化工分离工程知识点

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/xi2.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(CnNNNNrecevui①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%1CH45.07.3562C2H635.02.0913C3H615.01.0004C3H820.00.9015i-C4H1010.00.5076n-C4H1015.00.408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，wi1CH45.05.00－2C2H6（LK）35.031.893.113C3H6（HK）15.00.9514.054C3H820.0－20.005i-C4H1010.0－10.006n-C4H1015.0－15.00100.037.8462.16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iw61,1105.1/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d017.0,4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，wi1CH45.05.00－2C2H6（LK）35.035.0－0.05W0.05W3C3H6（HK）15.00.025D15－0.025D4C3H820.00.644819.35525i-C4H1010.0－10.00006n-C4H1015.0－15.0000100.0DW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，wi1CH45.05.00－2C2H6（LK）35.031.92673.07333C3H6（HK）15.00.963414.03664C3H820.00.6448*19.3552*5i-C4H1010.0－10.00006n-C4H1015.0－15.0000100.038.534961.4651*需核实的数据再用式（3-11）求Nm：805.6091.2lg0366.149634.00733.39267.31lgmN校核d4：653.0901.00366.149634.01901.00366.149634.020805.6805.64d由于d4的初值和校核值基本相同，故物料分配合理。1.某原料气组成如下：组分CH4C2H6C3H8i-C4H10n-C4H10i-C5H12n-C5H12n-C6H14y0(摩尔分率)0.7650.0450.0350.0250.0450.0150.0250.045先拟用不挥发的烃类液体为吸收剂在板式塔吸收塔中进行吸收，平均吸收温度为38℃，压力为1.013Mpa，如果要求将i-C4H10回收90%。试求：(1)为完成此吸收任务所需的最小液气比。(2)操作液气比为组小液气比的1.1倍时，为完成此吸收任务所需理论板数。(3)各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。(4)求塔底的吸收液量解：由题意知，i-C4H10为关键组分由P=1.013Mpa，t平=38℃查得K关=0.56(P-T-K图)(1)在最小液气比下N=∞，A关=中关=0.9关关）（AKVLmin=0.560.9=0.504(2)min1.1）（VLVL=1.10.504=0.554499.056.05544.0关关关VKLA所以理论板数为48.9199.0log9.019.099.0log1log1log）（）（AAN(3)它组分吸收率公式iiVKLA，111NiNiiAAA计算结果如下：组分进料量相平衡常数KiiAi被吸收量塔顶尾气数量组成CH476.517.40.0320.0322.44874.050.923C2H64.53.750.1480.1480.6683.8340.048C3H83.51.30.4260.4261.4912.0090.025i-C4H102.50.560.990.902.2500.2500.003n-C4H104.50.41.3860.994.4550.0450.0006i-C5H121.50.183.081.001.5000.00.0n-C5H122.50.1443.851.002.5000.00.0n-C6H144.50.0569.91.004.5000.00.0合计100.0---19.81080.190以CH4为例：iA=032.