2 分离过程热力学

座位号

化工分离过程过程性考核试卷（二）

一．填空题（每空1分，本大题共18分）

1.按照蒸馏方式划分,蒸馏可以分为 简单蒸馏 、 平衡蒸馏 、 精馏 和 特殊精馏 。

2.相对挥发度等于1，说明 物系不能用普通的蒸馏方法加以分离。

3.蒸馏中常用的相图为常压下的 t-x-y相图

和 x-y相图

。

4.连续精馏塔中，加料板以上的塔段称为 精馏段 ，加料板以下的塔段称为

提馏段 。

5.精馏塔常见的进料热状况包括 过冷液体 、 饱和液体 、 气液混合物 、 饱和蒸气

和 过热蒸气

。

6.间歇精馏的两种基本操作方式为 恒回流比 和 恒回馏液组成 。

7.精馏段的操作线方程为y=0.75x+0.24，则回流比为 3 ，塔顶馏出液组成为 0.96 。

二、单项选择题：（每空1分，本大题共8分）

在每小题列出的四个备选项中选出一个正确答案的代号填写在题后的括号内。

8.操作中的精馏塔，若增加回流比，而其他操作条件不变，则下列结论正确的是（ A ）

A.xD增加，xW降低 B.xD增加，xW增加

C.xD降低，xW降低 D.xD降低，xW增加

9.操作中的精馏塔，若保持F、xF、q、D不变，增加R，则提馏段下降液体量L（ A ）

A.增加 B.减少

C.不变 D.不确定

10.操作中的精馏塔，若将进料由饱和液体改为过冷液体，而其他操作条件不变，则下列结论正确的是（ A ）

A.xD增加，xW降低 B.xD增加，xW增加

C.xD降低，xW降低 D.xD降低，xW增加

11.在蒸馏所用的温度-组成相图中，位于泡点线和露点线之间的点所代表的状态为（ C ）。

低温与超导　第３４卷第５期　低温技术　Ｃｒｙｏｇｅｎｉｃｓ　Ｃｒｙｏ．＆Ｓｕｐｅｒｅｏｎ．　Ｖｏ１．３４　Ｎｏ．５　

涡流管能量分离过程的热力学模型　

王朋涛，姜任秋，宋福元，张鹏，周少伟，陈跃进　

（哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，哈尔滨１５０００１）　

摘要：根据工程热力学理论对涡流管工作过程进行了热力学分析，在ｈ—Ｓ图上定性地表示出热力过程，获得了过程中　相关参数的计算公式。通过对管内能量分离过程热力学分析，借助Ｊ．Ｍｉｓｃｈｎｅｒ的热力学熵增理论，获得了涡流管内能量分　离效应与冷气流率的函数关系式，建立了完整的涡流管能量分离过程的热力学模型。　

关键词：涡流管；能量分离；热力学过程；热力学模型　

Ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｍｏｄｅｌ　ｏｆ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ｖｏｒｔｅｘ　ｔｕｂｅ　

Ｗａｎｇ　Ｐｅｎｇｔａｏ，Ｊ　ｉａｎｇ　Ｒｅｎｑｉｕ，Ｓｏｎｇ　Ｆｕｙｕａｎ，Ｚｈａｎｇ　Ｐｅｎｇ，Ｚｈｏｕ　Ｓｈａｏｗｅｉ，Ｃｈｅｎ　Ｙｕｅｊｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｐｏｗｅｒ　ａｎｄ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈａｒｂｉｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５０００１，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ｔｈｅ　ｗｏｒｋｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｉｎ　ｖｏｒｔｅｘ　ｔｕｂｅ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ｏｆ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ，ｔｈｅ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗａｓ　ｓｔａｔｅｄ　ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅｌｙ　ｉｎ　ｈ—Ｓ　ｄｉａｇｒａｍ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｅｑｕａｔｉｏｎｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｏｆ　ｔｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｗｅｒｅ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｈｅｌｐ　ｏｆ　Ｊ．Ｍｉｓｃｈｎｅｒ＇ｓ　ｅｎｔｒｏｐｙ　ｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｎ　ｖｏｒｔｅｘ　ｔｕｂｅ　ｖｅｒｓｕｓ　ｃｏｌｄ　

分离过程实质简介 摘要简要介绍了分离技术的分类和特征结合实例从热力学角度

讨论分离过程的本质。 关键词分离过程实质热力学 1 绪言 分离技术广泛地应用于

物理和化学的基础研究还有环境、医学、药学、材料、化工、食品和石油工程的应用研究。可以说物质的分离是科学研究的重要步骤分离科学是一门涉及多学科知识

反过来又推动其他学科发展的重要科学。 2 分离技术分类 分离是利用混合物中各

组分在物理性质或化学性质上的差异通过适当的方法或装置使各组分分配至不同的

空间区域或在不同的时间依次分配至同一空间区域的过程。通常用于分离的物质的

性质列于表1.1。 表2.1 通常用于分离的物质性质 类别 物质性质 物理性质 力学性质 密度、摩擦因数、表面张力、尺寸、质量 热力学性质 熔点、沸点、临界点、蒸

气压、溶解度、分配系数、吸附 电磁性质 电导率、介电常数、签约率、电荷、淌

度、磁化率 输送性质 扩散系数、分子飞行速度 化学性质 热力学性质 反应平衡常

数、化学吸附平衡常数、离解常数、电离点位 反应速率 反应速度常数 生物学性质

生物亲和力、生物吸附平衡、生物学反应速度常数 分离方法的种类很多分类方法也很多从不同角度可将分离方法分成若干各有特色的类型。 2.1 按被分离物质的性质

分类 1 物理分离法 按被分离组分物理性质的差异采用适当的物理手段进行分离。

如离心分离和电磁分离。 2 化学分离法 按被分离组分化学性质的差异通过适当的

化学过程使其分离。如沉淀分离、萃取分离、色谱分离和选择性溶解。 3 物理化学

分离法 按被分离组分物理化学性质的差异进行分离。如蒸馏、挥发、电泳、区带熔融和膜分离。 2.2 按分离过程的本质分类 1 平衡分离过程 平衡分离过程是一种利

用外加能量或分离剂使原混合物形成新的相界面利用互不相容的量相界面上的平衡

关系使均相混合物得以分离的方法。表2.2给出了常见的平衡分离方法。 表2.2 常见

平衡分离方法 第二相 第一相 气相 液相 固相 超临界流体相 气相 — 汽提、蒸

1、指出下列K值表达式中哪个是严格的，哪个是不严格的，并引证其假设。

(1) 严格

pyfiViViˆˆ pxfiLiLiˆˆ

LiViffˆˆ pxpyiLiiViˆˆ

ViLiiiixyKˆˆ

(2) 不严格——汽液理想溶液

pyfiViViˆˆ LiiLiOLiiLiifyffyfˆˆ LiiiiVifxpyˆ

ViLiViLiViLiiViLiiiiiffpfxyKˆˆ pfLiLi

汽相—理想溶液ViViˆ

液相—理想溶液1i

(3) 不严格

汽相—理想气体1ˆVi

液相—理想溶液1i

LiViLiiiKˆ or LiViLiiKˆˆ

(4) 严格

ViLiiiKˆ pfpxfLiiLiLi i纯物质1ix

(5) 不严格

汽相—理想气体1ˆVi，1si

液相—理想溶液1i

RTppvppxyKsiLiVisisiiiiiexpˆ

LisiLisisifRTppvpexp 1expRTppvsiLi (6) 严格

ViViViViiViVipfpyfˆˆ

OViiViVifyfˆ ViOViff i纯组分基准态

LiLiLiLiiOLiiLiiLiLipfpxfxpxfˆˆ

ViViLiLiViLiiKˆˆ

(7) 不严格

汽相—理想气体1ˆVi，1si

液相—真实溶液

同(4)证明，1expRTppvsiLi