二、已知在0.1013MPa 压力下甲醇（1）－水（2）二元系的汽液平衡数据，其中一组数据为：平衡温度T ＝71.29℃，液相组成x 1＝0.6，气相组成y 1＝0.8287（摩尔分率）。试计算汽液平衡常熟，并与实测值比较。 解：该平衡温度和组成下第二维里系数[mol cm
/3
]
纯甲醇 纯水 交互系数
混合物 B 11 B 22 B 12 B －1098
－595
－861
－1014
在71.29℃纯甲醇和水的饱和蒸汽压分别为：
MPa P S 1314.01=；MPa P S 03292.02=
液体摩尔体积]/[3
mol cm v L
i 的计算公式为： 甲醇：242
1108735.310176.19509.64T T v L
－－?+?-=
水：242
21068571.010
6425.3888.22T T v L －－?+?-=
计算液相活度系数的NRTL 方程参数
mol J g g /7534.12282212-=-；mol J g g /5393.40391121=-
① 汽、液相均为非理想溶液
A ． 计算汽相逸度系数V
2
V
1??ΦΦ、 由于本题已知平衡条件下的第二维里系数，故采用维里方程计算逸度系数。 将式（2－31）用于二元物系，
Z B y B y v V ln )(2?ln 1221111-+=Φ（A ）
Z B y B y v
V ln )(2?ln 1212222
-+=Φ（B ） 将式（2－33）变换成
用该式求露点温度下混合蒸汽的摩尔体积 解得mol cm v
/272123=
压缩因子963.0/==RT Pv Z
将v 、Z 、11B 、12B 值代入（A ）和（B ） B ． 计算饱和蒸汽的逸度系数S
21ΦΦ、S
使用维里方程计算纯气体i 的逸度系数V
i Φ的公式如下：
i i ii V Z v B P f ln /)/(ln ln V
i i -=≡Φ（C ）
式中ii B ――纯气体i 在温度T 的第二维里系数；
i v ――纯气体i 在温度T 、压力P 下的摩尔体积。对本计算特定情况，P 即为S i P
i Z ――相应的压缩因子
对甲醇，将T 、S
P 1、11B 等数据代入下式 得mol cm v /206243
1=
由式（C ）947.0ln 20624/)1098(2ln 1--=ΦS
S
1Φ＝0.949
同理S
1Φ＝0.993
C ． 计算普瓦廷因子和基准态下得逸度L
i f 由已知条件求甲醇的液相摩尔体积： 同理可求出
D ． 计算液相活度系数 应用NRTL 方程计算1γ、2γ 同理4104.121=τ；6560.0G 21＝ 已知液相组成x 1＝0.6，x 2＝0.4 同理320.12=γ
E ．计算i K
按式（2－35）计算各组分的汽液平衡常数 ② 汽相为理想气体，液相为非理想溶液 按式（2－38）
③ 汽、液均为理想溶液
应用RT P B ii i /ln =Φ公式计算纯甲醇和水在0.1013MPa 和344.44K 时汽相逸度系数 同理979.02=ΦV
按式（2－41）
将各种方法计算的K 值列表如下： 组分 实验值 按式（2－35） 按式（2－36） 按式（2－38） 按式（2－41） 甲醇 1.381 1.365 1.2975 1.383 1.279 水
0.428
0.436
0.3250
0.4290
0.3297
比较实验值和不同方法的计算值可以看出，对于常压下非理想性较强的物系，汽相按理想气体处理，液相按非理想溶液处理是合理的。由于在关联活度系数方程参数也做了同样简化处理，故按式（2－38）的计算值更接近于实验值。
三、已知氯仿（1）－乙醇（2）溶液的浓度为3445.01=x （摩尔分率），温度为55℃。试求泡点压力及气相组成。该系统的Margules 方程常数为：59.012=A ，42.121=A 。55℃时，纯组分的饱和蒸汽压
kPa P S 37.821=，kPa P S 31.372=，第二维里系数：mol cm B /963311-=，152322-=B ，
121712-=B 。指数校正项可以忽略。
解：将式（2－35）代入（2－50）中，并忽略指数项，得：
∑
ΦΦ=V i
i
S i S i i x P P ?γ（A ）
令S i
V i i
ΦΦ=Φ/? 对于二元系统，将其代入式（A ）
2
2221
111Φ+
Φ=
S
S
P x P x P γγ（B ）
因RT
P B S
S
1111
ln =Φ
故])
2()(ex p[
2211122
21111RT
B B B Py P P B S --+-=Φ（
C ） 同理])
2()(ex p[
221112212222RT
B B B Py P P B S --+-=Φ（D ） 在3445.01=x 时，由Margules 方程求得： 同理0402.12=γ 因为1Φ及2Φ是P 及
y 的函数，而P 及y 又未知，故需用数值方法求解。为了确定P 及y 之初值，可先假设
121=Φ=Φ，由式（B ）求出P 及1y P 和2y P 。因i y y P P i =/，故得1y 及2y 。以这个P 及1y ，2y 为初值，就
可由式（C ）和（D ）算出1Φ及2Φ。再由此1Φ及2Φ算出新的P 及1y ，2y 。这样反复进行，直至算得的与和假设值相等（或差数小于规定值）时为止。 以121=Φ=Φ和S
P 1、S
P 2代入式（B ），得：
6476.019.72/75.461==y ；3524.02=y
将P 及1y ，2y 值代入式（C ）和（D ）中求出：
0038.11=Φ；9813.02=Φ
以上述1Φ及2Φ值代入式（B ），得： 故6424.01=y 3576.02=y
由于此计算结果与第一次试算结果已相差甚小，故不再继续试算下去。因此
kPa P 50.72=，6424.01=y ，3576.02=y
四、设计一个脱乙烷塔，从含有6个轻烃的混合物中回收乙烷，进料组成、各组分的相对挥发度和对产物的分离要求见设计条件表。试求所需最少理论板数及全回流条件下馏出液和釜液的组成。
脱乙烷塔设计条件
设计分离要求
馏出液中C3H6浓度≤2.5mol% 釜液中C2H6浓度≤5.0mol%
解：根据题意，组分2（乙烷）是轻关键组分，组分3（丙烯）是重关键组分，而组分1（甲烷）是轻组分，组分4（丙烷）、组分5（异丁烷）和组分6（正丁烷）是重组分。要用芬斯克公式求解最少理论板数需要知道馏出液和釜液中轻、重关键组分的浓度，即必须先由物料衡算求出D x ,2及W x ,3。
取100摩尔进料为基准。假定为清晰分割，即0,4≈D x ，0,5≈D x ，0,6≈D x ，
0,1≈W x ，则根据物料衡算关系列出下表：
编号 组分 进料，f i 馏出液，d i 釜液，w i 1 CH 4 5.0 5.00 － 2 C 2H 6（LK ） 35.0 31.89 3.11 3 C 3H 6（HK ）
15.0 0.95 14.05 4 C 3H 8 20.0 － 20.00 5 i-C 4H 10 10.0 － 10.00 6 n-C 4H 10
15.0 － 15.00
100.0
37.84
62.16
用式（3-11）计算最少理论板数：
为核实清晰分割的假设是否合理，计算塔釜液重CH 4的摩尔数和浓度：
61,1105.1/-?==W w x W （摩尔分率）
同理可计算出组分4，5，6在馏出液中的摩尔数和浓度：
6448.04=d ，0067.05=d ，0022.06=d
017.0,4=D x ，4,51077.1-?=D x ，5,6108.5-?=D x
可见，CH 4、i-C 4H 10和n －C 4H 10按清晰分割是合理的。C 3H 8按清晰分割略有误差应再行试差。其方法为将d 4的第一次计算值作为初值重新做物料衡算列表求解如下：
编号组分进料，f i馏出液，d i釜液，w i
1 CH4 5.0 5.00 －
2 C2H6（LK）35.0 35.0－0.05W 0.05W
3 C3H6（HK）15.0 0.025D 15－0.025D
4 C3H820.0 0.6448 19.3552
5 i-C4H1010.0 －10.0000
6 n-C4H1015.0 －15.0000
100.0 D W
解D和W完成物料衡算如下：
编号组分进料，f i馏出液，d i釜液，w i
1 CH4 5.0 5.00 －
2 C2H6（LK）35.0 31.9267 3.0733
3 C3H6（HK）15.0 0.963
4 14.0366
4 C3H820.0 0.6448* 19.3552*
5 i-C4H1010.0 －10.0000
6 n-C4H1015.0 －15.0000
100.0 38.5349 61.4651
*需核实的数据
再用式（3-11）求N m：
校核d4：
由于d4的初值和校核值基本相同，故物料分配合理。
五、苯（B）－甲苯（T）－二甲苯（X）－异丙苯（C）的混合物送入精馏塔分离，进料组成为：z B＝0.2，z T＝0.3，z X＝0.1，z C＝0.4（摩尔分数）。相对挥发度数据：αB＝2.25，αT＝1.00，αX＝0.33，αC＝0.21。分离要求：馏出液中异丙苯不大于0.15%；釜液中甲苯不大于0.3%(摩尔)。计算最少理论板和全回流下的物料分配。
解：以100摩尔进料为计算基准。根据题意定甲苯为轻关键组分，异丙苯为重关键组分。从相对挥发度的大小可以看出，二甲苯为中间组分。在作物流衡算时，要根据它的相对挥发度与轻、重关键组分相对挥发度的比例，初定在馏出液和釜液中的分配比，并通过计算再行修正。物料衡算表如下：
组分进料，f i馏出液，d i
ω
釜液，
i
B 20 20 －
T 30 30－0.003W 0.003W
X 10 1*9*
C
*为二甲苯的初定值
解得D＝50.929，W＝49.071
ω＝0.147
则d T＝29.853，
T
ω＝39.924
d C＝0.0764，
c
带入式（3-11）
N m ＝??
? ??????????? ??21.00.1lg 924.390764.0147.0853.29lg ＝7.42
由N m 值求出中间组分的馏出量和釜液量：
d X ＝519.021.033.0924.390764.0121.033.0924.390764.01042.742
.7=?
?
? ????? ??+?
??
????? ??? 由于初定值偏差较大，故直接迭代重做物料衡算：
组分 进料，f i 馏出液，d i
釜液，i ω
B 20 20 － T 30 30－0.003W 0.003W X 10
0.519
9.481
C
二次解得D ＝50.446，W ＝49.554 则d T ＝29.852，T ω＝0.148 d C ＝0.0757，c ω＝39.924 再求N m ：
N m ＝??
? ?????
?????? ??21.00.1lg 924.390757.0148.0852.29lg ＝7.42
校核d X ：
d X ＝515.021.033.0924.390757.0121.033.0924.390757.01042.742
.7=?
?
? ????? ??+?
??
????? ??? 再迭代一次，得最终物料衡算表：
二、用萃取精馏法分离正庚烷（1）-甲苯（2）二元混合物。物料组成z 1=0.5；z 2=0.5(mol 分数)。采用苯酚为溶剂，要求塔板上溶剂浓度x S =0.55(mol 分数)；操作回流比为5；饱和蒸汽进料；平均操作压力为124.123kPa 。要求馏出液中含甲苯不超过0.8％（mol ），塔釜液含正庚烷不超过1％（mol ）（以脱溶剂计），试求溶剂与进料比
和理论板数。
解：计算基准100kmol 进料，
设萃取精馏塔有足够高的溶剂回收段，馏出液中苯酚浓度（x S ）D ≈0。 ① 脱溶剂的物料衡算：
1',1'',1'z F x W x D W D ?=+；F W D =+''
代入已知条件5001
.0992.0'
'
=+W D 解得898.49'
=D ；102.50'
=W
②计算平均相对挥发度()S 12α：
由文献中查得本物系有关二元Wilson 方程参数（J/mol ）： 各组分的安托尼方程常数：
组分 A B C 正庚烷 6.01876 1264.37 216.640 甲苯 6.07577 1342.31 219.187 苯酚
6.05541
1382.65
159.493
C
t B A P S +-
=log ，t ：℃；P S
：kPa 各组分的摩尔体积（cm 3
/mol ）： v 1＝147.47，v 2＝106.85，v S ＝83.14
假设在溶剂进料板上正庚烷与甲苯的液相相对浓度等于馏出液浓度，则x 1＝0.4464，x 2＝0.0036，x S ＝0.55。经泡点温度的试差得： 泡点温度为109.4℃。
同理，假设塔釜上一板液相中正庚烷与甲苯的相对浓度为釜液脱溶剂浓度，且溶剂浓度不变，则x 1＝0.0045，x 2＝0.4455，x S ＝0.55。作泡点温度计算得：()90.2588
.1823202.1043
.2517858.212=??=
S α
泡点温度为132.7℃。故平均相对挥发度为：
根据该数据，按()'
1
12'112'
11x x y αα--=公式作'
'x y -图。 ③核实回流比和确定理论塔板数：
由露点进料，'
'
x y -图上图解最小回流比： 故R>R m
按操作回流比在图上作操作线，然后图解理论塔板数，得N ＝14（包括再沸器），进料板为第7块（从上往下数）。
④确定溶剂/进料：
粗略按溶剂进料板估计溶剂对非溶剂的相对挥发度：
若按塔釜上一板估计β,则由S 1α=28.32和S 2α=9.76得β=0.1。从式（3－45）可看出，用较小的β值计算溶剂进料量较稳妥。
由式（3－45）经试差可解得S ： S ＝270 所以，S/F=2.7
三、已知原料气组成为：
拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式吸收塔中进行吸收，平均吸收温度为38℃，操作压力为1.013MPa ，要求i －C 4H 10的回收率为90％。计算：最小液气比；操作液气比为最小液气比的1.1倍时所需的理论板数；各组分的吸收率和塔顶尾气的数量和组成；塔顶应加入的吸收剂量。 解：查得在1.013MPa 和38℃下各组分的相平衡常数列于下表。 ①最小液气比的计算： 在最小液气比下∞=N
；9.0＝＝关关?A
②理论板数的计算：
操作液气比()5544.0504.01.1/1.1/＝＝
最小?=V L V L 关键组分i －C 4H 10的吸收因子为： 按式（3-82），理论板数为： ③尾气数量和组成的计算：
④塔顶加入的吸收剂量：
塔内气体的平均流率为：
10.902
19
.80100=+=
V kmol/h
塔内液体的平均流率为： 由5544.0/=V
L ，得：05.400=L kmol/h
四、用精馏法从含有0.0143%（原子）重氢的天然水中分离重水D 2O 。由于该装置建立较早，采用泡罩塔。设计时取默弗里板效率为80％，但效率只有50％～75％。试用AIChE 法计算板效率。操作条件摘要列于下表。
由于该物系相对挥发度低（约1.05），塔在非常接近全回流的条件下操作。与塔压相应的操作温度时56℃。重水（D 2O ）的性质可以认为与水基本相同。45℃时D 2O 的扩散系数为4.75×10－9
m 2
/s 。假定蒸气混合物的施密特数约为0.50。
解：①计算F 因子
气相密度1106.0329
83146
.1679818=??==
RT MP G
ρkg/m 3 鼓泡区面积＝()()23.565.02.34
2=π
m 2
蒸汽速度＝
62.423
.536001106.016
.9616=??m/s
②计算单位液体流程平均宽度的液相体积流率()
f v l L /
液体流程的平均宽度可从图5－10的分析得到。最大液体流程宽度＝塔径＝3.2m ，由图得75.0cos =α，
故
5.41=α最小液体流程宽度＝()
12.22.3662.0sin =??＝塔径αm 。液体流程平均宽度
72.22.385.0=?=f l m 。因接近全回流操作，取L ＝V ＝9616.16kg/h 。
液体密度6.982=L ρkg/m 3
()310718.236006.982/16.9616-?=?=V L m 3/s
③计算气相传质单元数N G 按式（5－10）得 ④计算塔板上持液量c z 按式（5－13）得
()()
()0332.053.10135.01099.9454.20508.019.00419.04=-?++=-c z m 3/（m 2，鼓泡面积）
⑤计算液体在板上平均停留时间 按式（5－12）得
()()801099.932.075.00332.04
-?=
L t s
⑥计算液相传质单元数N L
按温度每增加1℃液相扩散系数约增加2.5％的经验规则，计算操作温度下的扩散系数
()
()()[]9910056.6025.0455611075.4--?=-+?=L D m 2/s
按式（5－11）得
⑦计算气相总传质单元数N OG
首先确定λ，由于相对挥发度接近于1.0，故需要非常高的回流比，即L 近似于V ，又假定m ＝1，则λ可取为1.0。该简化处理使λ的误差在2％之内。由式（5－9）可得
61
1
06.111+=OG N ，所以04.1=OG N
该系统N OG 基本上等于N G ，属气膜控制。 ⑧计算E OG
按式（5－8）得646.004
.1=-=-e l E OG
⑨计算E MV 计算涡流扩散系数
31014.9-?=E D m 2/s
由式（5－16）()()
88.7801014.92.375.032
=??=-e P 由λ/OG E 和e P 值查图5－5得29.1/=OG MV E E ，833.0=MV E ⑩估计操作过程中雾沫夹带的影响
从图5－8，由2
1
???
?
??L
G
V L ρρ和板间距查得K v ，假定()L G G L G ρρρρρ//≈-，则 07.021
=???? ??=L G F V u K ρρm/s 6.60106.007
.0==F u m/s 泛点百分率＝%706
.662
.4=
由图5－9查得e ＝0.25 由式（5－20）得()()()[]
65.025.01/833.025.01833
.0=-+=
a E
五、进料速率为1000h kmol /的轻烃混合物，其组成为：丙烷(1)30%;正丁烷（2）10%；正戊烷(3)15%；正己烷45%（摩尔）。求50℃和200kPa 条件下闪蒸的气、液相组成及流率。 解：该物系为轻烃混合物，可按理想溶液处理。由给定的T 和P ，从K T P --查处i K ，再采用上述顺序解法
求解。
①核实闪蒸温度
假设50℃为进料的泡点温度，则 假设50℃为进料的露点温度。则
说明进料温度的实际的泡点温度和露点温度分别低于和高于规定的闪蒸温度，闪蒸问题成立。 2.求ψ，令1.01=ψ（最不利的初值）
8785.0)
13.0)(1.0(1)
45.0)(13.0()18.0)(1.0(1)15.0)(18.0()14.2(1.0(1)1.0)(14.2()10.7)(10.0(1)3.0)(10.7()1.0(=-+-+-+-+-+-+-+-=
f 因
0)1.0(>f ,应增大ψ值。因为每一项的分母中仅有一项变化，所以可以写出仅含未知数ψ的一个方程
计算R R -方程导数的公式为
当1.01=ψ时631.4))
((
1=ψ
ψd df
由ψ
ψψ-ψ=ψ
+d df f k k k
k /)()
()()()
1(，29.0631.48758.01.02
=+=ψ 以下计算依次类推，迭代的中间结果列表如下：
)(ψf 数值已达到的
K T P --图的精确度
④ 用
式
)
1(1-ψ+=
i i
i K z x 计
算i x ，用)
1(1-ψ+=i i
i i K Z K y 计算i y
由类似计算得
0583.02=x ，1400.02=y
1670.03=x ，1336.03=y
6998.04=x ，2099.04=y
4.求V ，L
5.核实
∑i
y 和∑i
x
999.04
1
=∑=i i
x
，0008.14
1
=∑=i i y
因ψ值不能再精确，故结果已满意。
迭代次数
1 2 3 4
0. 1 0.29 0. 46 0.51
0. 8785 0. 329 0. 066 0.00173
4.631 1.891 1.32 －
@9化学工程与工艺教学改革系列参考书
分离工程试题库 叶庆国钟立梅主编
化工学院化学工程教研室
化学工程与工艺专业所在的化学工程与技术一级学科属于山东省“重中之重”学科，一直处于山东省领先地位，而分离工程是该专业二门重要的必修专业课程之一。该课程利用物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等基础基础知识中有关相平衡热力学、动力学、分子及共聚集状态的微观机理，传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系分离和提纯技术。传统的教学方法的突出的弊端就是手工计算工程量大，而且结果不准确。同时由于现代化化学工业日趋集成化、自动化、连续化，学生能学到的东西越来越少。所以，传统的教学模式不能满足现代化工业生产对高水平工业工程师的需求，开展分离工程课程教学方法与教学手段课题的研究与实践，对我们的学生能否承担起现代化学工业的重任，与该课程的教学质量关系重大，因此对该门课程进行教学改革具有深远意义。 分离工程课程的改革主要包括多媒体辅助教学课件的开发、分离工程例题与习题集、分离工程试题库的编写等工作。目前全国各高校化学工程与工艺专业使用的教材一般均为由化学工程与工艺专业委员会组织编写的化工分离过程（陈洪钫主编，化学工业出版社），其他类似的教材已出版了十余部。这些教材有些还未配习题，即便有习题，也无参考答案，而至今没有一本与该课程相关的试题库的出版，因此编写这样一本学习参考书，既能发挥我校优势，又符合形势需要，填补参考书空白，具有良好的应用前景。 分离工程试题库与课程内容紧密结合，贯穿目前已出版的相关教材，包括填空、选择、名词解释、问答和计算题多种题型，有解题过程和答案，为学生的课堂以及课后学习提供有力指导。 编者 2006年3月
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。
1.例题2－2 以枯草杆菌为菌种发酵生产蛋白酶，拟用过滤法分离菌体，加助滤剂硅藻土后料液含固体悬浮物的质量体积比为％6.3，黏度 s Pa ??=-3106.6μ。在实验室用直径为的布氏漏斗进行真空抽滤试验，真空 度维持在Pa 4100.9?，经24min 获得滤液34101m －?；且测得滤饼的的压缩系数3 2 =s ，现使用每板面积2352.0m ，框数15的板框压滤机过滤，处理33m 上述发酵液，若操作过程不排渣，且过滤介质阻力m R 可忽略不计。求过滤压降Pa p 510448.3?=?时所需的过滤时间。 2.例题2－3 欲使用转鼓真空过滤机处理一抗生素发酵液，处理量为每小时315m ，过滤面积240m A =，回转速度为min /1r ，操作真空度为Pa 4107?。由于加入了硅藻土助滤剂，滤饼可视作不可压缩的。若滤饼过滤阻力参数 250 /109.22m s p ?=?μαρ，洗涤后滞留于滤饼的可溶性物质为洗涤前的1％ （01.0=r ），洗涤效率%70=ε，滤液滞留量为%0.1=f ，求：?转鼓回转一周的过滤时间f t ，?洗涤时间w t 325.00 .160 360015m V f =?= ， s t f 3.11)40 25.0(109.22 5=??=， 根据滤饼洗涤效率方程，n r )1(ε-=，代入题给数据得n %)701(01.0-=，n=; 由式子（2－23）可得 01.08.323 .11??=w t ，解得滤饼洗涤时间为s t w 86.0= 3.例题3－1 许多动物细胞都能在葡聚糖颗粒的载体上培养，这些细胞沉降颗粒或微团密度为3/02.1m g ，直径m μ150，一个50升的反应器用来培养细胞，使其生长出一种疫苗，当搅拌停止时，游离的微团下沉而与抗体分
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 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
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。
［例2-3］ 求含正丁烷（1）0.15、正戊烷（2）0.4、和正已烷（3）0.45（摩尔分数）之烃类混合物在0.2MPa 压力下的泡点温度。B. 露点温度 a. 解：因各组分都是烷烃，所以汽、液相均可看成理想溶液， K i 只取决于温度和压力。如计算要求不高，可使用烃类的 p －T －K 图（见图 2-1）。 假设 T ＝ 50℃， p ＝0.2MPa ，查图求 K i ， 组分 xi Ki yi=Kixi 正丁烷 0.15 2.5 0.375 正戊烷 0.40 0.76 0.304 正已烷 0.45 0.28 0.126 说明所设温度偏低,选正丁烷为K G ,95.0805 .076 .03==∑=i G y K K 。查p-t-k 图t 为58.7, 再设 T ＝ 58.7℃，重复上述计算得 故泡点温度为 58.7℃。 解：B. 露点温度, 假设 T ＝ 80℃， p ＝0.2MPa ，查图求 K i ， 组分 xi Ki yi/Ki=xi 正丁烷 0.15 4.2 0.036 正戊烷 0.40 1.6 0.25 正已烷 0.45 0.65 0.692 1978.0≠=∑=∑∴i i i K y x 选正戊烷为参考组分，则 56.1978.06.14=?=∑?=i G x K K 由56.14=K ,查图2-1a 得t=78℃ K 1=4，K 2=1.56， K 3=0.6， 1053.175.0267.00375.0≈=++=∑ =∑∴i i i K y x
故混合物在78℃。 ［例2-7］ 进料流率为 1000kmol/ h的轻烃混合物，其组成为：丙烷 (1)30% ；正丁烷 (2)10% ；正戊烷 (3)15% ；正已烷 (4)45%( 摩尔 ) 。求在50 ℃和 200kPa 条件下闪蒸的汽、液相组成及流率。 解：该物系为轻烃混合物，可按理想溶液处理。由给定的T 和p ，从p - T - K 图查K i ，再采用上述顺序解法求解。 (1)核实闪蒸温度 假设50℃为进料泡点温度，则 假设50℃为进料的露点温度，则 说明进料的实际泡点和露点温度分别低于和高于规定的闪蒸温度，闪蒸问题成立。 (2)求Ψ ，令Ψ 1 =0.1(最不利的初值) =0.8785 因f (0.1)>0，应增大Ψ 值。因为每一项的分母中仅有一项变化，所以可以写出仅含未知数Ψ 的一个方程: 计算R - R 方程导数公式为：
研究生《分离工程》考试试卷（2009-12） 年级 专业 导师 姓名 成绩 一、填空题（20分） 1. 按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为两类，即 平衡分离过程 和 速率控制分离过程 。 分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，分离剂有 能量媒介（ESA ） 和 物质媒介（MSA ） 两种类型. 2. 影响板式精馏塔分离效率的因素包括： 传质速率 ， 流型和混 合 效应 ， 雾沫夹带 和 物性的影响 。 4. 精馏操作中, 以板效率定义理论板和实际板的差异, 以汽相浓度表示的板效率定义为: (数学式,在第i 块板上) i i i+1 MV *i+1y -y E = y -y 。 5. 萃取精馏中溶剂的作用可以概括为两点： 对原溶液各组分产生不同程度的作用 和 稀释原溶液，减小各组分相互作用 。 6. 全回流精馏状态下得到的理论板数是,,,,,lg lg D lk B hk D hk B lk m lk hk x x x x N α??? ? ?? ? = 为最少理论塔板数 , 而最小回流比为 1iB Di m i iB x R ααθ=--∑ 理论塔板数无穷多时的回流比 。 7. 液液萃取的分配比定义为: 达到萃取平衡时，被萃物在萃取相中的浓度与被萃物在被萃相中的浓度之比 . 8. 固膜分离技术包括: 微过滤 超过滤 和 反渗透
等。 9. 分离的过程耦合是将不同性质的分离过程自身或与反应过程耦合起来，例如：萃取结晶、吸附蒸馏、化学吸收和化学蒸馏等. 10. 结晶图中，饱和S-S和过饱和曲线T-T将整个区域分为3个区，其中S-S和T-T之间的区称为亚稳定区，它又分为刺激结晶区和养晶区两个区。 11 相平衡常数的计算方法有状态方程法和活度系数法两种方法 12. 相平衡关系可用相图，相平衡常数和分离因子等来表达。 13. 通常所说多组分精馏的FUG简捷计算法中，F代表芬斯克方程，用于计算全回流操作时，达到分离要求所需要的最少理论塔板数，U代表恩德吾特公式，用于计算最小回流比，G代表吉利兰关联，用于确定实际回流比下所需理论塔板数。 14. 如果想用离子交换法去除溶液中的Na+，应用阳离子型的离子交换树脂，并用稀酸洗脱。 二、简答题（20） 1. 什么是物料的露点？它与物料的哪些参数有关？ 答：物料的露点分为露点温度和露点压力两类。当压力一定时，物料蒸汽凝结出第一个液滴时的温度为露点温度；当温度一定，恒温增压到结出第一滴露珠时的压力为露点压力。它与物料的粘度，沸点等参数有关，也与气体压力以及待结露物质在气体中含量有关。。 2. 反胶束萃取的萃取效率与什么效率有关？ 答：影响反胶束萃取蛋白质的主要因素，如下： 1）与反胶束相有关因素包括：表面活性剂的种类、表面活性剂的浓度、有机溶剂的种类、助表面活性剂及其浓度；
《生物分离工程》题库 一、填充题 1. 生物产品的分离包括R 不溶物的去除 ，I 产物分离 ，P 纯化 和P 精 制 ； 2. 发酵液常用的固液分离方法有 过滤 和 离心 等； 3. 离心设备从形式上可分为 管式 ， 套筒式 ， 碟片式 等型式； 4. 膜分离过程中所使用的膜，依据其膜特性（孔径）不同可分为 微滤膜 ， 超滤膜 ， 纳滤膜 和 反渗透膜 ； 5. 多糖基离子交换剂包括 离子交换纤维素 和 葡聚糖凝胶离子交换剂 两大类； 6. 工业上常用的超滤装置有 板式 ， 管式 ， 螺旋式和 中空纤维式 ； 7. 影响吸附的主要因素有 吸附质的性质 ， 温度 ， 溶液pH 值 ， 盐的浓度 和 吸附物的浓度与吸附剂的用量 ； 8. 离子交换树脂由 网络骨架 （载体） ， 联结骨架上的功能基团 （活性基） 和 可 交换离子 组成。 9. 电泳用凝胶制备时，过硫酸铵的作用是 引发剂（ 提供催化丙烯酰胺和双丙烯酰胺聚 合所必需的自由基） ； 甲叉双丙烯酰胺的作用是 交联剂（丙烯酰胺单体和交联剂甲叉双丙烯酰胺催化剂的作 用下聚合而成的含酰胺基侧链的脂肪族长链） ； TEMED 的作用是 增速剂 （催化过硫酸胺形成自由基而加速丙烯酰胺和双丙烯酰胺的 聚合 ）； 10 影响盐析的因素有 溶质种类 ， 溶质浓度 ， pH 和 温度 ； 11.在结晶操作中，工业上常用的起晶方法有 自然起晶法 ， 刺激起晶法 和 晶种起晶法 ； 12.简单地说离子交换过程实际上只有 外部扩散 、内部扩散 和化学交换反应 三步； 13.在生物制品进行吸附或离子交换分离时，通常遵循Langmuir 吸附方程，其形式为c K c q q 0+= 14.反相高效液相色谱的固定相是 疏水性强 的，而流动相是 极性强 的；常用的固定相有C 8 辛烷基 和 十八烷基C 18 ；常用的流动相有 乙腈 和 异丙醇 ； 15.超临界流体的特点是与气体有相似的 粘度和扩散系数 ，与液体有相似的 密度 ； 16.离子交换树脂的合成方法有 加聚法 和 逐步共聚法 两大类；
生物分离工程练习题1 https://www.doczj.com/doc/e716887095.html,work Information Technology Company.2020YEAR
《生物分离工程》练习题 绪论 1.生物分离过程包括目标产物的提取、浓缩、纯化。 2.生物分离过程的显著特点是什么？ 1、条件温和 2、安全性、卫生性要求高 3、方法需要具有高选择性 4、对原料高度浓 缩 3.评价一个分离过程的效率主要有三个标准，目标产物的浓缩程度、分离纯化程 度、回收率。 4.图中F表示流速，c表示浓度；下标T和X分别表示目标产物和杂质。C、P和W分别 表示原料、产品和废料。写出产品浓缩率m、分离因子α、回收率REC的计算公式。 书本第九页 第一章细胞分离与破碎 1.在细胞分离中，细胞的密度ρS越大，细胞培养液的密度ρL越小，则细胞沉降 速率越大。 2.过滤中推动力要克服的阻力有过滤介质阻力和滤饼阻力，其中滤饼占 主导作用。 3.B可以提高总回收率。 A.增加操作步骤 B.减少操作步骤 C.缩短操作时间 D.降低每一步的收率 4.重力沉降过程中，固体颗粒不受C的作用。 A.重力 B.摩擦力 C.静电力 D.浮力 5.过滤的透过推动力是D 。 A.渗透压 B.电位差 C.自由扩散 D.压力差 6.在错流过滤中，流动的剪切作用可以B。 A.减轻浓度极化，但增加凝胶层的厚度 B.减轻浓度极化，但降低凝胶层的 厚度 C.加重浓度极化，但增加凝胶层的厚度 D.加重浓度极化，但降低凝胶层的 厚度 7.重力沉降过程中，固体颗粒受到重力，浮力，流体摩擦阻力的作用，当 固体匀速下降时，三个力的关系平衡 8.撞击破碎适用于D的回收。 A.蛋白质 B.核酸 C.细胞壁 D.细胞器
第一章 1. 列出5种使用ESA 和5种使用MSA 的分离操作。 答：属于ESA 分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。 属于MSA 分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。 5.海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M ，式中C 为溶解盐的浓度，g/cm 3；M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。若从含盐0.035 g/cm 3的海水中制取纯水，M=，操作温度为298K 。问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa? 答：渗透压π=RTC/M ＝×298×=。 所以反渗透膜两侧的最小压差应为。 9.假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。求： （1） 总变更量数Nv; （2） 有关变更量的独立方程数Nc ； （3） 设计变量数Ni; （4） 固定和可调设计变量数Nx , Na ； （5） 对典型的绝热闪蒸过程，你 将推荐规定哪些变量？ 思路1： 3股物流均视为单相物流， 总变量数Nv=3(C+2)=3c+6 独立方程数Nc 物料衡算式 C 个 热量衡算式1个 相平衡组成关系式C 个 1个平衡温度等式 1个平衡压力等式 共2C+3个 故设计变量Ni =Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3 固定设计变量Nx ＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na ＝0 解： V -2 F z i T F P F V , y i ,T v , P v L , x i , T L , P L 习题5附图
（1） Nv = 3 ( c+2 ) （2） Nc 物 c 能 1 相 c 内在(P ，T) 2 Nc = 2c+3 （3） Ni = Nv – Nc = c+3 （4） Nxu = ( c+2 )+1 = c+3 （5） Nau = c+3 – ( c+3 ) = 0 思路2： 输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数Nv=2(C+2) 独立方程数Nc ：物料衡算式 C 个 ，热量衡算式1个 ,共 C+1个 设计变量数 Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3 固定设计变量Nx:有 C+2个加上节流后的压力共C+3个 可调设计变量Na ：有0 11.满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求： （1） 设计变更量数是多少？ （2） 如果有，请指出哪些附加变 量需要规定？ 解： N x u 进料 c+2 压力 9 c+11=7+11=18 N a u 串级单元 1 传热 1 合计 2 N V U = N x u +N a u = 20 附加变量：总理论板数。 16.采用单个精馏塔分离一个三组分混合物为三个产品(见附图),试问图中所注设计变量能否使问题有唯一解?如果不,你认为还应规定哪个(些)设计变量? 解: N X U 进料 c+2 压力 40+1+1 c+44 = 47 N a u 3+1+1+2 = 7 N v u = 54 进料，227K ，2068kP a 组分N 2 C 1 C 2 C 3 C 4 C 5 C 6 K m ol/h 1.054.467.6141.154.756.033.3塔顶产物 底产物 9 2 习题6附图
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
一、 填空 1、当混合物在一定的温度、压力下，满足（ ∑K i Z i>1且 ∑K i / Z i>1）条件即处于两相区，可通过（ 等温闪蒸 ）计算求出其平衡汽液相组成。 2、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（ 溶剂回收段 ）。 3、吸收因子为（ A=L /KV ），其值可反应吸收过程的（ 难易程度 ）。 4、吸收剂的再生常采用的是（ 用蒸汽或惰性气体的真空塔 ），（ 用再沸器的解吸塔 ），（ 用蒸馏塔解吸 ）。 5。多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（ 设计型 ）型计算和（ 操作型 ）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（ 1 ）关键组分，这是因为（ 单向传质 ）的缘故。 8、精馏有（ 2 ）个关键组分，这是由于（ 双向传质 ）的缘故。 9、对宽沸程的闪蒸过程，其各板的温度变化由（ 进料热焓 ）决定，故可由（ 热量衡算式 ）计算各板的温度。 10、流量加合法在求得ij x 后，由（ S ）方程求j V ，由（ H ）方程求j T 。 11、超临界流体具有类似液体的（ 溶解能力 ）和类似气体的（ 扩散能力 ）。 12、常用吸附剂有（ 活性炭 ），（ 硅胶 ），（ 沸石分子筛 ），（ 活性氧化铝 ）。 13、分离过程分为( 机械分离 )和( 传质分离 )两大类。 14、传质分离过程分为（ 平衡分离过程 ）和（ 速率分离过程 ）两大类。 15、分离剂可以是（ 物质媒介 ）和（ 能量媒介 ）。 16、露点方程的表达式为( ∑Y i / K i =1 )。 17、泡点方程的表达式为( ∑K i X i=1 )。 18、泡点温度计算时若 ∑K i x i >1，温度应调（ 低 ）。 19、泡点压力计算时若 ∑K i x i >1，压力应调（ 高 ）。 20若组成为Z i 的物系, 11c i i i K Z =>∑, 且1(/)1c i i i Z K =>∑时， 其相态为（ 气液两相 ） 。 21若组成为Z i 的物系, 11c i i i K Z = <∑ 时其相态为（ 过冷液体 ）。 22若组成为Z i 的物系, 1(/)1c i i i Z K =<∑时，其相态为（ 过热液体 ）。 23设计变量分为（ 固定设计变量 ）与（ 可调设计变量 ）。 24透过曲线是以（ 吸附时间 ）为横坐标绘制而成。 25透过曲线是以（ 床出口流体中溶质的相对浓度 ）为纵坐标绘制而成。 26透过曲线是分析（ 床出口流出物的溶质的相对浓度与吸附时间的关系 ）得到的。 27、溶液结晶的推动力是（ 过饱和度 ）熔融结晶的推动力是（ 过冷度 ）。 28、液膜组成中流动载体的作用是（ 是指定的溶质或离子进行选择性迁移 ）。 29、根据微滤过程中微粒被膜截留在膜的表面层或膜深层的现象，可将微滤分成（ 表面过
资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。 《分离工程》练习题 第一章绪论 ( 一) 填空题 1、分离作用是由于加入_______而引起的, 因为分离过程是熵________过程。 2、分离过程是________的逆过程, 因此需加入__________来达到分离目的。 3、衡量分离的程度用____________表示, 处于相平衡状态的分离程度是_________________.。 4、分离因子表示任一分离过程所达到的____________, 其定义为_____________________。 5、分离因子____________, 则表示组分i及j之间不能被分离。 6、分离剂能够是___________或____________, 有时也可两种同时应用。 7、平衡分离的分离基础是利用两相平衡_____________的原理, 常采用____________作为处理手段, 并把其它影响归纳于___________。 8、速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种___________作用下经过某种介质时的__________差异而实现分离。 9、分离过程是将一混合物转变为组成__________的两种或几种产品的哪些操作。 10、分离工程研究分离过程中分离设备的___________。 11、传质分离过程分为____________和____________两类。 12、速率分离可分为__________和__________两大类。 13、分离过程中按有无物质传递现象发生来划分, 分离过程可分为__________和__________。 ( 二) 简答题 1、列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。 2、比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。 3、平衡分离过程和速率分离过程各有何特点? 4、怎样用分离因子判断分离过程进行的难易程度? 5、根据两相状态不同 , 平衡分离过程可分成几类 6、为什么要进行分离过程的的耦合及集成, 有何好处?
分离工程习题 四、计算题： 1、已知某混合物含0.05乙烷，0.30丙烷和0.65正丁烷（摩尔分率），操作压力下各组分的平衡常数可按下式进行计算，试求其泡点温度。 乙烷: K=0.13333t+5.46667 丙烷: K=0.06667t+1.13333 正丁烷: K=0.02857t+0.08571 （t 的单位为℃） 解：设温度为10℃， 用泡点方程∑=1x K i i 进行试差，不满足泡点方程, 设温度为7.2℃，重新试差，满足泡点方程，泡点温度为7.2℃,结果见表。 2、已知某混合物含0.05乙烷，0.30丙烷和0.65正丁烷（摩尔分率），操作压力下各组分的平衡常数可按下式进行计算，试求其露点温度。 乙烷: K=0.13333t+5.46667 丙烷: K=0.06667t+1.13333 正丁烷: K=0.02857t+0.08571 （t 的单位为℃） 解：设温度为24℃， 用泡点方程∑=1K /y i i 进行试差，不满足露点方程, 设温度为23℃，重新试差，满足露点方程，露点温度为23℃,结果见表。 3、一轻烃混合物进行精馏塔的计算，求得最小回流 比Rm=1.45，最小理论板数Nm=8.6，现取操作回流比 为R=1.25Rm ，全塔平均板效率为n=0.60，求所 需的实际塔板数。 解：R=1.25Rm=1.25×1.45=1.8125 R R R m -+=-+=118125145181251013.. .. 由图查得， N Nm -=053.
实际板数为=19.43/0.6 =32.4=33块 4、某多组分精馏塔的原料组成、产品组成（组分1为轻关键组分）及各组分的相对挥发度如表所示，已知提馏段第n 板上升的气相组成，提馏段操作线方程为x n+1,i =0.8y n,i +0.2x w,i ，精馏段操作线方程为 x y x n i n i D i ,,,..=--12021。试求离开第n+2板的液相组成。（要求各板组成列表）（塔序从下往上，第n+1 解：（1）用提馏段操作线方程x n+1,i =0.8y n,i +0.2x w,i ，计算'i ,1n x +，即 381.0013.02.0473.08.0x 2.0y 8.0x 1,W 1,n 1,1n =?+?=+=+ 其他组分的计算结果列于表。 （2）用相平衡方程 ∑ +++αα= 'i ,1n 'i ,1n 'i ,1n x x y ，计算'i ,1n y +，计算结果列于表。 （3）由于第n+1板为进料板为进料板，所以，用精馏段操作线方程x y x n i n i D i ,,,..=--12021，计算'i ,2n x +，即 5508.0980.02.06223.02.1x 2.0y 2.1x 1,D 1,1n 1,2n =?-?=-=++其他组分的计算结果列于表。 （4）计算结果汇总 'i ,1n x + 'i ,1n x +α y 'i ,1n + i ,2n x + 1 0.3810 0.9335 0.6223 0.5508 2 0.5234 0.5234 0.3489 0.4147 3 0.0502 0.0246 0.016 4 0.0197 4 0.0454 0.0186 0.0124 0.0149 Σ 1.0000 1.5000 1.0001 5、已知组分1和组分2所构成的二元系统， 当处于汽-液-液平衡时， 两个平衡的液相组成如 下:x x 21005005αβ==.,.， 两个纯组分的饱和蒸汽压此时分别为P amt P atm 1020065075==.,.，此对称系统的范拉尔常数（用Ln 表示）为A=3.272 求:（1）γγαβ21, （2）平衡压力 （３）平衡的气相 组成。 解：（1）由范拉尔方程计算活度系数 00818 .00.053.272)A(x ln γ953.20.05)(13.272)x 1A(ln γ2 2β1 β 2 2221=?== =-?=-=ββ 008 .1γ 16 .19γβ2 1==β 16 .19γ 008.1γ2 α1==α （2）3411.17185.06226.0x γP x γP P α 2α202β1β101=+=+=
重点：掌握分离过程的特征，分离因子和固有分离因子的区别，平衡分离和速率分离的原理。 难点：用分离因子判断一个分离过程进行的难易程度，分离因子与级效率之间的关系。 ?1、说明分离过程与分离工程的区别 ?2、实际分离因子与固有分离因子的主要不同点是什么 ?3、怎样用分离因子判断分离过程进行的难易程度 ?4、比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。 ?5、按所依据的物理化学原理不同，传质分离过程可分为那两类 ?6、分离过程常借助分离剂将均相混合物变成两相系统，举例说明分离剂的类型. 1、下列哪一个是机械分离过程（） （1）蒸馏（2）吸收（3）膜分离（4）离心分离 2、下列哪一个是速率分离过程（） （1）蒸馏（2）吸附（3）膜分离（4）沉降 3、下列哪一个是平衡分离过程（） （1）蒸馏（2）热扩散（3）膜分离（4）离心分离 1、分离技术的特性表现为其（）、（）和（）。 2、分离过程是（混合过程）的逆过程，因此需加入（）来达到分离目的。 3、分离过程分为（）和（）两大类 4、分离剂可以是（）或（），有时也可两种同时应用。 5、若分离过程使组分i及j之间并没有被分离，则（）。 6、可利用分离因子与1的偏离程度，确定不同分离过程分离的（）。 7、平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不等）的原理，常采用（）作为处理 手段，并把其它影响归纳于（）中。 8、传质分离过程分为（）和（）两类。 9、速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种（）作用下经过某种介质时的（） 差异而实现分离。 10、分离过程是将一混合物转变为组成（）的两种或几种产品的哪些操作。 11、工业上常用（）表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为 （）。 12、速率分离的机理是利用传质速率差异，其传质速率的形式为（）、（）和（）。 13、绿色分离工程是指分离过程（）实现。 14、常用于分离过程的开发方法有（）、（）。 1、分离过程是一个（） a.熵减少的过程； b.熵增加的过程； c.熵不变化的过程； d. 自发过程 2、组分i、j之间不能分离的条件是（） a.分离因子大于1； b.分离因子小于1； c.分离因子等于1 3、平衡分离的分离基础是利用两相平衡时（）实现分离。 a. 组成不等； b. 速率不等； c. 温度不等 4、当分离因子（）表示组分i及j之间能实现一定程度的分离。 a. ; b. ； c. 5.下述操作中，不属于平衡传质分离过程的是（） a. 结晶； b. 吸收； c. 加热； d. 浸取。 6、下列分离过程中属机械分离过程的是（）： a.蒸馏； b. 吸收； c. 膜分离； d.离心分离。 7、当分离过程规模比较大，且可以利用热能时，通常在以下条件选择精馏法（）：
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。 1 (1) (1)1 c i i i i z K Kψ = - = -+ ∑ 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0.6（mol分数）的苯（1）—甲苯（2）混合物在101.3kPa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=152.56kPa P20=61.59kPa 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=0.65(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0.50、丙烷0.4、丁烷0.1（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=1.26，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。
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）。