华东理工分离工程综合复习资料

《分离工程》综合复习资料

一、填空题

1. 请在下列选项中选择：

超滤属于 、 过程；沉降属于 ；共沸精馏属于 、 过程。 A. 平衡分离 B. 传质分离 C. 机械分离 D. 速率分离 2. 膜分离的推动力可以是 、 或 。

3. 相平衡状态下，从热力学上看，整个物系自由焓处于 ；从动力学来看，相间 。 4. 宽沸程混合物闪蒸的热衡算更主要地取决于 ，因此将热衡算放在 循环中。 5. 推导Underwood公式所用假设是：1） ；2） 。 6. 根据右图中恒浓区（阴影部分）的位置， HNK为 ，LNK为 。 7. 汽相为理想气体，液相为非理想溶液时，

活度系数法计算相平衡常数的简化形式是

8. 液液平衡的分离因子又称为 。

9. 化学工业中最常使用的结晶技术是 和 。

10. MESH方程分别指 ； ； ； 。 11.分离过程是将 分成 的两种或几种产品的操作。

12.平衡分离过程是借助 ，使均相混合物系统变成 ，再以混合物中各组分在处于 的两相中 为依据而实现分离。

13.传质分离过程用于各种 混合物的分离，其特点是有 发生，依据 的不同，传质分离过程又分为 过程和 过程。 14.活度系数的基准态是指活度系数等于 的状态。 15.从动力学上讲，相平衡是指相间 为零的状态。

16.膜分离过程包括 、 、 、 、微孔过滤、气体分离等多种分离过程。 17.恩特伍德公式的假设条件是（1） ；（2） 数。

18.由设计者指定浓度或提出要求的两个组分称为 ，其中相对易于挥发的组分成

（第6题）

为 ，不易挥发的组分称为 。

19.相平衡指的是混合物或溶液形成若干相，这些相保持着 而 的状态。 20．吸收过程是用液体处理气体混合物，是利用 不同而达到分离有关组分的传质分离过程。

21．分离媒介包括 和 。

22．离子交换的步骤分为 、 、交换反应、 、 五步。

23．相平衡常数计算方法有 、 两种计算方法。 24．最小理论塔板数与 无关，只取决于 。 25．萃取剂的作用是 和 。

二、简答题

1. 试描述“逆行精馏” 效应，实际操作中如何减弱或消除？ 2. 萃取精馏流程中，溶剂加入口如何确定？解释原因。

3.某厂一多组分精馏塔，正常操作时塔顶底产品都合格，乙班接班后操作两小时分析发现塔顶产品不合格，请你告诉操作工如何调节操作参数?

4．非均相催化反应精馏的定义是什么？利用非均相催化反应精馏进行反应与固定床反应器相比有什么优点?

5．萃取精馏和共沸精馏的相同点和不同点是什么？

6．画出萃取精馏的流程简图，指出萃取剂的加入位置，并说明原因？

7．计算最小回流比所用恩特伍德公式的假设条件是什么？当简单精馏塔在最小回流比下操作时，当轻重组分均为分配组分和均为非分配组分两种情况下，塔内恒浓区的位置分布情况。 8．物理吸收过程与精馏相比，传质特点是什么？吸收塔内气液相浓度和温度如何变化？ 9．如何判断闪蒸问题是否成立？

10.简述简单分离塔序排列的五条经验原则。

三、综合题（20分）

1. 对再沸器单元求相应设计变量数，要求写出详细步骤。（5分）

2. 某原料含有A、B、C、D和E五个组分。已知αA＞αB＞αC＞αD＞αE其中E的含量很高，B与C最难分离。试设计一个合理的精馏分离塔序,画出流程示意图，将各组分分为纯组分。（5分） 3．如图所示一精馏塔，进料为四组分。塔顶采用全凝器，塔釜采用部分再沸器。该塔通过侧线采出部分产品。忽略压降。请计算该装置的设计变量数，并指定固定设计变量和设计型可调设计变量。

4．甲乙酮（MEK）和水在常压下形成二元均相正偏差共沸物，共沸组成为含甲乙酮65％，而在0.7MPa的压力下，共沸组成变化为含甲乙酮50%。现有一甲乙酮和水的混合物，其中甲乙酮含量为35％，请设计一流程对此混合物进行分离，要求画出流程图，在图上指出进料和出料，并通过T-x-y图说明你所设计的流程。

5．某原料含有A、B、C、D和E五个组分。已知αA＞αB＞αC＞αD＞αE，其中E的含量很高，B与C最难分离。试设计一个合理的精馏分离塔序，画出流程示意图，将各组分分为纯组分。

四、计算题（15分）

1. 今有A、B、C、D四元混合物送入精馏塔分馏，进料组成及相对挥发度见下表。要求馏出液中B的收率为98％（mol），釜液中D的收率为99％（mol）。计算最少理论板数和全回流操作下的组分分配。

)

注：Fensk公式：Nm

LK,DHK,W

lg(1LK,D)(1HK,W

lgLKHK

2. 设计一个脱乙烷塔，从含有4个轻烃的混合物中回收乙烷，进料组成、各组分的平均相对挥发度见设计条件表，要求馏出液中乙烷的收率为97％，釜液中丙烯的收率为85％（mol.）。试求最小理论板数及在全回流条件下馏出液和釜液的组成。 脱乙烷塔的设计条件

编号 1 2 3 4

进料组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷

mol% 10.0 40.0 25.0 25.0

α 7.35 2.09 1.00 0.90

二、简答题

1.答：精馏塔的作用是使轻、重关键组分的摩尔分率比从再沸器中的最低值提到冷凝器中的较高值，接近最小回流比下操作时，在进料板上下区域会出现随蒸汽逐级上升，此比值反而下降，及精馏成果被抵消的情况，称为“逆行精馏”效应。提高回流比或改变进料位置均可以减弱或消除该效应。 2.答：因为溶剂的沸点比被分离组分高，为了使塔内维持较高溶剂浓度，溶剂加入口一定要位于进料板之上，但需要与塔顶保持有若干块塔板，起到回收溶剂的作用，称为溶剂回收段。

3.答：所谓塔顶产品不合格，是指塔顶馏出物中重组分含量较多。因此，可以通过适当加大回流量或适当降低塔釜操作温度进行调节。

4．答：非均相催化反应精馏，即将催化剂填充于精馏塔中，它既起加速反应的催化作用，又作为填料起分离作用。 优点:

1).对于受平衡制约的反应，采用催化精馏能够大大超过固定床的平衡转化率。

2).由于精馏作用移出物系中较重的污染物，使催化剂保持清洁，延长了催化剂的寿命。 5．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。 6．答：

加入位置：溶剂的加入口一定要位于进料板以上，但需要与塔顶保持有若干块塔板。 原因：溶剂的沸点比被分离组分高，为了使塔内维持较高的溶剂浓度，溶剂的加入口一定要位于进料板以上。但需要与塔顶保持有若于块塔板，起回收溶剂的作用。

1：萃取精馏塔 2：溶剂回收塔

7．答：假定：

1) 塔内汽相和液相均为恒摩尔流率； 2）各组分的相对挥发度均为常数；

8．答：物理吸收过程是气相分子向液相的单方向分子扩散和传质过程。 吸收塔内从塔顶到塔釜，气、液相浓度都是上升的，温度也是上升的。

9．答：方法一：分别用泡点方程和露点方程计算在闪蒸压力下进料混合物的露点和泡点温度，然后核实闪蒸温度是否处于泡露点温度之间。若该条件成立，则闪蒸问题成立。

方法二：计算ΣKizi和Σzi/Ki,若ΣKizi>1, 说明TB1，说明TD>T。综合两种试算结果，只有TB

10. 答：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）应使各个塔的馏出液的摩尔数与釜液的摩尔数尽量接近； 4）分离很高挥手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。

三、综合题

1. 解： Nve3C7

e

e

Nc2C3

e

NiC4 NxC3 Na1

e

2. 解：

ABCD A BC B

a3个串级： 3

分配器： 1 全凝器： 1 侧线采出单元：1 再沸器： 1 NaE=7

设计型设计变量指定：［3分，注此题标准答案不止下述一种］ 塔顶出料中轻关键组分浓度 侧线采出馏分中轻关键组分的浓度 轻关键组分在这两股出料中的回收率 回流比 适宜出料位置 适宜进料位置

4. 解：浓度为35%的甲乙酮首先进入低压塔（I），塔顶产品为含甲乙酮65%的溶液，塔釜产品为纯水。I塔的塔底产品进入高压塔（II），塔釜为纯甲乙酮，塔顶为含甲乙酮为50%的溶液做为塔I的循环进料。3分

T

H2OXFMEK

5. 解：

A+B+C+D

A

B+C

B

A+

B+C+D

四、计算题

1.解：由题意，组分B和D分别为轻、重关键组分，用公式计算最少理论板数：

LK,DHK,Wlg(1LK,D)(1HK,W

lgLKHK



)

Nm

0.980.

99

lg(10.98)(10.99)=

lg4.76

=3.68583/0.6776=5.43948

全回流下组分分配计算：（假设100mol/h进料）

由此计算非关键组分含量：以组分D为参考组分

2

解：假设100kmol/h进料, 由题意，乙烷（2）和丙烯（3）分别为轻、重关键组分。 用Fensk公式计算最少理论板数：

Nm

LK,DHK,Wlg

(1LK,D)(1HK,W

lgLKHK



)

0.970.85

lg

(10.97)(10.85)=

lg2.09

=2.26/0.32=7.07（块） d2=38.8kmol/h，w2=1.2kmol/h，d3=3.75kmol/h，w3=21.25kmol/h。 由此计算非关键组分含量：以组分3为参考组分，

计算结果：

编号 1 2 3 4

进料组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷

fi, kmol/h 10.00 40.00 25.00 25.00

di, kmol/h 10.00 38.80 3.75 1.93

wi, kmol/h

0 1.20 21.25 23.07

中国石油大学（华东）现代远程教育

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一、填空题

1. 请在下列选项中选择：

超滤属于 、 过程；沉降属于 ；共沸精馏属于 、 过程。 A. 平衡分离 B. 传质分离 C. 机械分离 D. 速率分离 2. 膜分离的推动力可以是 、 或 。

3. 相平衡状态下，从热力学上看，整个物系自由焓处于 ；从动力学来看，相间 。 4. 宽沸程混合物闪蒸的热衡算更主要地取决于 ，因此将热衡算放在 循环中。 5. 推导Underwood公式所用假设是：1） ；2） 。 6. 根据右图中恒浓区（阴影部分）的位置， HNK为 ，LNK为 。 7. 汽相为理想气体，液相为非理想溶液时，

活度系数法计算相平衡常数的简化形式是

8. 液液平衡的分离因子又称为 。

9. 化学工业中最常使用的结晶技术是 和 。

10. MESH方程分别指 ； ； ； 。 11.分离过程是将 分成 的两种或几种产品的操作。

12.平衡分离过程是借助 ，使均相混合物系统变成 ，再以混合物中各组分在处于 的两相中 为依据而实现分离。

13.传质分离过程用于各种 混合物的分离，其特点是有 发生，依据 的不同，传质分离过程又分为 过程和 过程。 14.活度系数的基准态是指活度系数等于 的状态。 15.从动力学上讲，相平衡是指相间 为零的状态。

16.膜分离过程包括 、 、 、 、微孔过滤、气体分离等多种分离过程。 17.恩特伍德公式的假设条件是（1） ；（2） 数。

18.由设计者指定浓度或提出要求的两个组分称为 ，其中相对易于挥发的组分成

（第6题）

为 ，不易挥发的组分称为 。

19.相平衡指的是混合物或溶液形成若干相，这些相保持着 而 的状态。 20．吸收过程是用液体处理气体混合物，是利用 不同而达到分离有关组分的传质分离过程。

21．分离媒介包括 和 。

22．离子交换的步骤分为 、 、交换反应、 、 五步。

23．相平衡常数计算方法有 、 两种计算方法。 24．最小理论塔板数与 无关，只取决于 。 25．萃取剂的作用是 和 。

二、简答题

1. 试描述“逆行精馏” 效应，实际操作中如何减弱或消除？ 2. 萃取精馏流程中，溶剂加入口如何确定？解释原因。

3.某厂一多组分精馏塔，正常操作时塔顶底产品都合格，乙班接班后操作两小时分析发现塔顶产品不合格，请你告诉操作工如何调节操作参数?

4．非均相催化反应精馏的定义是什么？利用非均相催化反应精馏进行反应与固定床反应器相比有什么优点?

5．萃取精馏和共沸精馏的相同点和不同点是什么？

6．画出萃取精馏的流程简图，指出萃取剂的加入位置，并说明原因？

7．计算最小回流比所用恩特伍德公式的假设条件是什么？当简单精馏塔在最小回流比下操作时，当轻重组分均为分配组分和均为非分配组分两种情况下，塔内恒浓区的位置分布情况。 8．物理吸收过程与精馏相比，传质特点是什么？吸收塔内气液相浓度和温度如何变化？ 9．如何判断闪蒸问题是否成立？

10.简述简单分离塔序排列的五条经验原则。

三、综合题（20分）

1. 对再沸器单元求相应设计变量数，要求写出详细步骤。（5分）

2. 某原料含有A、B、C、D和E五个组分。已知αA＞αB＞αC＞αD＞αE其中E的含量很高，B与C最难分离。试设计一个合理的精馏分离塔序,画出流程示意图，将各组分分为纯组分。（5分） 3．如图所示一精馏塔，进料为四组分。塔顶采用全凝器，塔釜采用部分再沸器。该塔通过侧线采出部分产品。忽略压降。请计算该装置的设计变量数，并指定固定设计变量和设计型可调设计变量。

4．甲乙酮（MEK）和水在常压下形成二元均相正偏差共沸物，共沸组成为含甲乙酮65％，而在0.7MPa的压力下，共沸组成变化为含甲乙酮50%。现有一甲乙酮和水的混合物，其中甲乙酮含量为35％，请设计一流程对此混合物进行分离，要求画出流程图，在图上指出进料和出料，并通过T-x-y图说明你所设计的流程。

5．某原料含有A、B、C、D和E五个组分。已知αA＞αB＞αC＞αD＞αE，其中E的含量很高，B与C最难分离。试设计一个合理的精馏分离塔序，画出流程示意图，将各组分分为纯组分。

四、计算题（15分）

1. 今有A、B、C、D四元混合物送入精馏塔分馏，进料组成及相对挥发度见下表。要求馏出液中B的收率为98％（mol），釜液中D的收率为99％（mol）。计算最少理论板数和全回流操作下的组分分配。

)

注：Fensk公式：Nm

LK,DHK,W

lg(1LK,D)(1HK,W

lgLKHK

2. 设计一个脱乙烷塔，从含有4个轻烃的混合物中回收乙烷，进料组成、各组分的平均相对挥发度见设计条件表，要求馏出液中乙烷的收率为97％，釜液中丙烯的收率为85％（mol.）。试求最小理论板数及在全回流条件下馏出液和釜液的组成。 脱乙烷塔的设计条件

编号 1 2 3 4

进料组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷

mol% 10.0 40.0 25.0 25.0

α 7.35 2.09 1.00 0.90

二、简答题

1.答：精馏塔的作用是使轻、重关键组分的摩尔分率比从再沸器中的最低值提到冷凝器中的较高值，接近最小回流比下操作时，在进料板上下区域会出现随蒸汽逐级上升，此比值反而下降，及精馏成果被抵消的情况，称为“逆行精馏”效应。提高回流比或改变进料位置均可以减弱或消除该效应。 2.答：因为溶剂的沸点比被分离组分高，为了使塔内维持较高溶剂浓度，溶剂加入口一定要位于进料板之上，但需要与塔顶保持有若干块塔板，起到回收溶剂的作用，称为溶剂回收段。

3.答：所谓塔顶产品不合格，是指塔顶馏出物中重组分含量较多。因此，可以通过适当加大回流量或适当降低塔釜操作温度进行调节。

4．答：非均相催化反应精馏，即将催化剂填充于精馏塔中，它既起加速反应的催化作用，又作为填料起分离作用。 优点:

1).对于受平衡制约的反应，采用催化精馏能够大大超过固定床的平衡转化率。

2).由于精馏作用移出物系中较重的污染物，使催化剂保持清洁，延长了催化剂的寿命。 5．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。 6．答：

加入位置：溶剂的加入口一定要位于进料板以上，但需要与塔顶保持有若干块塔板。 原因：溶剂的沸点比被分离组分高，为了使塔内维持较高的溶剂浓度，溶剂的加入口一定要位于进料板以上。但需要与塔顶保持有若于块塔板，起回收溶剂的作用。

1：萃取精馏塔 2：溶剂回收塔

7．答：假定：

1) 塔内汽相和液相均为恒摩尔流率； 2）各组分的相对挥发度均为常数；

8．答：物理吸收过程是气相分子向液相的单方向分子扩散和传质过程。 吸收塔内从塔顶到塔釜，气、液相浓度都是上升的，温度也是上升的。

9．答：方法一：分别用泡点方程和露点方程计算在闪蒸压力下进料混合物的露点和泡点温度，然后核实闪蒸温度是否处于泡露点温度之间。若该条件成立，则闪蒸问题成立。

方法二：计算ΣKizi和Σzi/Ki,若ΣKizi>1, 说明TB1，说明TD>T。综合两种试算结果，只有TB

10. 答：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）应使各个塔的馏出液的摩尔数与釜液的摩尔数尽量接近； 4）分离很高挥手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。

三、综合题

1. 解： Nve3C7

e

e

Nc2C3

e

NiC4 NxC3 Na1

e

2. 解：

ABCD A BC B

a3个串级： 3

分配器： 1 全凝器： 1 侧线采出单元：1 再沸器： 1 NaE=7

设计型设计变量指定：［3分，注此题标准答案不止下述一种］ 塔顶出料中轻关键组分浓度 侧线采出馏分中轻关键组分的浓度 轻关键组分在这两股出料中的回收率 回流比 适宜出料位置 适宜进料位置

4. 解：浓度为35%的甲乙酮首先进入低压塔（I），塔顶产品为含甲乙酮65%的溶液，塔釜产品为纯水。I塔的塔底产品进入高压塔（II），塔釜为纯甲乙酮，塔顶为含甲乙酮为50%的溶液做为塔I的循环进料。3分

T

H2OXFMEK

5. 解：

A+B+C+D

A

B+C

B

A+

B+C+D

四、计算题

1.解：由题意，组分B和D分别为轻、重关键组分，用公式计算最少理论板数：

LK,DHK,Wlg(1LK,D)(1HK,W

lgLKHK



)

Nm

0.980.

99

lg(10.98)(10.99)=

lg4.76

=3.68583/0.6776=5.43948

全回流下组分分配计算：（假设100mol/h进料）

由此计算非关键组分含量：以组分D为参考组分

2

解：假设100kmol/h进料, 由题意，乙烷（2）和丙烯（3）分别为轻、重关键组分。 用Fensk公式计算最少理论板数：

Nm

LK,DHK,Wlg

(1LK,D)(1HK,W

lgLKHK



)

0.970.85

lg

(10.97)(10.85)=

lg2.09

=2.26/0.32=7.07（块） d2=38.8kmol/h，w2=1.2kmol/h，d3=3.75kmol/h，w3=21.25kmol/h。 由此计算非关键组分含量：以组分3为参考组分，

计算结果：

编号 1 2 3 4

进料组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷

fi, kmol/h 10.00 40.00 25.00 25.00

di, kmol/h 10.00 38.80 3.75 1.93

wi, kmol/h

0 1.20 21.25 23.07

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