第2章传质分离过程的热力学基础

模拟考试试题 （1）卷一、填空(每空2分,共20分)1、气液传质分离过程的热力学基础是( )。

如果所有相中的温度压力相等、每一组分的逸度也相等，则此时达到了 。

2、精馏塔计算中每块板温度变化是由于 改变，每块板上的温度利用 确定。

3、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为 型计算和 型计算。

4、只在塔顶或塔釜出现的组分为 。

5、 超滤是以 为推动力，按( )选择分离溶液中所含的微粒和大分子的膜分离操作。

6、吸收操作在传质过程上的主要特征是 二、推导分析(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)0(1)1ci i i i z K K ψ=-=-+∑ 式中： K i ——相平衡常数；ψ——气相分率（气体量/进料量）。

2. 一烃类混合物送入精馏装置进行分离，进料组成和相对挥发度a 值如下，现有A 、B 两种方案可供选择（见下图），你认为哪种方案合理？为什么？异丁烷 正丁烷 戊烷 异丁烷 正丁烷 戊烷摩尔% 25 30 45 相对挥发度：1.24 1.00 0.34三、简答(每题5分,共25分)1. 在萃取精馏中，萃取剂在何处加入？为何？2. 从热力学角度和工艺角度简述萃取精馏中萃取剂选择原则？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？4. 试分析吸附质被吸附剂吸附一脱附的机理？5. 精馏过程全回流操作的特点？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 P 10=152.56kPa P 20=61.59kPa2. 已知某乙烷塔，塔操作压力为28.8标准大气压，塔顶采用全凝器，并经分析得塔顶产品组成为：组 分 甲烷. 乙烷. 丙烷. 异丁烷. 总合组成x iD 1.48 88 10.16 0.36 100%（摩尔） 相平衡常数: 5.4 1.2 0.37 0.18 （20℃） 5.6 1.24 0.38 0.19 （22℃） 试计算塔顶温度。

课程名称：化工分离工程授课班级：化学工程与工艺专业授课教师：[教师姓名]授课时间：[具体日期]课时安排：2课时教学目标：1. 让学生了解化工分离工程的基本概念、分类和重要性。

2. 掌握常见分离方法的原理、操作特点和设备。

3. 理解分离过程的热力学平衡、传质与扩散的基本理论。

4. 培养学生分析和解决实际化工分离工程问题的能力。

教学内容：一、绪论1. 化工分离工程的基本概念、分类和重要性2. 常见分离方法简介二、传质与分离过程的热力学基础1. 热力学平衡2. 传质与扩散的基本理论三、常见分离方法1. 吸收法- 原理、操作特点、设备- 气液吸收、气固吸收2. 蒸馏法- 原理、操作特点、设备- 简单蒸馏、精馏3. 萃取法- 原理、操作特点、设备- 液-液萃取、液-固萃取4. 膜分离法- 原理、操作特点、设备- 微滤、超滤、纳滤、反渗透教学过程：一、导入1. 提问：什么是化工分离工程？它在化学工业中的重要性是什么？2. 回答并总结化工分离工程的基本概念、分类和重要性。

二、讲授新课1. 传质与分离过程的热力学基础- 讲解热力学平衡、传质与扩散的基本理论，结合实例进行分析。

2. 常见分离方法- 吸收法、蒸馏法、萃取法、膜分离法- 分别介绍每种方法的原理、操作特点、设备，并举例说明。

三、课堂讨论1. 学生分组讨论：针对一个实际化工分离工程问题，分析并选择合适的分离方法。

2. 各组汇报讨论结果，教师点评并总结。

四、课堂小结1. 回顾本节课所学内容，强调重点知识。

2. 布置课后作业，巩固所学知识。

教学评价：1. 学生对化工分离工程的基本概念、分类和重要性的掌握程度。

2. 学生对常见分离方法的原理、操作特点和设备的理解程度。

3. 学生分析和解决实际化工分离工程问题的能力。

教学资源：1. 教材：《化工分离工程》2. 课件：化工分离工程相关课件3. 网络资源：化工分离工程相关网站、文献资料教学反思：本节课通过理论讲解、实例分析和课堂讨论，使学生掌握了化工分离工程的基本概念、分类和重要性，了解了常见分离方法的原理、操作特点和设备。

【注意事项】1.因时间关系，详细复习总结的电子版没时间做了，大家抽空多看看课本，考试以课本基础知识为主，书上找不到答案的不会考。

2.这里主要总结了老师上课讲的课后题 参考 答案，以及部分往届复习的名词解释整合，大家参考记忆。

3.考试题型：6-7个名词解释，6-7个选择题（考察细节掌握，一个两分），填空，简答论述（接近50分）。

4.不考计算题，但依然会考公式的其他应用，复习时自己注意。

5.【P22】【P24】【P44-45】【P216-217】这几页的图和表必须会解读，【P191-192】这两页表必须背过，必考重点！考试没有画图题，但可能有读图题，常见的重点图示必须熟悉。

6.抓紧时间好好复习，今年监考比历届都要严，不要因小失大！！！7.最后，祝都过。

***感谢冯晓博、马阿敏、张雪琴三位热心的好学霸肯抽出时间为大家整理资料***第一章 绪论1.分离技术的三种分类方法各有什么特点？答：（1）按被分离物质的性质分类分为物理分离法、化学分离法、物理化学分离法。

（2）按分离过程的本质分类分为平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。

（3）场流分类法2.分离富集的目的？答：①定量分析的试样通常是复杂物质，试样中其他组分的存在常常影响某些组分的定量测定，干扰严重时甚至使分析工作无法进行。

这时必须根据试样的具体情况，采用适当的分离方法，把干扰组分分离除去，然后才能进行定量测定。

②如果要进行试样的全分析，往往需要把各种组分适当的分离，而后分别加以鉴定或测定。

③而对于试样中的某些痕量组分，进行分离的同时往往也就进行了必要的浓缩和富集，于是就便于测定。

因此物质的化学分离和测定具有同样重要意义。

3.什么是直接分离和间接分离？答：直接分离是将待测组分从复杂的干扰组分分离出来；间接分离是将干扰组分转入新相，而将待测组分留在原水相中。

4.阐述浓缩、富集和纯化三个概念的差异与联系？答：富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大。

授课教案（Teaching plan）培养目标作为现代高等教育的发端，天津大学在一百一十多年的办学实践中，秉承“实事求是”校训和“严谨治学、严格教学要求”的双严方针，牢固树立学校以育人为本、育人以教育为先、质量是学校的生命线、教学工作在学校具有优先地位的理念。

强化教学管理，深化教学改革，逐步构建了具有天大特色的本科创新人才培养体系。

努力培养专业口径宽、理论基础厚、实践能力强、综合素质高，具有创新精神和国际视野的高层次人才，使之成为推动科技创新、经济发展、社会进步的栋梁。

本课程是高等学校化学工程及工艺专业（本科）的一门专业基础课，是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学等技术基础知识后的一门专业主干课。

本课程主要讲授化工生产实际中复杂物系的分级、分离、浓缩、提纯等技术。

通过该课程的学习，使学生掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点，简捷和严格计算方法以及强化改进操作的途径，并对一些新型分离技术有一定的了解，能够根据具体的分离任务和分离要求，选择适宜的分离方法，设计合理的分离序贯。

围绕本课程的实验教学、仿真实习、工程案例教学环节使分离理论与实践有机结合，显著增强了课程的工程实践特色，符合工科创新性人才的培养目标。

重点难点（1）课程的重点、难点化工分离过程属于理论性较强的课程，综合运用化工原理、物理化学、化工热力学、传递过程等课程的理论知识，针对化工生产中经常遇到的多组分非理想性物系，从分离过程的共性出发，讨论各种分离方法的特征。

本课程着重基本概念的理解，为分离过程的选择、特性分析和计算奠定基础。

在以基础知识、基本理论为重点的基础上，强调将工程与工艺相结合的观点，以及设计和分析能力的训练；强调理论联系实际，以提高解决实际问题的能力。

另外，在讲授传统分离技术的同时，还不断引进新型分离技术的有关内容，并逐渐加强其重要性，以拓宽学生在分离工程领域的知识面，从而适应多种专业化方向的要求。

难点在于本课程中应用到很多化工热力学和传递过程理论，内容较为深奥和抽象。

分离课后习题及答案第一章绪论1.分离技术的三种分类方法各有什么特点？答：（1）按被分离物质的性质分类分为物理分离法、化学分离法、物理化学分离法。

（2）按分离过程的本质分类分为平衡分离过程、速度差分离过程、反应分离过程。

（3）场流分类法2.分离富集的目的？答：①定量分析的试样通常是复杂物质，试样中其他组分的存在常常影响某些组分的定量测定，干扰严重时甚至使分析工作无法进行。

这时必须根据试样的具体情况，采用适当的分离方法，把干扰组分分离除去，然后才能进行定量测定。

②如果要进行试样的全分析，往往需要把各种组分适当的分离，而后分别加以鉴定或测定。

③而对于试样中的某些痕量组分，进行分离的同时往往也就进行了必要的浓缩和富集，于是就便于测定。

因此物质的化学分离和测定具有同样重要意义。

3.什么是直接分离和间接分离？答：直接分离是将待测组分从复杂的干扰组分分离出来；间接分离是将干扰组分转入新相，而将待测组分留在原水相中。

4.阐述浓缩、富集和纯化三个概念的差异与联系？答：富集：通过分离，使目标组分在某空间区域的浓度增大。

浓缩：将溶剂部分分离，使溶质浓度提高的过程。

纯化：通过分离使某种物质的纯度提高的过程。

根据目标组分在原始溶液中的相对含量（摩尔分数）的不同进行区分：（方法被分离组分的摩尔分数）富集0.9。

5.回收因子、分离因子和富集倍数有什么区别和联系？答：（1）被分离物质在分离过程中损失量的多少，某组分的回收程度，用回收率来表示。

待测组分A 的回收率，用RA 表示，QA °---为富集前待测物的量；QA---富集后待测物的量。

%100?= AA A Q Q R （2）分离因子：两组分的分离程度。

用SA ，B 表示。

BA B A B A B ,//R R Q Q Q Q S A =??= A —待测组分；B —干扰组分。

如果待测组分A 符合定量要求，即可认为QA ≈ Q oA ，SA,B ≈ Q oB/QB = 1/RB ，常量组分测定：SA,B ≈103；分离因子越大，分离效果越好。

目　录绪　论0.1　复习笔记0.2　名校考研真题详解第1章　传质过程基础1.1　复习笔记1.2　名校考研真题详解第2章　气体吸收2.1　复习笔记2.2　名校考研真题详解第3章　蒸　馏3.1　复习笔记3.2　名校考研真题详解第4章　气液传质设备4.1　复习笔记4.2　名校考研真题详解第5章　液-液萃取5.1　复习笔记5.2　名校考研真题详解第6章　固体物料的干燥6.1　复习笔记6.2　名校考研真题详解第7章　其他传质与分离过程7.1　复习笔记7.2　名校考研真题详解绪　论0.1　复习笔记一、传质分离方法的分类依据物理化学原理的不同，传质分离过程可分为平衡分离和速率分离两大类。

1平衡分离过程平衡分离过程是指借助分离媒介（如热能、溶剂、吸附剂等），使均相混合物系统变为两相体系，再以混合物中各组分在处于平衡的两相中分配关系的差异为依据而实现分离的过程。

根据两相状态的不同，平衡分离过程可分为：（1）气液传质过程，如吸收（或脱吸）、气体的增湿和减湿。

（2）汽液传质过程，如液体的蒸馏和精馏。

（3）液液传质过程，如萃取。

（4）液固传质过程，如结晶（或溶解）、浸取、吸附（脱附）、离子交换、色层分离、参数泵分离等。

（5）气固传质过程，如固体干燥、吸附（脱附）等。

在平衡分离过程中，i组分在两相中的组成关系常用分配系数（又称相平衡比）K i来表示，即K i值的大小取决于物系特性及操作条件（如温度和压力等）。

组分i和j的分配系数K i和K j之比称为分离因子αij，即通常将K值大的当作分子，αij一般大于1。

当αij偏离1时，可采用平衡分离过程使均相混合物得以分离，a ij越大越容易分离。

2速率分离过程速率分离过程是指借助某种推动力，如浓度差、压力差、温度差、电位差等的作用，某些情况下在选择性透过膜的配合下，利用各组分扩散速度的差异而实现混合物分离操作的过程。

速率分离过程可分为：（1）膜分离；（2）场分离。

二、传质设备1对传质设备性能要求（1）单位体积中，两相的接触面积应尽可能大，两相分布均匀，避免或抑制短路及返混；（2）流体的通量大，单位设备体积的处理量大；（3）流动阻力小，运转时动力消耗低；（4）操作弹性大，对物料的适应性强；（5）结构简单，造价低廉，操作调节方便，运行可靠安全。

本课程是高等学校化学工程及工艺专业（本科）的一门专业基础课，是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学等技术基础知识后的一门专业主干课。

本课程主要讲授化工生产实际中复杂物系的分级、分离、浓缩、提纯等技术。

通过该课程的学习，使学生掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点，简捷和严格计算方法以及强化改进操作的途径，并对一些新型分离技术有一定的了解，能够根据具体的分离任务和分离要求，选择适宜的分离方法，设计合理的分离序贯。

围绕本课程的实验教学、仿真实习、工程案例教学环节使分离理论与实践有机结合，显著增强了课程的工程实践特色，符合工科创新性人才的培养目标。

（1）课程的重点、难点化工分离过程属于理论性较强的课程，综合运用化工原理、物理化学、化工热力学、传递过程等课程的理论知识，针对化工生产中经常遇到的多组分非理想性物系，从分离过程的共性出发，讨论各种分离方法的特征。

本课程着重基本概念的理解，为分离过程的选择、特性分析和计算奠定基础。

在以基础知识、基本理论为重点的基础上，强调将工程与工艺相结合的观点，以及设计和分析能力的训练；强调理论联系实际，以提高解决实际问题的能力。

另外，在讲授传统分离技术的同时，还不断引进新型分离技术的有关内容，并逐渐加强其重要性，以拓宽学生在分离工程领域的知识面，从而适应多种专业化方向的要求。

难点在于本课程中应用到很多化工热力学和传递过程理论，内容较为深奥和抽象。

（2）解决办法1）采用多媒体课件与传统教学方式相结合的方法授课2）注重启发式教学，课堂上与学生互动，开展讨论式教学，培养学生的思维能力。

3）安排专门的实验教学和工程案例教学，加深学生对课程内容的理解和体会。

4）开发CAI教学课件，将课程中的重点、难点形象化，动画，兴趣化，帮助和有利于学生学习、掌握课程重、难点内容。

5）让学生走进教授实验室，进行科技创新实践，学以致用。

教学大纲课程名称：化工分离过程英文名称：Chemical Separation Processes学分：3学时：48教学对象：化学工程与工艺专业四年级本科生预修课程：物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程。

化工分离过程重点1、相平衡：指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；从动力学看，相间表观传递速率为零。

2、区域熔炼：是根据液体混合物在冷凝结晶过程中组分重新分布的原理，通过多次熔融和凝固，制备高纯度的金属、半导体材料和有机化合物的一种提纯方法。

3、独立变量数：一个量改变不会引起除因变量以外的其他量改变的量。

4、反渗透：是利用反渗透膜选择性地只透过溶剂（通常是水）的性质，对溶液施加压力克服溶液的渗透压，使溶剂从溶液中透过反渗透膜而分离出来的过程。

5、相对挥发度：溶液中的易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比。

6、理论板：是一个气、液两相皆充分混合而且传质与传热过程的阻力皆为零的理想化塔板。

7、清晰分割：若馏出液中除了重关键组分外没有其他的重组分，而釜液中除了轻关键组分外没有其他轻组分，这种情况为清晰分割。

8、全塔效率：完成给定任务所需要的的理论塔板数与实际塔板数之比。

默弗里板效率：实际板上的浓度变化与平衡时应达到的浓度变化之比。

9、泡点：在一定压力下，混合液体开始沸腾，即开始有气泡产生时的温度。

露点：在一定压力下，混合气体开始冷凝，即开始出现第一个液滴时的温度。

10、设计变量：设计分离装置中需要确定的各个物理量的数值，如进料流率，浓度、压力、温度、热负荷、机械工的输入（或输出）量、传热面大小以及理论塔板数等。

这些物理量都是互相关联、互相制约的，因此，设计者只能规定其中若干个变量的数值，这些变量称设计变量。

简答题：1、分离操作的重要意义答：分离操作一方面为化学反应提供符合质量要求的原料，清除对反应或者催化剂有害的杂质，减少副反应和提高收率；另一方面对反应产物起着分离提纯的作用，已得到合格的产品，并使未反应的反应物得以循环利用。

此外，分离操作在环境保护和充分利用资源方面起着特别重要的作用。

2、精馏塔的分离顺序答：确定分离顺序的经验法：1）按相对挥发度递减的顺序逐个从塔顶分离出各组分；2）最困难的分离应放在塔序的最后；3）应使各个塔的溜出液的摩尔数与釜液的摩尔数尽量接近；4）分离很高回收率的组分的塔应放在塔序的最后；5）进料中含量高的组分尽量提前分出。

热力学知识：热力学热力学传热和传质热力学是研究能量转换和传递的科学，其中包括热力学传热和传质。

热力学传热和传质在热力学中具有重要的地位，是许多重要领域的基础。

本文将介绍热力学传热和传质的概念、原理和应用。

一、热力学传热1.概念热力学传热是指在温度不同的两个物体之间，由高温物体向低温物体传递热量的过程。

在热力学传热中，热的流动是通过传导、对流和辐射等方式进行的。

2.传导传导是指热量通过物体内部的分子迁移方式传递，也就是热的共振传递。

热传导和绝缘材料，例如玻璃，陶瓷和聚合物等密切相关。

绝缘材料具有极低的导热系数，能够起到很好的隔热作用。

3.对流对流是指热量通过物体内部的流体（气体或液体）传递，也就是流体自然或强迫对流传热。

热的对流传递在许多工业和环境应用中具有重要的意义。

4.辐射辐射是指物体通过空气和真空传达热量，这种方式通过辐射能量传热。

热辐射传递在许多工业和环境应用中都是非常重要的。

二、热力学传质1.概念热力学传质是指由浓度高的物质向浓度低的物质传递的质量过程。

在热力学传质中，质量的流动是通过扩散和对流等方式进行的。

2.扩散扩散是指物质通过分子的自发传递方式来传递，在很多环境中都是非常重要的，例如水体中的营养物质或污染物。

3.对流对流是指物质通过携带物质的流体（气体或液体）传递，这是一种较快的传质方式。

对流过程在许多领域都具有重要的应用，例如化学工程和污水处理等。

三、应用1.工业领域热力学传热和传质在许多工业领域都是非常重要的。

例如，化学过程需要控制化学反应速率和温度，而这些都需要通过对热力学传热和传质的控制来实现。

2.环境领域热力学传热和传质也在环境领域中具有重要的意义，例如大气污染和水资源管理。

热力学传热和传质可以用来控制污染物和营养物的传递，从而控制环境中的化学和生物反应。

3.生物领域热力学传热和传质在生物领域中也有着广泛的应用，例如生物反应器和药物传递等。

它们可以用来控制生物反应器中的温度和营养物传递，从而增加生物反应器的效率和稳定性。