物系，1K /Z i i <∑时，其相态为（过热气相）。

24、绝热闪蒸过程，饱和液相经节流后会有（气相）产生。

25、设计变量与独立变量之间的关系可用下式来表示（Ni ＝Nv －Nc ）。 26、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。 27、回流比是（可调）（固定、可调）设计变量。

28、关键组分的相挥发度越大，精馏过程所需的最少理论板数（越少）。 29、分离要求越大，精馏过程所需的最少理论板数（越多）。

30、进料中易挥发含量越大，精馏过程所需的最少理论板数（不变）。

31、在萃取精馏中所选的萃取剂希望与塔顶馏出组份形成具有（正）偏差的非理想溶液。 32、在萃取精馏中所选的萃取剂使A P 1'值越（大）越 好。

33、在萃取精馏中所选的萃取剂希望与塔底组分形成具有（负）偏差的非理想溶液。 34、在萃取精馏中所选的萃取剂使A P 1'值越大，溶剂的选择性（增大）。 35、萃取精馏塔中，萃取剂是从塔（底）出来。

36、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。

37、均相恒沸物在低压下其活度系数之比γγ12/应等于（02P ）与（o 1P ）之比。 38、在板式塔的吸收中，原料中的平衡常数小的组分主要在塔内（底）板被吸收。 39、吸收中平衡常数大的组分主要在塔内（顶）板被吸收。 40、吸收中平衡常数大的组分是（难）吸收组分。 41、吸收中平衡常数小的组分是（易）吸收组分。 42、吸收因子越大对吸收越（有利）。 43、温度越高对吸收越（不利）。 44、压力越高对吸收越（有利）。 45、吸收因子A （反比）于平衡常数。

46、吸收因子A （正比）于吸收剂用量L 。 47、吸收因子A （反比）于液气比。

48、完成一个给定的分离要求所需功最小的过程是（可逆）。 49、从节能的角度分析难分离的组分应放在（最后）分离。 50、从节能的角度分析分离要求高的组分应放在（最后）分离。 51、从节能的角度分析进料中含量高的组分应（先）分离。 52、物理吸附一般为（多层）吸附。 53、化学吸附一般为（单层）吸附。 54、化学吸附选择性（强）。 55、物理吸附选择性（不强）。

56、吸附负荷曲线是以（距床层入口的距离）为横坐标绘制而成。 57、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。 58、吸附负荷曲线是分析（吸附剂）得到的。 59、透过曲线是以（时间）横坐标绘制而成。

60、透过曲线是以（流出物中吸附质的浓度）为纵坐标绘制而成。

61、透过曲线是分析（流出物）得到的。

62、透过曲线与吸附曲线是（镜面对称相识关系）相似关系。 二、选择：

1、下列哪一个是机械分离过程（４、离心分离）。

2、下列哪一个是速率分离过程（

3、膜分离）。 3、下列哪一个是平衡分离过程（1、闪蒸）。

4 、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（1、逸度）。 5、二元理想溶液的压力组成图中，P-x 线是（2、直线）。

6、形成二元最高温度恒沸物的溶液的压力组成图中，P-x 线是（4、有最低点）。

7、溶液的蒸气压大小（2、不仅与温度有关，还与各组分的浓度有关）。

8、对两个不同纯物质来说，在同一温度压力条件下汽液相平衡K 值越大，说明该物质的沸点（1、越低）。 9、汽液相平衡K 值越大，说明该组分越（1、易挥发）。

10、气液两相处于平衡时（３、两相间各组份的化学位相等）。

11、完全不互溶的二元物系，当达到汽液平衡时，两组分各自呈现的蒸气分压（1、等于各自的饱和蒸汽压）。 12、完全不互溶的二元物系，当达到汽液平衡时，溶液的蒸气压大小（1、只与温度有关）。 13、完全不互溶的二元物系，当达到汽液平衡时，溶液的蒸气压大小（３、等于01P +02P ）。 14、完全不互溶的二元物系，沸点温度（４、小于S 1T ）。

15、当把一个溶液加热时，开始产生气泡的点叫作（3、泡点）。 16、当把一个气相冷凝时，开始产生液滴的点叫作（１、露点）。 17、当物系处于泡、露点之间时，体系处于（４、气液两相）。 18、系统温度大于露点时，体系处于（2、过热气相）。 19、系统温度小于泡点时，体系处于（１、饱和液相）。

20、闪蒸是单级蒸馏过程，所能达到的分离程度（2、较低）。 21、下列哪一个过程不是闪蒸过程（４、纯组分的蒸发）。 22、等焓节流之后（４、压力降低，温度也降低）。

23、设计变量数就是（４、独立变量数与约束数的差）。

24、约束变量数就是（４、变量之间可以建立的方程数和给定的条件）。 25、 A 、B 两组份的相对挥发度 A,B 越小（2、A 、B 两组分越难分离）。

26、在多组分精馏计算中，最小回流比的计算公式中的值，可有多个根，正确的根应是 （3、大于重关键组分的值，

而小于轻关键组分的值）。

27、在多组分轻烃精馏计算中，最少理论板数N m 的大小（１、与原料组成无关）。 28、 当蒸馏塔的回流比小于最小回流比时（2、不能完成给定的分离任务）。 29、当蒸馏塔的产品不合格时，可以考虑（4、提高回流比）。

30、当蒸馏塔的在全回流操作时，下列哪一描述不正确（4、热力学效率高）。

31、吉利兰关联图，关联了四个物理量之间的关系，下列哪个不是其中之一（4、压力）。 32、下列关于简捷法的描述那一个不正确（4、计算结果准确）。

33、如果二元物系，11>γ，12>γ，则此二元物系所形成的溶液一定是（1、正偏差溶液）。 34、如果二元物系，11<γ，12<γ，则此二元物系所形成的溶液一定是（3、负偏差溶液）。 35、如果二元物系，11=γ，12=γ，则此二元物系所形成的溶液一定是（2、理想溶液）。 36、如果二元物系，12A >0，21A >0，则此二元物系所形成的溶 液一定是（1、正偏差溶液）。 37、如果二元物系，12A <0，21A <0，则此二元物系所形成的溶液一定是（3、负偏差溶液）。 38、如果二元物系，12A =0，21A =0，则此二元物系所形成的溶液一定是（2、理想溶液）。 39、关于萃取精馏塔的下列描述中，那一个不正确（2、回流比提高产品纯度提高）。 40、当萃取精馏塔的进料是饱和气相时（3、塔顶几块板以下进入）。 41、萃取塔的汽、液相最大负荷处应在（1、塔的底部）。

42、在均相恒沸物条件下，其饱和蒸汽压和活度系数的关系应为（1、）。

43、如果二元物系有最 低压力恒沸物存在，则 此二元物系所形成的溶 液一定是（3、负偏差 溶液）。

44、关于均相恒沸物的那一个描述不正确（4、部分气化可以得到一定程度的分离）。 45、下列哪一个不是均相恒沸物的特点（4、冷凝可以分层）。

46、关于恒沸精馏塔的下列描述中，那一个不正确（2、能耗比普通精馏小）。

47、对一个恒沸精馏过程，从塔内分出的最低温度的恒沸物（２、一定是为塔顶产品得到）。 48、吸收塔的汽、液相最大负荷处应在（1、塔的底部）。

49、在吸收操作过程中，任一组分的吸收因子Ai 与其吸收率φi 在数值上相应是（3、Ai>φi ）。 50、下列哪一个不是吸收的有利条件（1、提高温度）。 51、下列哪一个不是影响吸收因子的物理量（4、气体浓度）。 52、平衡常数较小的组分是 （4、吸收剂中的溶解度大）。 53、易吸收组分主要在塔的什么位置被吸收（3、塔底板）。

54、平均吸收因子法（3、假设各板的吸收因子相等）。

55、下列哪一个不是等温吸附时的物系特点 （4、被吸收组分的浓度高）。

56、关于吸收的描述下列哪一个不正确（4、能得到高纯度的气体）。 57、当体系的0y y *i i >-时（2、发生吸收过程）。 58、当体系的0y y *i i =-时（4、没有物质的净转移）。

59下列关于吸附过程的描述哪一个不正确（３、不能分离液体混合物）。 60下列关于吸附剂的描述哪一个不正确（3、外表面积比内表面积大）。 五、名词解释：

1、分离过程：将一股或多股原料分成组成不同的两种或多种产品的过程。

2、机械分离过程：原料本身是两相以上，所组成的混合物，简单地将其各相加以分离的过程。

3、传质分离过程：传质分离过程用于均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生。按所依据的物理化学原理不同，工业上常用的分离过程又分为平衡分离过程和速率分离过程两类。

4、相平衡：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状态，从动力学来看，相间无静的质量传递。

5、相对挥发度：两组分相平衡常数的比值叫这两个组分的相对挥发度。

6、泡点温度：当把一个液相加热时，开始产生气泡时的温度。

7、露点温度：当把一个气体冷却时，开始产生的第一滴液滴时的温度。 8、气化率：气化过程的气化量与进料量的比值。 9、冷凝率：冷凝过程的冷凝量与进料量的比值。

10、设计变量数：设计过程需要制定的变量数，等于独立变量数与约束数的差 11、独立变量数：描述一个过程所需的独立变量的总数

12、约束数：变量之间可以建立的方程的数目及已知的条件的数目。 13、回流比：回流的液相量与塔顶产品的量的比值。

14、精馏过程：将由挥发度不同的组分所组成的混合物，在精馏塔中同时多次地部分气化和部分冷凝，将其分离成几乎纯态组分的过程。 15、全塔效率：理论板数与实际板数的比值。

16、精馏的最小回流比：精馏时有一个回流比下，完成给定的分离任务所需的理论板数无穷多，回流比小于这个回流比，无论多少块板都不能完成给定的分离任务，这个回流比就是最小回流比。实际回流比大于最小回流比。

17、理论板：离开板的气液两相处于平衡的板叫做理论板。

18、萃取剂的选择性：加溶剂时原由组分的相对挥发度与未加溶剂时的组分间相对挥发度的比值。

19、萃取精馏：向相对挥发度接近于1或等于1的体系，加入第三组分P,P 与体系中任何组分不形成恒沸物，从塔底出来的精馏过程。 20、共沸精馏：向相对挥发度接近于1或等于1的体系，加入第三组分P,P 与体系中至少某一组分形成恒沸物，从塔顶出来的精馏过程。 21、吸收过程：按混合物中各组份溶解度的差异分离混合物的过程叫吸收过程。 22、吸收因子：操作线的斜率（L/V ）与平衡线的斜率（Ki ）的比值。 23、绝对吸收率：被吸收的组分的量占进料中的量的分率。 24、热力学效率：可逆功与实际功的比值。

25、膜的定义：广义上定义为两项之间不连续的区间。

26、半透膜：能够让溶液中的一种或几种组分通过而其他组分不能通过的这种选择性膜叫半透膜。 27、渗透：当用半透膜隔开不同浓度的溶液时，纯溶剂通过膜向低浓度溶液流动的现象叫渗透。

28、反渗透：当用半透膜隔开不同浓度的溶液时，纯溶剂通过膜向高浓度溶液流动的现象叫反渗透。

29、吸附过程：当用多孔性的固体处理流体时，流体的分子和原子附着在固体表面上的现象，叫吸附过程。

30、表观吸附量：当用m 千克的多孔性的固体处理体积是V 的液体时，溶液原始浓度为o C ，吸附达到平衡时的浓度为*C ，则表观吸附量（每千克吸附剂吸附的吸附质的量）为：

)C C (m

V

a *0-=

三、简答：

1、已知A ，B 二组分的恒压相图如下图所示，现有一温度为t F 的原料经加热器加热后出口温度为t s ，通过加器前后压力看作不变。试说明该原料在通过加热器的过程中，各相应温度处的相态和组成变化的情况？

答：td 过冷液体，组成等于F x ；t1 饱和液体，组成等于F x ；t2 气夜两相，y>F x >x ；t3 饱和气体，组成等于F x ；t4 过热气体，组成等于F x

2、简述绝热闪蒸过程的特点。

答：绝热闪蒸过程是等焓过程，节流后压力降低，所以会有汽化现象发生，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。

3、图中A 塔的操作压力为20atm ，塔底产品经节流阀后很快进入B 塔。B 塔的操作压力为10atm ，试问:（1）液体经节流后会发生哪些变化? （２）如果B 塔的操作压力为5atm 时，会与在10atm 下的情况有何不同?

答：（1）经节流后有气 相产生，由于气化要吸 收自身的热量，系统温 度将降低。（2）B 塔的 操作压力为5时比操作 压力为10时气化率大， 温度下降幅度也大。 4、普通精馏塔的可调 设计变量是几个？试 按设计型和操作型指 定设计变量。

答：普通精馏塔由4个可调设计变量。按设计型：两个分离要求、回流比、再沸器蒸出率；按操作型：全塔理论板数、精馏段理论板数、回流比、塔顶产品的流量。

5、简述逐板计算进料位置的确定原则。

答：使全塔理论板数最少为原则，看分离效果的好坏来确定。从塔底向上计算时，hk lk

x x 越大越好，从塔顶往下计算时，hk

lk y y 越小越好 6、简述逐板计算塔顶的判断原则。

答：使全塔理论板数最少为原则，看分离效果的好坏来确定。即D hk

lk n hk lk )x x

()x x (

>则第n 板为他顶板。 7、简述逐板计算的计算起点的选择原则。

答：以组分的组成估算最精确的误差最小的那块板开始逐板计算。 8、简述精馏过程最小回流时的特点。

答：最小回流比是精馏的极限情况之一，此时，未完成给定的分离任务，所需的理论板数无穷多，如果回流比小于最小回流比，则无论多少理论板数也不能完成给定的分离任务。

9、简述精馏过程全回流的特点。

答：全回流是精馏的极限情况之一。全回流时所需的理论板数最少。此时，不进料，不出产品。 10、简述简捷法的特点。

答：简捷法是通过N 、Nm 、R 、Rm 四者的关系计算理论板数的近似计算方法，其计算简便，不需要太多的物性数据，当要求的计算精度不高时，不失为一种快捷的方法，也可为精确计算提供初值。

11、简述萃取塔操作要注意的事项。

答：（1）气液相负荷不均，液相负荷远大于气相负荷；（２）入塔物料的温度要严加控制；（３）回流比不能随意调整。 12、萃取精馏塔如果不设回收段，把萃取剂与塔顶回流同时都从塔顶打入塔内，将会产生什么后果，为什么?

答：在萃取精馏中不设 回收段，将会使入塔顶 的萃取剂得不到回收， 塔顶产品中夹带萃取 剂，从而影响产品的纯 度，使塔顶的不到纯净 的产品。

13、根据题给的X-Y 相图， 回答以下问题∶（1）该系统在未加萃取剂P 时是正偏差还是负偏差系统?有最高还是最低温度的恒沸物?（2）加入萃取剂之后在精馏段和提馏段有利还是不利？

答：（1）该系统在未加萃取剂P 时是正偏差系统，有最低温度的恒沸物。（2）加入萃取剂之后在精馏段有利，因原来由恒沸物，加入之后恒沸物消失；在提馏段是不利，因加入之后体在中组分的相对挥发度降低。

14、热力学角度简述萃取剂的选择原则。

答：萃取应能使的体系的相对挥发度提高，即与塔顶组分形成正偏差，与塔底组分形成负偏差或者理想溶液。 15、工艺角度简述萃取剂的选择原则。

答：（1） 容易再生，即不起化学反应、不形成恒沸物、P 沸点高；（２）适宜的物性，互溶度大、稳定性好；（３）价格低廉，来源丰富。

16、说出4种恒沸剂的回收方法。

答：（1）冷凝分层；（2）过冷分层；（3）变压精馏；（4）萃取；（5）盐析。 17、均相恒沸物的特点。 答：（1）010

2

21P P =γγ；

（2）01

1P P

=γ

18、恒沸精馏中，恒沸剂用量不能随便调整？为什么？

答：因恒沸剂用量与塔的产品纯度有关，多或少都不能得到所希望的目的产物。 19、吸收的有利条件是什么？

答：低温、高压、高的气相浓度、低的液相浓度、高的液相用量、低的气相量。 20、试分析吸收因子对吸收过程的影响？

答：吸收因子i

K 1

V L A ?= ，

吸收因子越大对吸收有利，所需的理论板数越少，反之亦然。

21、用平均吸收因子法计算理论板数时，分别采用L V Lo o N /(+1∶吸收剂用量，V N +1∶原料气用量）和L V 平平/，来进行计算吸收因子A 。试分析求得的理论板数哪个大，为什么?

答：因为 N L L <0 所以 )2100L L L L N +=<（平 11V V N <+ 所以 )21

111+++=

所以 平平V L V L N <+10 因为 i m V L A 1?= 所以 A A >平 因此 N N <平

1/+N o V L 比L V 平平/小，故用L V 平平/计算的A 较大，所需的理论板数小。

22、在吸收过程中， 若关键组分在操作条 件下的吸收因子A 小 于设计吸收率φ， 将 会出现什么现象?

答：此时，吸收塔无论有多少块理论板也完不成给定的分离任务，只能达到小于等于A 的吸收率。正常操作时, A 应大于吸收率φ。 23、有一类混合物送入精馏装置进行分离，进料组成和相对挥发度值如下，现有A 、B 两种方案可供选择，你认为哪种方案合理?为

什么?

异丁烷

正丁烷

戊烷

摩尔% 25 30 45

值 1.24 1.00 0.34

答：由于正丁烷和异丁烷是体系中最难分的组份，应放在最后分离；进料中戊烷含量高，应尽早分出。所以方案B是合理的。

24、什么叫表观吸附量?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?

答：（1）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。（2）ED 溶剂优

先被吸附。（3）DC 溶

质优先被吸附。

25、表观吸附量等于零，表明溶质不被吸附对吗?

答：不一定。表观吸附

量只有在溶液是稀液、

溶质吸附不明显时，才

能代表实际的吸附量，

因此，不能单纯用表观

吸附量等于零看溶质是

否被吸附与否。

26、用两种分子筛吸

附CO2时的透过曲线

如上图所示。试分析

哪一种分子筛更好，

为什么?

答：13X分子筛好，因为13X分子筛的透过曲线更陡，所明吸附负荷曲线也陡，床层利用率高，达到破点的时间短。

27、吸附剂的选择原

则。

答：（1）选择性高；（2）

比表面积大；（3）有一

定的机械强度；（4）有

良好的化学稳定性和热

稳定性。

28、吸附过程的优点。

答：（1）选择性高；（2）

吸附速度快，过程进行

的完全；（3）常压压操

作，操作费用与投资费

用少。

29、吸附过程的缺点。

答：（1）吸附容量小、

吸附剂用量大，设备比

较庞大；（2）吸附剂的

运输、装料、卸料较困

难；（3）吸附剂不容易

找到，吸附理论不完善。

30、吸附质被吸附剂

吸附-脱附分哪几

步？

答：（1）外扩散组份

穿过气膜或液膜到达固

体表面；（2）内扩散组

份进入内孔道；（3）吸

附；（４）脱附；（５）

内反扩散组份内孔道

来到外表面；（６）外

反扩散组份穿过气膜或液膜到气相主体流。