化工分离习题

一，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（熵减过程）。 (2) 分离过程是（混合过程）的逆过程，因此需加入（分离剂）来达到分离目的。

(3) 衡量分离的程度用（分离因子）表示，处于相平衡状态的分离程度是（固有分离因子）.

(4) 工业上常用（分离因子）表示特定物系的分离程度，汽液相物系的最大分离程度又称为（固有分离因子）。

sijxi1xj1xi2xj2）。

(5) 分离因子表示任一分离过程所达到的（分离程度），其定义为（(6) 分离因子（等于1），则表示组分i及j之间不能被分离。

(7) 分离剂可以是（能量ESA）或（物质MSA），有时也可两种同时应用。 (8) 平衡分离的分离基础是利用两相平衡（组成不等）的原理，常采用（平衡级）作为处理手段，并把其它影响归纳于（效率中）。 (9) 速率分离的机理是利用溶液中不同组分在某种（推动力）作用下经过某种介质时的（传质速率）差异而实现分离。 (10) 分离过程是将一混合物转变为组成（互不相同）的两种或几种产品的哪些操作。

(11) 固有分离因子是根据（汽液相平衡）来计算的。它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。 (12) 分离工程研究分离过程中分离设备的（共性规律）。

(13) 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）。

Kizi1,(14) 当混合物在一定的温度、压力下，满足（

计算求出其平衡汽液相组成。

(15) 萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。

ziKi1）条件即处于两相区，可通过（物料平衡和相平衡）

(16) 最低恒沸物，压力降低是恒沸组成中汽化潜热（小）的组分增加。

LAKV(17) 吸收因子为（

），其值可反应吸收过程的（难易程度）。

(18) 对一个具有四块板的吸收塔，总吸收量的80%是在（塔顶釜两块板）合成的。

(19) 吸收剂的再生常采用的是（用蒸汽或惰性气体的蒸出塔），（用再沸器的蒸出塔），（用蒸馏塔）。 (20) 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。 (21) 用于吸收过程的相平衡关系可表示为（L = AV）。

(22) 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。 (23) 在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）

(24) 吸收的相平衡表达式为（L = AV），在（温度降低，压力升高）操作下有利于吸收。 (25) 吸收有（1个）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。 (26) 精馏有（2）个关键组分，这是由于（双向传质）的缘故

(27) 采用液相进料的萃取精馏时，要使萃取剂的浓度在全塔内为一恒定值，所以在（进料时补加一定的萃取剂）。 (28) 当原溶液为非理想型较强的物系，则加入萃取剂起（稀释）作用。 (29) 要提高萃取剂的选择性，可（增大）萃取剂的浓度。 (30)在多组分精馏中塔顶温度是由（ 露点 ）方程求定的。 (31)若组成为Zi的物系,∑KiZi>1时，其相态为（ 过热气相） (32)设计变量与独立量之间的关系可用下式来表示( Ni=Nv-Nc ) (33)分离要求越高，精馏过程所需的最少理论板数（越多 ）。

(34)在萃取精馏中所选的萃取剂希望与塔顶馏出组份形成具有（正 ）偏差的非理想溶液。 (35)在萃取精馏中所选的萃取剂使A1S值越大，溶剂的选择性（增大 ） (36)恒沸剂与组分形成最低温度的恒沸物时，恒沸剂从塔（顶 ）出来。 (37)吸收中平衡数大的组分主要在塔内（ 顶）板被吸收。

1.

简答题

(1) 列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。

答：属于ESA分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。

属于MSA分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。 (1) 什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理？

露点温度（压力）是在恒压（温）下冷却气体混合物，当气体混合物开始冷凝出现第一个液滴时的温度（压力），简称露点。精馏塔塔顶温度即为对应塔顶汽相组成的露点。

(2) 怎样判断混合物在T，P下的相态，若为两相区其组成怎样计算？

对进料作如下检验。

= 1 TTB 进料处于泡点，0

kiZi > 1 T>TB 可能为汽液两相区，>0

< 1 T= 1 TTD 进料处于露点，1

Ziki > 1 T< 1 T>TD 进料为过热蒸汽

计算时，所指定的温度应在泡露点温度之间，这样才会出现汽液两相，否则只会是单相不必进行等温闪蒸的计算。只有(Ziki)> 1和kiZi< 1时，混合物始处于汽液两相区（0<<1），需要进行等温闪蒸的计算。 （3）请指出共沸精馏与萃取精馏的主要异同。 共沸精馏、萃取精馏介绍

一、什么是恒沸精馏（共沸精馏）

在被分离的物系中加入共沸剂（或者称共沸组分），该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，以至于使需要分离的集中物质间的沸点差（或相对挥发度）增大。在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种操作称为恒沸精馏。

下面以制取无水酒精为例，说明恒沸精馏的过程，水和酒精能形成具有恒沸点的混合物，所以用普通的精馏方法不能获得纯度超过96%（体积）的乙醇，若在酒精和水的溶液中加入共沸组分-苯，则可构成各种恒沸混合物，但以酒精、苯和水所组成的三组分恒沸混合物的沸点为最低（64.84℃）。当精馏温度在64.85℃时，酒精、苯和水的三元混合物首先被蒸出；温度升至68.25℃时，蒸出的是酒精与苯的二元恒沸混合物；随着温度继续上升，苯与水的二元恒沸混合物和酒精与水的二元恒沸混合物也先后蒸出，这些恒沸物把水从塔顶带出，在塔釜可以获得无水酒精。工业上广泛地用于生产无水酒精的方法，就是根据此原理。 恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分离，循环使用。因而恒沸精馏消耗的能量（包括汽化共沸剂的热量和输送物料的电能）较多。 二、什么是萃取精馏？

在被分离的混合物中加入萃取剂，萃取剂的存在能使被分离混合物的组分间的相对挥发度增大。精馏时，其在各板上基本保持恒定的浓度，而且从精馏塔的塔釜排出，这样的操作称为萃取精馏。

例如，从烃类裂解气的碳四馏分费力丁二烯时，由于碳四馏分的各组分间沸点相近及相对挥发度相近的特点，而且丁二烯与正丁烷还能形成共沸物，采用普通的精馏方法是难以将丁二烯与其它组分加以分离的。如果采用萃取精馏的方法，在碳四馏分中加入乙腈做萃

取剂，则可增大组分间的相对挥发度，使得用精馏的方法能将沸点相近的丁二烯、丁烷和丁烯分离。碳四馏分经过脱碳三、和碳五馏分后，进入丁二烯萃取剂精馏塔，在萃取剂乙腈的存在下，使丁二烯（包括少量的炔烯）、乙腈与其它组分分开，从塔釜采出并进入解析塔，在此塔中，丁二烯、炔烯从乙腈中解析出来，萃取剂循环使用。丁二烯、炔烯进入炔烯萃取精馏塔，丁二烯从塔顶逸出，经水洗，得到成品丁二烯。

三、恒沸精馏和萃取精馏有什么区别？

（1）萃取精馏的萃取剂，不必要与分离系统中的某组分形成共沸物，而要求它的蒸气压远小于分离混合物的蒸气压，因此萃取剂的选用范围比较大。 （2）萃取精馏的操作条件与恒沸精馏相比，可以在较大的范围内变动。 （3）萃取精馏因萃取剂不从塔顶蒸出，因此，蒸气的消耗比恒沸精馏为少。 （4）萃取精馏适用于从塔顶蒸出较多的产品和从塔釜排出较少的产品的情况；而恒沸精馏适用于从塔顶蒸出较少的产品和从塔釜排出较多的产品的情况。因为在上述情况下萃取组分或共沸组分的加入量相对的较少，能量消耗也随之较少。

（4）简述精馏和吸收过程的主要不同点。

吸收和精馏过程是混合物分离的两种不同方法；前者是利用混合物中各组分在某种溶剂中的溶解度不同，而后者是利用混合物中各组分的挥发度不同进行分离。吸收过程只是混合气体中的被吸收组分进入吸收剂中；在精馏过程中，则不仅有气相中的重组分进入液相中还有液相中的轻组分转入气相。因此，吸收过程属于单向传质，而精馏为双向传质。 （5） 什么叫清晰分割法，什么叫不清晰分割法？

清晰分割法 ： 若两关键组分的挥发度相差较大，且两者为相邻组分，此时可认为比重关键组分还重的组分全部从塔釜排除，在塔顶产品中含量极小，可以忽略；比关键组分还轻的组分全部从塔顶蒸出，在塔釜中含量极小，可以忽略。 非清晰分割法： 若两关键组分的挥发度相差不大，或两关键组分不是相邻组分，则比重关键组分还重的组分在塔顶有微量存在，比轻关键组分还轻的组分在塔釜有微量存在。

（6） 什么是关键组分？非关键组分？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？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。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）吸收的有利条件是什么？试分析吸收因子对吸收过程的影响 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。

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。 （8）叙述用简捷法作普通精馏过程理论板数的步骤 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Nm。

⑤ 用Underwood法计算Rm，并选适宜的操作回流比R。 ⑥ 确定适宜的进料位置。

根据Rm,R,Nm，用Gilliland图求理论板数N。

（9）萃取精馏的实质是什么？

⑴原分离物系中两组分沸点相近，非理想性不大的物系，加入萃取剂的作用是萃取剂与其中一个组分或两个组分形成非理想溶液，从

sA2s)。 而改变了远组分间的相对挥发度，变化值为xs(A1⑵当原溶液为非理想物系，以至形成恒沸物而难以分离，则萃取剂起稀释作用，从而减弱了原分子间的相互作用，使相对挥发度改变。 3计算题

（1）已知第一脱甲烷塔的进料组成及操作条件下各组分的相平衡常数如下表所示，要求甲烷的蒸出率为98%，乙烯的回收率为96%，试按清晰分割计算馏出液和釜液的组成。 序 号 组 分 xiF/摩尔% Ki 1 H2 33.8 / 2 CH4 5.8 1.7 3 C2H4 33.2 0.28 4 C2H6 25.7 0.18 5 C3H6 0.50 0.033 6 C3H8 0.20 0.022 7 C4 0.70 0.004 答：取100Kmol进料为基准，选取甲烷为轻关键组分，乙烯为重关键组分。 （1分）

按清晰分割的概念，组分1为轻组分，全部从塔顶馏出液在采出，组分4、5、6、7为重组分，全部从塔釜液中采出。 由于甲烷的蒸出率为98%

D25.80.985.684Kmol； B25.85.6840.116Kmol（2分）

乙烯的回收率为96%

B333.20.9631.872Kmol；D333.231.8721.328Kmol DD1D2D333.85.6841.32840.812Kmol

BFD10040.81259.188Kmol

或Bi2Bi0.11631.87225.70.500.300.7059.188Kmol（3分）

D1D33.85.6840.828；x2D20.139 D40.812D40.812D31.3280.033 D40.812BB20.11631.8720.002；x3B30.538 B59.188B59.188BB425.700.500.434；x5B50.008B59.188B59.188

7x1Dx3Dx2Bx4Bx6BB6B0.300.700.005；x7B70.012（3分） B59.188B59.188将计算结果列表如下： 组 分 zi 0.338 0.58 0.332 0.257 0.005 0.003 0.007 1.000 xiD 0.828 0.139 0.033 / / / / 1.000 xiB / 0.002 0.538 0.434 0.008 0.005 0.012 1.000 Di 33.8 5.684 1.328 / / / / 40.812 Bi 0.116 31.872 25.70 0.50 0.30 0.70 59.188 H2 CH4 C2H4 C2H6 C3H6 C3H8 C4

（2）某厂裂解气组成（摩尔%）如下：13.2%氢、37.18%甲烷、30.2乙烯、9.7%乙烷、8.4% 丙烯、1.32异丁烷、所用的吸收剂中不含所吸收组分。要求乙烯的回收率达到99%。

该吸收塔处理的气体量为100kmo1/h，操作条件下各组分的相平衡常数如下： 氢 甲烷 乙烯 乙烷 丙烷 异丁烷 ∞ 3.1 0.72 0.52 0.15 0.058 操作液气化为最小液气比的1.5倍 试求: (1) 最小液气化; (2) 所需理论板数;

(3) 各组份的吸收因子、吸收率 (4) 塔顶尾气的组成及数量； (5) 塔顶应加入的吸收剂量（12分） 答：（1）最小液气化

（2分）

(2)所需理论板数N

（2分）

(3)各组份的吸收因子、吸收率 吸收因子，以甲烷为例：

吸收率，以甲烷为例：

（2分）

(4)塔顶尾气的组成及数量（见表）

νN+1 A φ νN+1φ ν1

y1

H 13.2 0 0 0 13.2 34.68 C10 C2=

37.2 3.449 0.34 12.64 24.56 64.48

30.2 1.485 0.99 29.90 0.030 0.79

C20 C3= iC40

∑

9.7 2.058 0.9982 9.68 0.020 0.05 8.4 7.128 1.000 8.40 0.00 0.00

1.32 18.48 1.000 1.32 0.00 0.00 61.94 38.06 100.00（2分）

(4)塔顶加入的吸附剂的量

（2分）

（3）已知某液体混合物中各组分的汽液平衡常数与温度的关系如下： 组分 C3 C4 C5 组成（mol%） 0.23 0.45 0.32 Ki 0.750.06t 0.040.012t 0.170.01t （1）求其常压下的该混合物的温度，误差判据可取0.001。 （2）上述混合物若温度为350K，试分析是否有液相存在。（12分） 答：（1）设t=50℃，则KC30.750.06502.25,KC40.56,KC50.33

Kxii2.250.230.560.450.330.320.87511

(KG)m1

xiki调整温度：选C4为关键组分，则根据调整公式KGmKG2则KC30.560.64；由此得t=55.5℃

0.87510.750.0655.52.58,KC40.626,KC50.385

iKxi2.580.230.6260.450.3850.320.9991

∴ t=55.5℃

（2）混合物温度为350K即77℃时

KC30.750.06773.87,KC40.884,KC50.6

Kxii3.870.230.560.8840.330.61.5831

i即

Kxii1,TTB

y即

Ki0.233.870.560.8840.330.61.771

混合物处于两相区 ∴有液相存在

yiKi1,TTD

（4）某精馏塔进料中含n-C6o0.33，n-C7o0.33，n-C8o0.34。要求馏出液中n-C7o含量不大于0.011，釜液中n-C6o含量不大于0.015（以上均为摩尔分数）。若进料流率为100kmol/h。 (1) 按清晰分割预算馏出液及塔釜液流量及组成。 (2) 若为非清晰分割，试叙述其计算方法与步骤。（12分）

答：（1）由题意：nC7为重关键组分HK，nC6为轻关键组分LK，nC8为重组分HNK。

∵xHKD0000.011,xLKW0.015,F100Kmolh

∴DZi1nLKixLKWF1xHKDxLKW0.330.01510032.34Kmolh

10.0110.015∴WFD10032.3467.66Kmolh FZLKWxLKW1000.3367.660.0150.98998.9%

D32.34

∴xLKDxHKDFZHKDxHKD1000.3332.340.0110.482,WHK32.64KmolhW67.66FZHNK1000.340.503,WHNK34Kmolh W67.66

xHNK∴

DHKDDLK32.3431.990.35KmolhWLKWWHKWHNK67.6632.64342.02Kmolh0∴馏出液中含：nC6 31.99Kmol0h 0.989 nC7 0.35Kmolh 0.011

nC80 0

釜液中：nC6 2.02Kmol00h 0.015 nC7 32.64Kmolh 0.482

nC80 34Kmolh 0.503

若为非清晰分割:

据在一定回流比条件下，各组分的分布与全回流时相同的原理。先按清晰分割得到的组成分布来试算塔顶与塔釜的温度，即泡点、露点温度，再计算其相对挥发度，平均相对挥发度，计算Nm以及计算新的组成分布，反复试差至组成不变为止。

FiDiWi；

DiNmDHiHWiWH

xDi,xWiTD,TWLHNm 已知条件 xDi,xWiTD,TWLHNmxDi,xWi 比较

设为清晰分割（5）拟进行吸收的某厂裂解气的组成在吸收塔内操作压为1Mpa操作温度为308K下的相平衡常数如下： 组分 yN+1 Ki 甲烷 36.5 19 乙烷 26.5 3.6 丙烷 24.5 1.2 异丁烷 12.5 0.53 (1) 计算操作液气比为最小液气比的1.3倍时异丁烷组分被吸收94%时所需的理论板数. （2） 丙烷的吸收率。 答：（1）∵关键组分为异丁烷

关0.94；当N时A关关0.94

∵

LA关K关0.940.530.4982VminLL1.31.30.49820.65 VVminA关L0.650.531.22

VK关∴

lg由NA1lgAlg10.941.220.94116.78 lg1.22∴所需理论板数为7块

AiN1L（2）由iN1,AiVKCAiA丙烷 得

0.546.7810.540.650.538 0.54 丙烷6.7810.5411.2∴丙烷的吸收率为0.538。