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化工分离工程知识点

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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。Ki=yi/xi

2.简述分离过程的特征？什么是分离因子，叙述分离因子的特征和用途。

答：分离过程的特征：分离某种混合物成为不同产品的过程，是个熵减小的过程，不能自发进行，因此需要外界对系统作功（或输入能量）方能进行。

分离因子表示任一分离过程所达到的分离程度。定义式：ijijijyyxx

3.请推导活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式。

汽液相平衡关系：LiViffˆˆ

汽相：PyfiViViˆˆ

液相：OLiiiLifxfˆ

相平衡常数：PfxyKViOLiiiiiˆ

4.请写出活度系数法计算汽液相平衡常数的关系式，并指出关系式中各个物理量的含义

5.什么是设计变量，如何通过各单元设计变量确定装置的设计变量。

在设计时所需要指定的独立变量的数目，即设计变量。

)2(CnNNNNrecevui

① 在装置中某一单元以串联的形式被重复使用，则用rN以区别于一个这种单元于其他种单元的联结情况，每一个重复单元增加一个变量。

② 各个单元是依靠单元之间的物流而联结成一个装置，因此必须从总变量中减去那些多余的相互关联的物流变量数，或者是每一单元间物流附加（C+2）个等式。

6. 什么叫清晰分割法，什么叫非清晰分割法？什么是分配组分与非分配组分？非关键组分是否就一定是非分配组分？

答：清晰分割法指的是多组分精馏中馏出液中除了重关键组分(HK)之外，没有其它重组分；釜液中除了轻关键组分(LK)之外，没有其它轻组分。非清晰分割表明各组分在顶釜均可能存在。

在顶釜同时出现的组分为分配组分；只在顶或釜出现的组分为非分配组分。 一般情况下，LK、HK和中间组分为分配组分；非关键组分可以是分配组分，也可以是非分配组分，所以非关键组分不一定是非分配组分。

7.叙述用简捷法作普通精馏过程理论板数的步骤。

简捷法计算理论板数步骤

① 根据工艺条件及工艺要求，找出一对关键组分。

② 由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及组成。

③ 根据塔顶塔釜组成计算相应的温度、求出平均相对挥发度。

④ 用Fenske公式计算mN。

⑤ 用Underwood法计算mR，并选适宜的操作回流比R。

⑥ 确定适宜的进料位置。

根据mmNRR,,，用Gilliland图求理论板数N。

8.萃取精馏中，萃取剂在何处加入？为何？

答：在萃取精馏塔顶下几块理论板、进料板以上几块理论板处加入，在进料板以上几块板加入可以使全塔范围内保持较高的溶剂浓度，在塔顶下保留几块理论板是为了防止萃取剂从萃取精馏塔顶带出，起到回收溶剂的作用。

9.简述萃取精馏过程中塔内流率分布特点。

答：萃取精馏塔内由于大量溶剂的存在，影响塔内汽液流率分布。大量溶剂温升导致塔内汽相流率越往上走愈小，液相流率越往下流越大。对于溶剂而言，各板下流的溶剂液相流率大于其进料流率，且溶剂挥发性越大，两者差值越大。

10.萃取精馏和共沸精馏的相同点和不同点是什么？

答：相同点：都是加入溶剂改变原溶液的相对挥发度，使其可以用精馏方法分离。

不同点：1)可供选择的共沸剂数目远不及萃取剂多，且萃取剂用量不像共沸剂受限制；

2)共沸剂从塔顶蒸出，萃取剂从塔底出，因此消耗能量多；

3)共沸精馏受组成限制，操作条件比较苛刻，萃取精馏可在较大范围变化，操作比较容易，流程较简单，只用于连续操作；

4)同样压力下共沸精馏温度低，适于热敏性物料。

11.吸收的有利条件是什么？ 低温、高压、高的气相浓度、低的液相浓度、高的用量、低的气相量。

试分板吸收因子对吸收过程的影响

吸收因子A=L/（VKi），吸收因子越大对吸收有利，所需的理论板数越少，反之亦然。 12.

13. 逐级计算法的起点如何确定？适宜的进料板位置如何确定？

计算起点的确定

对于只有轻非关键组分的物系，馏出液的组成可以准确估计，计算应该从塔顶开始。

对于只有重非关键组分的物系，塔釜液的浓度可以准确估计，计算应该从塔底开始。

如果进料中既有轻非关键组分，又有重非关键组分，则无论是馏出液或釜液的组成都不容易准确估计。可以分别从两端开始往进料级计算

适宜进料位置确定方法之二：

适宜进料位置的近似确定方法是以轻，重关键组分的浓度之比作为精馏效果的准则，当逐级从上向下计算时，要求轻、重关键组分汽相浓度比值降低越快越好，如果满足：SjHKjLKRjHkjLKyyyy1,1,1,1,则第j 级为进料级

从下往上计算时，要求轻、重关键组分液相浓度比值增加越快越好，如果满足：SjHKjLKRjHkjLKSjHKjLKRjHkjLKxxxxxxxx1,1,1,1,,,,,则第j 级为进料级

14.影响气液传质设备的生产能力的因素有哪些？

液泛 雾沫夹带 压力降 停留时间

15.实际板和理论板的差异表现在那些地方，这些差异的影响应用什么方法来处理？

实际板和理论板的差异

1）理论板假定离开该板的汽、液两相达到平衡；

2）理论板上相互接触的汽液两相完全混合，板上液相浓度均一，等于离开该板溢流液的浓度；

3）实际板上汽液两相存在不均匀流动，停留时间有明显差异；

4）实际板存在雾沫夹带、漏液和液相夹带泡沫现象。

为考虑上述各种差异的影响，引进了几种效率

1）全塔效率，又称为总板效率

2）Murphree板效率，又称干板效率

3）点效率

4）理论板当量高度（HETP）

5）传质单元高度

16.目前常用的效率有哪几种？影响效率的因素有哪些？

全塔效率 默弗里板效率 点效率 填料塔的等板高度

影响因素：传质速率 流型和混合效应 雾沫夹带 物性的影响

17.精馏过程的不可逆性表现在那些方面，节省精馏过程能耗有哪些措施。

精馏过程的不可逆性

1）流体流动，在流体流动时有压力降，当塔板数较多时，压力降也要加大，同时塔顶釜的温差也会加大，亦即净W增大

2）传热

（1）一定温度梯度的热量传递

塔再沸器和冷凝器中介质存在温差，因温差传热过程而引起的有效能损失为

)(0LHLHTTTTQTD

（2）不同温度物流的直接混合，塔内上升蒸汽与下流液体直接接触产生热交换时的温差，是使精馏过程热力学下降的重要因素

3）传质

通过一定浓度梯度的质量传递或不同化学位物流的直接混合。即上升蒸汽与下流液体进行传质过程时，两相浓度与平衡浓度的差别。

节省精馏过程能耗的一些措施：

1）有效能的充分回收及利用；2）减少过程的净耗功；3）减少质量传递中的浓度梯度（y）；4）多效精馏；5）热泵精馏 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

编号 进料组分 mol % 

1 CH4 5.0 7.356

2 C2H6 35.0 2.091

3 C3H6 15.0 1.000

4 C3H8 20.0 0.901

5 i-C4H10 10.0 0.507

6 n-C4H10 15.0 0.408

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Dx,2及Wx,3。

取100摩尔进料为基准。假定为清晰分割，即0,4Dx，0,5Dx，0,6Dx，

0,1Wx，则根据物料衡算关系列出下表：

编号 组分 进料，fi 馏出液，di 釜液，wi

1 CH4 5.0 5.00 －

2 C2H6（LK） 35.0 31.89 3.11

3 C3H6（HK） 15.0 0.95 14.05

4 C3H8 20.0 － 20.00

5 i-C4H10 10.0 － 10.00

6 n-C4H10 15.0 － 15.00

100.0 37.84 62.16

用式（3-11）计算最少理论板数：

79.6091.2lg05.1495.011.389.31lgmN 为核实清晰分割的假设是否合理，计算塔釜液重CH4的摩尔数和浓度：

000096.0356.705.1495.01579.6iw

61,1105.1/WwxW （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Dx，4,51077.1Dx，5,6108.5Dx

可见，CH4、i-C4H10和n－C4H10按清晰分割是合理的。C3H8按清晰分割略有误差应再行试差。其方法为将d4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，fi 馏出液，di 釜液，wi

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 C3H8 20.0 0.6448 19.3552

5 i-C4H10 10.0 － 10.0000

6 n-C4H10 15.0 － 15.0000

100.0 D

W

解D和W完成物料衡算如下：

编号 组分 进料，fi 馏出液，di 釜液，wi

1 CH4 5.0 5.00 －

2 C2H6（LK） 35.0 31.9267 3.0733

3 C3H6（HK） 15.0 0.9634 14.0366

4 C3H8 20.0 0.6448* 19.3552*

5 i-C4H10 10.0 － 10.0000

6 n-C4H10 15.0 － 15.0000

100.0 38.5349

61.4651

*需核实的数据

再用式（3-11）求Nm：

805.6091.2lg0366.149634.00733.39267.31lgmN

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华东理工大学《化工分离工程》教学大纲

华东理工大学《化工分离工程》教学大纲

华东理工大学《化工分离工程》教学大纲

教学重点与难点

1. 绪论

讲解分离过程的特征，区分分离因子和固有分离因子，讲解用其判断一个分离过程分

离的难易程度。讲解平衡分离的的原理和处理的手段。

本章重点：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。

本章难点：用分离因子判断一个分离过程进行的难易程度，分离因子与板效率之间的

关系。

2. 单级平衡过程

熟练掌握多组分非理想体系平衡常数计算方法；重点讲解汽液相平衡关系常用的两种

形式；会用相平衡常数和相对挥发度表示相平衡关系；至少会一种求算活度系数和逸度系

数； 泡点和露点计算要教会学生会查阅 P-T-K 列线图， 求算烃类物质的 K值， 讲解例题 2-3；

2-4 说明泡、露点的计算方法；了解平衡常数与组成有关的泡、露点计算。

本章重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子。多组分物系的泡点方程、

露点方程；计算方法。等温闪蒸过程和部分冷凝过程。闪蒸方程；闪蒸过程的计算。

本章难点：多组分非理想体系平衡常数计算。多组分物系的泡点温度和泡点压力、露

点温度和露点压力的计算。等温闪蒸过程和部分冷凝过程的计算。

3. 多组分多级分离过程分析与简捷计算

掌握多组分或复杂物系设计变量的确定方法，多组分精馏、共沸和萃取精馏、吸收和

蒸出等过程的基本原理、流程及其简捷计算方法，以及塔内的流率、浓度和温度分布特点，

熟练掌握多组分多级分离工程的简捷计算方法。

通过例 3-2 说明关键组分等概念和总结清晰分割的两种计算方法； 会推导芬思克公式，

了解不清晰分割物料衡算的计算思路。熟悉简捷法求算精馏过程理论板数的步骤。 从萃取

剂作用说明其如何改变关键组分间的相对挥发度，推导萃取剂的选择性的计算公式，总结

其在萃取剂选择中所其的作用；了解图解法求算萃取精馏过程理论板数的过程。从共沸剂

作用说明其如何改变关键组分间的相对挥发度，会用三角相图计算共沸剂的用量。与精馏

化工分离工程概述

化工分离工程概述

化工分离工程概述

1. 引言

化工分离工程是化学工程中一项重要的技术领域，旨在通过各种分离技术将混合物中的组分分离出来，以获得纯度较高的化学品或纯净的溶剂。分离工程在各个化工过程中起到关键作用，广泛应用于石油、化工、食品、医药等行业。本文将对化工分离工程的概念、分类和常见的分离技术进行概述。

2. 化工分离工程的概念

化工分离工程是指通过物理或化学方法，将化学反应或物理混合造成的组分相互分离的过程。其目的是将混合物中的有用组分或纯度较高的物质分离出来，以满足工业生产中对纯净产品的需求。化工分离技术不仅可以分离混合物中的两种或多种组分，还可以进行多级分离，使得产品的纯度更高。 3. 化工分离工程的分类

化工分离工程根据不同的分离原理和应用领域可以分为多个分类，常见的分类包括以下几种：

3.1 蒸馏分离

蒸馏分离是化工中常用的分离技术之一，基于组分的汽液平衡和挥发性的差异，利用液体的汽化和冷凝过程实现组分的分离。根据不同的蒸馏方式，可以将蒸馏分离分为常压蒸馏、减压蒸馏和精馏。蒸馏分离广泛应用于石油精制、石油化工、化学制药等领域。

3.2 溶剂萃取分离

溶剂萃取分离是利用两种不相溶的液体之间的亲疏性差异，将目标成分从一种溶液中分离出来的分离技术。溶剂萃取分离通常涉及两个相，即萃取相和被萃取相。常见的溶剂萃取方法有液液萃取、气液萃取和固液萃取。溶剂萃取广泛应用于化工中的萃取、提纯和纯化过程。 3.3 结晶分离

结晶分离是利用溶质在溶剂中的溶解度随温度变化的特点，通过控制温度和压力的变化，使溶质从溶液中结晶出来的分离技术。结晶分离通常包括普通结晶、循环结晶和反溶剂结晶等方法。结晶分离广泛应用于食品加工、医药制造等行业。

3.4 吸附分离

吸附分离是一种将混合溶液中的目标物质吸附到固体吸附剂表面从而分离的技术。吸附分离常见的方法有吸附柱、吸附塔和吸附床等。吸附分离广泛应用于环保领域的废气处理、废水处理以及精细化工过程中。

化工分离工程复习题及答案

化工分离工程复习题及答案

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 )

化工原理分离工程小结

化工原理分离工程小结

传质分离过程的分类

按物理化学原理的不同，传质分离可分为：平衡分离过程：借助分离剂使均相混合物系统变成两相系统，再利用混合物中各组分在处于相平衡的两相中的不等同分配而实现分离。

速率分离过程：在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，利用各组分扩散速率的差异实现分离。

分离媒介分为能量媒介(ESA)和物质媒介(MSA)速率分离过程一一借助某种推动力(如浓度差、压力差、电位差等)的作用，某些情况下在选择性透温度差、过膜的配合下，用各组分扩散速度的差异而实现混合物的分离操作。

膜分离过程的主要特点（1）多数膜分离过程无相变，一般能耗较低；

（2）一般无需另加物质，可节约资源，保护环境；

（3）分离与浓缩、分离与反应可同时进行，提高过程效率；

（4）通常在温和条件下进行，特别适用于热敏性物质分离；

（5）适用于特殊溶液体系分离，如共沸物或近沸物；

（6）膜性能可灵活调节；

（7）膜组件简单，可连续操作，易与其它过程耦合，易于自控和维修，易于放大。

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，从动力学看，相间无物质的传递。

1.说明分离过程与分离工程的区别？ 答:分离过程:是生产过程中将混合物转变组成不同的两种或多种相对纯净的物质的操作;分离工程:是研究化工及其它相关过程中物质的分离和纯化方法的一门技术科学,研究分离过程中分离设备的共性规律，是化学工程学科的重要组成部分。

2.机械分离过程: 原料由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，整个物系的自由处于最小状态，从动力学看，相间无物质的静的传递。