化工分离与传质 作业[精选五篇]

第一篇：化工分离与传质 作业

环境科学与工程学院硕士研究生

《化工传质与分离》

试题（开卷）

研究生姓名：

学号：

1.简述膜分离技术的特点、常用膜分离技术的基本原理及其在环境领域的应用（至少五种，侧重于应用）。（10分）答：

膜分离技术的优点如下:

1.膜分离过程属于速率分离过程，一般不发生相变，因此与有相变的平衡分离方法相比能耗低；

2.多数膜分离过程在常温下进行，特别适用于热敏性物质的分离； 3.膜分离过程一般不耗或少耗化学试剂，对产品无二次污染，且成本低操作方便、设备结构紧凑、维护费用低；

4.分离效率高，膜性能可调节，应用范围广，适合于无机物、有机物及生物物质的制备；

5.工艺适用性强，可实现连续分离，易与其他过程相结合（联合过程），易于放大，处理规模可调； 膜分离的缺点如下：

1.在膜的运行过程中可能会发生浓差极化和膜污染，使其分离性能劣化； 2.使用寿命有限；

3.固膜分离存在选择性低，因而在高纯度分离的应用中受到限制。常用的膜分离技术(1)微滤(MF)微滤技术是目前所有膜技术应用最广泛的一种膜分离技术。微滤主要用于过滤0.1～10pm大小的颗粒、细菌、胶体。其过滤原理和普通过滤相似，属于筛网过滤。微滤过滤具有操作压力低(<0.2 MPa)，对水质的适应性强、占地面积小的优点。微滤作为较经济的微过滤方式在饮用水处理方面应用广泛，可代替常规的澄清过滤和二沉池，在水质波动较大时仍可连续处理，占地面积小；用于各种废水的预处理，以降低浊度、悬浮物，满足后处理进水要求。(2)超滤(UF)超滤膜也属于压力驱动膜，其分离原理一般认为是筛分过程。其孔径范围为0.05～1 nm。超滤主要用于去除固体颗粒物、悬浮物、从溶液中分离大分子物质和胶体。用超滤膜处理电泳涂漆废水已在我国汽车工业、电器工业部门祷到了广泛应用，通过超滤膜的分离特性将有大量金属离子杂质的电泳漆从废水中回收出来重新利用。(3)纳滤(NF)纳滤介于反渗透和超滤之间，是20世纪80年代出现典型的反渗透复合膜之后研制开发的又一种新型分子级的膜分离技术。纳滤也属于压力驱动型过程，其操作压力通常为0.5MPa～1.0MPa；纳滤膜的一个显著特点是具有离子选择性，它对二价离子的去除滤高(95%以上)，一价离子的去除率低(40%～80%)”。因此纳滤广泛应用于河水及地下水中含三卤甲烷中间体THM、低分子有机物、农药、异味、硝酸盐、硫酸盐、氟、硼、砷等有害物质的去除，废水的脱色，废水中不同有机物的分级浓缩。(4)反渗透(RO)

反渗透膜几乎对所有的溶质都具有很高的脱除率，反渗透出水水质很高，在水处理中通常用于除盐处理。反渗透在环保领域的大规模应用是饮用水质的改善、城市污水、工业废水和垃圾渗滤液的处理。(5)液膜(LM)液膜就是悬浮在液体中的一层很薄的乳液颗粒，其分离机理通常认为是选择性渗透、化学反应、萃取和吸附。液膜和同膜相比具有传质速度快、选择性高、分离效率高的特点。液膜分离特别适合于溶液中特定离子和有机物的分离。液膜分离已应用于医药化工、湿法冶金和废水处理等研究领域。采用表面活性剂的液膜处理某工厂含酚废水除酚率大于99%。液膜法处理含有氨、苯胺和其它苯胺类化合物的废水，废水中氨、苯胺类物质的去除率达到98%以上。(6)集成膜技术(IMT)集成膜技术就是将膜技术与其它传统工艺的优化组合，将膜技术和传统工艺技术进行优化组合可进一步拓展膜技术的应用领域，充分发挥膜技术的节能、高效等优越性，有效的降低生产成本。如采用浸没式活性污泥的反应器处理生活污水造纸黑液中回收木质素磺酸钠要用絮凝、UF和RO等方法集成；采用生物发酵制取无水乙醇要用膜反应器，蒸馏和渗透汽化等方法集成去除废水中有毒物质需采用膜萃取及反萃取将毒物浓缩，再放入膜反应器中净化等方法集成。采用集成膜技术可以使各种废物变废为宝，有效的减轻环境污染，延长组件的使用寿命。2.简述影响萃取剂萃取性能的基本因素以及萃取剂选择的基本标准。（10分）答：萃取是利用溶质在互不相溶的两相之间分配系数的不同而使溶质得到纯化或浓缩的方法。

影响萃取剂性能的基本因素如下：

1.萃取基团性OH生成沉淀的离子易于被以O为萃取基团的萃取剂萃取；能与NH3生成络合物的离子易于能的影响

类比原则：能与被以N为萃取基团的萃取剂萃取；能生成硫化物沉淀的离子易于被以S为萃取基团的萃取剂萃取。软硬酸碱原则：软亲软、硬亲硬。

2.空间位阻的影响：一般随空间位阻的增加，萃取剂的萃取效率下降。3.溶解度的影响：萃取剂必须在水相及有机相中有很好的平衡。

萃取剂的选择标准：

4.萃取剂分子中至少有一个萃取功能基，通过功能基与被萃取物结合形成萃合物；

5.萃取剂分子中至必须有相当长的烃链或芳环，其目的是使萃取剂及萃合物易于溶于有机相，而难于溶于水相；

6.络合剂应该具有相应的官能团，与待分离溶质的络合键能要足够大，以便形成络合物，实现相转移，该键能还要相对较低，使络合物容易完成反萃取时的逆向反应，使络合剂得到再生；

7.在发生络合反应和回收溶剂时，溶剂的萃水量应尽量小或者容易实现溶剂水中的去除；

8.络合萃取过程中应无其他副反应，络合剂应该具有一定的热稳定性，不易分解或降解，以免发生不可逆的损失；

9.合反应在正逆反应方向上均应在一定条件下具有足够快的速率 3.简述离子交换过程中影响离子交换速率的因素。（10分）答：影响离子交换速率的因素如下：

1.树脂的粒度：小颗粒树脂总是相应于大的交换速率，颗粒均匀的树脂比不均匀的树脂交换速率快；

2.树脂的交联度：树脂交联度越大，树脂的溶胀性越差，从而影响离子在树脂颗粒内部扩散的速率；

3.温度：提高温度既提高了扩散速率，又提高了交换反应速率，从而加快了整个交换反应速率；

4.溶液浓度：在溶液浓度小于0.01mol/L时，总的交换速率可由膜扩散决定，浓度增加，膜扩散速率上升；当浓度大于0.01mol/L时，树脂内扩散变成控制步骤，继续提高溶液浓度意义不大；

5.搅拌速度：加大搅拌速率可以减小膜厚度从而提高扩散速率，但搅拌达到一定值时，交换速率不再上升；

6.离子交换的性质：主要是离子的价态和水化离子的大小，离子价态越高，吸引力越大，扩散速率越快，水化离子越大，则越难扩散。

4.简要说明质谱技术的特点以及不同质谱电离方式（EI、CI、ESI、APCI）的优缺点。（10分）

答：质谱分析法是利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律，按照离子的质荷比大小对离子进行分离和测定从而对样品进行定性和定量分析的一种方法。

质谱技术的特点：质谱不属波普范围；质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关；质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱，谱图与分子结构有关；质谱法进样量少，灵敏度高，分析速度快；质谱是唯一可以给出分子量，确定分子式的方法。不同质谱电离方式优缺点如下： 1)电子电离(EI)电子电离优点如下：

① 非选择性电离，只要样品能气化都能够离子化； ② 离子化效率高，灵敏度高；EI谱提供丰富的结构信息，是化合物的“指纹谱”；

③ 有庞大的标准谱库供检索，谱库中的谱图是在70eV条件下获得的，图谱重复性好，被称作“经典”的EI谱。电子电离缺点如下：

① 样品必须能气化，不适于难挥发、热不稳定的样品；

② 有的化合物在EI方式下分子离子不稳定易碎裂，得不到分子量信息，图谱复杂，解释有一定困难；

③ EI方式只检测正离子，不检测负离子。2）化学电离(CI)化学电离优点如下：

① CI是获得分子量信息的重要手段；

② 可通过控制反应，根据离子亲和力和电负性选择不同的反应试剂，用于不同化合物的选择性检测。化学电离缺点如下：

① 和EI一样要求样品必须能气化，适用于热稳定性好、蒸气压高的样品，不适用于难挥发、热不稳定的样品；

② CI图谱重复性不如EI图谱，没有标准谱库，只有少量专用库或自建谱库；反应试剂容易形成较高的本底，会影响检测限；

③ CI的操作比EI源相对难一些，反应试剂的压力需要摸索。3）电喷雾电离(ESI)

电雾电离优点如下：

① 质量数可达70000Da；

② 灵敏度高达femtomole级；软电离，可观察生物分子非共价反应； ③ 易于和LC串联，直接分析流速为1ml/min的LC洗脱液； ④ 没有基质干扰；

⑤ 适于四级杆质量分析器、离子阱质量分析器做结构分析；

⑥ 带多电荷，允许质量范围窄的设备检测高质量数的离子，通过计算平均值给出更精确的质量数；

⑦ 特别适于测多肽的修饰；

⑧ 样品前处理简单可直接分析RP-HPLC脱盐处理的溶液。电雾电离缺点如下：

① 耐盐能力低；对某些化合物特别敏感，污染难清洗； ② 样品需先气化，混合物不适用；

③ 带多电荷，在分析混合物时，产生混乱； ④ 定量时需内校准； 4）大气压化学电离(APCI)大气压化学电离优点如下：

① 利用所得到的[M+1]+及[M-1]-进行分子确认； ② 源参数调整简单，容易使用；

③ 耐受性好，喷雾器及针的位置不关键；LC流速可达2.0ml/min； ④ 好的灵敏度； 大气压化学电离缺点如下：

① 有限的结构信息； ② 易发生热裂解； ③ 低质量时化学噪声大；

④ 不适合做分子量大于1000的化合物；

5.吸附的原理与特点，试举一例说明吸附技术在废水处理中的应用。（10分）答：固体物质表面对气体或液体分子的吸着现象称为吸附，其中固体物质称为吸附剂，被吸附的物质称为吸附质。

根据吸附质与吸附剂表面分子间结合力性质的不同将吸附分为物理吸附和化学吸附。

物理吸附也称为范德华吸附，是吸附剂分子与吸附质分子间引力作用的结果，其结合力较弱，容易脱附。其特点是单分子层或多分子层吸附，一般是多分子层，过程可逆，吸附速率达，脱附容易，易达到平衡。

化学吸附是由吸附质与吸附剂分子间化学键的作用所引起的，其结合力比物理吸附大得多，放出的热量也大得多，与化学反应的数量级相当。其特点是具有显著的选择性，总是单分子层吸附，过程往往不可逆，吸附速率一般较小，低温下不易达到平衡。

吸附技术在废水处理中的应用示例：活性炭吸附在废水处理中的应用。例子：活性炭处理农药废水

农药生产过程中步骤多，原材料、合成工艺、产品化学结构之间差异大，生产过程中有大量的废水排出，农药废水有机物浓度高、毒性大、可生化性差，而且废水成份复杂。活性炭可有效地对农药废水进行吸附处理。研究表明，活性炭可用于有机氯农药废水的处理，对异狄氏剂、毒杀芬、艾氏剂、狄氏剂、DDT的吸附量分别为100mg/g、42 mg/g、30 mg/g、15 mg/g和11mg/g；杀菌剂邻苯基苯酚的生产废水，当浓度为100 mg/L时，活性炭的用量为2.5g/L，可达99.6％的去除率；活性炭还可以吸附除草剂废水中含有的2，4-二氯酚及少量的3，4-二氯酚、2，5-二氯酚和2,6-二氯酚。

6.简要说明不同类型质谱分析器的工作原理及优缺点。（15分）

答：质量分析器的功能是将离子源产生的离子，按其质荷比m/z 进行分离、检测，得到化合物特征质量信息。1）离子阱分析器

离子阱分析器工作原理如下：

由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构成。端盖电极施加直流电压或接地，环电极施加射频电压（rf），通过施加适当电压就可以形成一个势能阱（离子阱）。根据rf电压的大小，离子阱就可捕捉某一质量范围的离子。离子阱可以储存离子，待离子累积到一定数目后，升高环电极上的rf电压，离子按质量从高到低的次序依次离开离子阱，被电子倍增监测器检测。目前离子阱分析器已发展到可以分析质荷比高达数千的离子。离子阱分析器优点如下：

① 离子阱在全扫描模式下仍然具有较高灵敏度；

② 单个离子阱通过期间序列的设定就可以实现多级质谱（msn）的功能； ③ 价格相对低廉，体积较小； 离子阱分析器缺点如下：

① 有空间电荷效应； ② 低质量截止等问题； ③ 动态范围窄，不利于定量； 2）飞行时间分析器

飞行时间分析器工作原理

具有相同动能，不同质量的离子，因其飞行速度不同而分离。假如固定离子飞行间隔，则不同质量离子的飞行时间不同，质量小的离子飞行时间短而首先到达检测器。各种离子的飞行时间与质荷比的平方根成正比。离子以离散包的形式引进质谱仪，这样可以同一飞行的出发点，依次丈量飞行时间。离子包通过一个脉冲或者一个栅系统连续产生，但只在一特定的时间引进飞行管。飞行时间分析器优点如下：

① 新发展的飞行时间分析用具有大的质量分析范围； ② 较高的质量分辨率； ③ 结构简单；

④ 灵敏度高，尤其适合蛋白等生物大分子分析。飞行时间分析器缺点如下：

分辨率和动态线性范围不够理想。3）四极杆分析器 四极杆分析器工作原理：

因其由四根平行的棒状电极组成而得名。离子束在与棒状电极平行的轴上聚焦，一个直流固定电压（dc）和一个射频电压（rf）作用在棒状电极上，两对电极之间的电位相反。对于给定的直流和射频电压，特定质荷比的离子在轴向稳定运动，其他质荷比的离子则与电极碰撞湮灭。将dc和rf以固定的斜率变化，可以实现质谱扫描功能。四极杆分析器对选择离子分析具有较高的灵敏度。四极杆分析器优点如下：

① 四极杆质量分析器能够通过电场的调节进行质量扫描或质量选择； ② 质量分析器的尺寸能够做到很小； ③ 扫描速度快；

④ 无论是操作还是机械构造，均相对简单。四极杆分析器缺点如下： ① 分辨率不高； ② 杆体易被污染； ③ 维护和装调难度较大。4）扇形磁分析器

扇形磁分析器工作原理

离子源中天生的离子通过扇形磁场和狭缝聚焦形成离子束。离子离开离子源后，进进垂直于其前进方向的磁场。不同质荷比的离子在磁场的作用下，前进方向产生不同的偏转，从而使离子束发散。由于不同质荷比的离子在扇形磁场中有其特有的运动曲率半径，通过改变磁场强度，检测依次通过狭缝出口的离子，从而实现离子的空间分离，形成质谱。扇形磁分析器优点如下：

① 重现性好、分辨率与质量大小无关；

② 能够较快地进行扫描（每秒 10 个质荷比单位）； 扇形磁分析器缺点如下：

目前出现的小型化质量分析器中，扇形磁场所占的比重不大，因为如果把磁场体积和重量降低将极大地影响磁场的强度，从而大大削弱其分析性能。5）离子回旋共振质量分析器 离子回旋共振质量分析器工作原理

在某种程度上，离子回旋共振（ICR）质量分析器与NMR有些相似。在一定强度的磁场中，离子做圆周运动，离子运行轨道受共振变换电场限制。当变换电场频率和回旋频率相同时，离子稳定加速，运动轨道半径越来越大，动能也越来越大。当电场消失时，沿轨道飞行的离子在电极上产生交变电流。对信号频率进行分析可得出离子质量。将时间与相应的频率谱利用计算机经过傅里叶变换形成质谱。

离子回旋共振质量分析器优点如下：

ICR具有非常高的质量分辨率，能够检测大质量离子、进行离子的无损分析和多次测量，具有很高的灵敏度和级联质谱的能力，是一种在现代质谱学领域中具有重要用途的质量分析器。

离子回旋共振质量分析器缺点：对环境要求高。6）混合型质量分析器

a)Q-TOF是由四极杆质谱和飞行时间质谱组成的串联型质谱仪，因此无论是在MS或MS/MS模式下均具有较高的分辨率和质量精确度。可以进行多种模式的质量检测，主要包括MS Scan、TOF MS和TOFMS/MS，这些模式同样可以用于负离子的检测，但是花费较高。

b)Q-IT，即由四极杆和离子阱组成的混合型质谱。对Scan模式灵敏度高，但中性丢失实验较难实现。

C)Triple quadrupole，三重串联四级杆。对MRM定量灵敏度较高，但对Scan模式灵敏度较低。

7.简述色谱-质谱联用技术的特点，并结合当前的环境问题论述色谱-质谱联用技术在环境领域中的应用。（15分）答：色谱-质谱联用技术的特点

1）气相色谱作为进样系统，将待测样品进行分离后直接导入了质谱进行检测，即满足了质谱分析对样品单一性的要求，还省去了样品制备、转移的繁琐过程，不仅避免了样品受污染，对于质谱进样量还能有效控制，也减少了质谱仪器的污染，极大的提高了对混合物的分离、定性、定量分析效率。

2）质谱作为检测器，检测的是离子质量，获得化合物的质谱图，解决了气息色谱定性的局限性，即使一种通用性检测器，优势选择性的检测器。因为质谱法的多种电离方式可使各种样品分子得到有效的电离，所有离子经质量分析器分离后均可以被检测，有广泛适用性。而且质谱的多种扫描港式和质量分析技术，可以有选择的只检测所需要的目标化合物的特征离子，而不检测不需要的质量离子，如此专一的选择性，不仅能排除基质和杂质峰的干扰，还极大地提高了检测灵敏度。在食品安全的有害物质残留分析中，由于GC/MS方法在选择性和灵敏度上的优势，而被作为最终确证方法。

3）联用的优势还体现在可获得更多信息。单独使用气相色谱只获得保留时间，强度两维信息，单独使用质谱也只获得质荷比和强度两维信息，而气相色谱-质谱联用可得到质量，保留时间、强度三维信息。增加一维信息意味着增强了解决问题的能力。化合物的质谱特征加上气象色谱保留时间双重定性信息，和单一定性分析方法比较，显然专属性更强。质谱特征相似的同分异构体，靠质谱图难以区分，而有色谱保留时间就不难鉴别了。

4）气相色谱-质谱联用技术的发展促进了分析技术的计算机化，计算机化不仅改善并提高了仪器的性能，还极大的提高了工作效率，从控制仪器运行，数据采集和处理，定性、定量分析，谱库检索以及打印报告输出，计算机的介入使仪器可以全自动昼夜运行，从而缩短了各种新方法开发的时间和样品运行时间，实现了高通量、高效率分析的目标。

实际上，联用技术还带来许多无形的利益，包括减低成本。现代GC/MS的分离度和分析速度、灵敏度、专属性和通用性，至今仍是其他联用技术难以达到的，因此只要待测成分适用于GC分离，GC/MS就成为联用技术中首选的分析方法。

环境领域中的应用

在环境方面，GC-MS正在成为跟踪持久性有机物污染所选定的工具。GC-MS设备的费用已经显著地降低，并且，同时其可靠性也已经提高。这样就使该仪器更适合用于环境监测研究。对于一些化合物，如某些杀虫剂和除草剂GC-MS的敏感度不够，但对大多数环境样品的有机物分析，其中包括许多主要类型的杀虫剂，它是非常敏感和有效的。特别近年来，环境内分泌干扰物（EDCs）在我国造成的环境污染及健康危害已引起全社会的广泛关注。GC-MS由于使用成本较低，操作简便，并且在分析时有比较完善的质谱数据库支持，易于化合物的鉴定，目前也广泛应用于EDCs的分析测定。

8.简述常用的环境样品前处理方法（固相萃取、微波萃取、加压溶剂萃取、凝胶渗透）的工作原理及优缺点。(20分)答：常用的环境样品前处理方法：(1)固相萃取 固相萃取工作原理

固相萃取（SPE）的基本原理是样品在两相之间的分配，即在固相（吸附剂）和液相（溶剂）之间的分配。它是利用固体吸附剂将液体样品中的目标化合物吸附，与样品的基体和干扰化合物分离，然后再用洗脱液洗脱，达到分离和和富集的目的。先使液体样品通过一装有吸附剂（固相）小柱，保留其中某些组分，再选用适当的溶剂冲洗杂质，然后用少量溶剂迅速洗脱，从而达到快速分离净化与浓缩的目的。

固相萃取的优点如下：

1)高的回收率（70-100%）和高的富集倍数； 2)使用的高纯有毒有机溶剂量少；

3)无相分离操作，易于收集分析物组分，能处理小体积试样； 4)操作简单、快速、易于实现自动化； 固相萃取的缺点如下：

1)使用进口固相萃取小柱成本较高； 2)需要专业人员协助进行方法开发；（2）微波辅助萃取 微波辅助萃取的工作原理

在目标化合物的提取过程中(或提取的前处理)加入微波场，根据不同物质吸收微波能力的差异使得基体物质的某些区域或萃取体系中的某些组分被选择性加热，从而使得被萃取物质从基体或体系中分离，进入到介电常数较小、微波吸收能力相对差的萃取剂中，利用微波场的特点来强化有效成分浸出，达到提取的目的。

微波辅助萃取技术的优点

1)萃取速度快：MAE大大降低了萃取时间，提高了萃取速度，通常只需数分钟至数十分钟，而且萃取效率高。

2)选择性加热：微波加热具有选择性，可通过选择适当的溶剂来提高萃取效率，以期达到最佳的萃取效果。

3)加热迅速：微波能穿透到物料内部，使物料表里同时产生热能，其加热均匀性好，且加热迅速。

4)高效节能：由于微波独特的加热机理，除少量传输损耗外，几乎没有其它损耗，故热效率高。

5)易于控制：控制微波功率即可实现立即加热和终止，操作方便。6)安全环保：溶剂用量少，所以对环境造成的污染较小，整个萃取过程无有害气体排放，不产生余热和粉尘污染

微波辅助萃取技术的缺点 1)微波萃取仅适用于热稳定性物质的提取，对于热敏性物质，微波加热可能使其变性或失活。

2)微波萃取要求目标化合物具有良好的吸水性，否则萃取物难以吸收足够的微波能而将难以从基体中释放出来。

（3）加压溶剂萃取

加压溶剂萃取的原理：加速溶剂萃取是在提高温度（50-200℃）和压力（1000-3000psi或10.3-20.6MPa）下用溶剂萃取固体或半固体样品的新颖样品前处理方法。

加速溶剂萃取的优点如下：

与索氏提取、超声、微波、超临界和经典的分液漏斗振摇等公认的成熟方法相比，加速溶剂萃取的突出优点如下：

1)有机溶剂用量少，10g样品一般仅需15ml溶剂； 2)快速，完成一次萃取全过程的时间一般仅需15min； 3)基体影响小，对不同基体可用相同的萃取条件；

4)萃取效率高，选择性好，已进入美国EPA标准方法，标准方法编号3545；现已成熟的用溶剂萃取的方法都可用加速溶剂萃取法做； 5)使用方便、安全性好； 6)自动化程度高。加速溶剂萃取的缺点如下：

1)需要进一步净化分离操作；

2)杂质容易与目标物质一起被萃取出来； 3)仪器设备十分昂贵。（4）凝胶渗透色谱 凝胶渗透色谱的工作原理

凝胶渗透色谱是基于体积排阻的分离机理，根据分子的体积大小和形状不同而达到分离的目的。色谱柱内填充着起到分离作用的凝胶，是一种多孔性的高分子聚合体，表面布满孔隙，能被流动相浸润，吸附性很小。聚合物分子在柱内流动过程中，不同大小的分子不同程度地渗透到柱内有大小孔径分布的载体的空洞中去。当被分析的试样随着淋洗溶剂引入色谱柱后，溶质分子即向凝胶内部孔洞扩散。较小的分子除了能进入大的孔外，还能进入较小的孔；较大分子则只能进入较大的孔；而比最大的孔还要大的分子就只能留在填料颗粒之间的空隙中。因此，随着溶剂的淋洗，大小不同的分子就得到分离，较大的分子先被淋洗出来，较小的分子较晚被淋洗出来。凝胶渗透色谱的优点如下：

1)快速、简便、重复性好； 2)进样量少，可实现高度自动化；

3)凝胶渗透色谱分离样品的过程是一个物理过程；

4)能够很好地分离蛋白质、色素、脂肪等大分子物质和农药等小分子物质； 凝胶渗透色谱的缺点如下：

1)样品不能得到完全分离； 2)溶剂用量大；

第二篇：传质分离工程 名词解释考试题库

1.分离过程：将一股式多股原料分成组成不同的两种或多种产品的过程。2.机械分离过程：原料本身两相以上，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，其特点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，整个物系的自由焓处于最小状态，从动力学看，相间无物质的静的传递。

5.相对挥发度：两组分平衡常数的比值叫这两个组分的相对挥发度。6.泡点温度：当把一个液相加热时，开始产生气泡时的温度。7.露点温度：当把一个气体冷却时，开始产生气泡时的温度。8.气化率：气化过程的气化量与进料量的比值。9.冷凝率：冷凝过程的冷凝量与进料量的比。

10.设计变量数：设计过程需要指定的变量数，等于独立变量总数与约束数的差。11.独立变量数：描述一个过程所需的独立变量的总数。12.约束数：变量之间可以建立的方程的数目及已知的条件数目。13.回流比：回流的液的相量与塔顶产品量的比值。

14.精馏过程：将挥发度不同的组分所组成的混合物，在精馏塔中同时多次地部分气化和部分冷凝，使其分离成几乎纯态组成的过程。15.全塔效率：理论板数与实际板数的比值。

16.精馏的最小回流比：精馏时有一个回流比下，完成给定的分离任务所需的理论板数无穷多，回流比小于这个回流比，无论多少块板都不能完成给定的分离任务，这个回流比就是最小的回流比。实际回流比大于最小回流比。17.理论板：离开板的气液两相处于平衡的板叫做理论板。

18.萃取剂的选择性：加溶剂时的相对挥发度与未加溶剂时的相对挥发度的比值。19.萃取精馏：向相对挥发度接近于1或等于1的体系，加入第三组分P，P体系中任何组分形成恒沸物，从塔底出来的精馏过程。

20.共沸精馏：向相对挥发度接近于1或等于1的体系，加入第三组分P，P体系中某个或某几个组分形成恒沸物，从塔顶出来的精馏过程。

21.吸收过程：按混合物中各组份溶液度的差异分离混合物的过程叫吸收过程。22.吸收因子：操作线的斜率（L/V）与平衡线的斜率（KI）的比值。23.绝对吸收率：被吸收的组分的量占进料中的量的分率。24.热力学效率：可逆功与实际功的比值。25.膜的定义：广义上定义为两相之间不连续的区间。

26.半透膜：能够让溶液中的一种或几种组分通过而其他组分不能通过的这种选择性膜叫半透膜。

27.渗透：当用半透膜隔开没浓度的溶液时，纯溶剂通过膜向低高浓度溶液流动的现象叫渗透。

28.反渗透：当用半透膜隔开不同浓度的溶液时，纯溶剂通过膜向低浓度溶液流动的现象叫反渗透。

29.吸附过程：当用多几性的固体处理流体时，流体的分子和原子附着在固体表面上的现象叫吸附过程。

30.表观吸附量：当用M千克的多孔性的固体处理体积是V的液体时，溶液原始浓度为，吸附达到平衡时的浓度为，则表观吸附量（每千克吸附吸附的吸附质的量）为：C0吸附达到平衡时的浓度为C*,则表观吸附量(每千克吸附吸附的吸质的量)为:

第三篇：2014化工分离题库

衢州学院化工分离复习题库

一、填空：

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、固有分离因子是根据（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（气液传质分离）过程的基础。相平衡的条件是（所有相中的温度压力相等、每一组分的逸度也相等）。

4、为表示塔传质效率的大小，可用（级效率）表示。

5、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。

6、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。

7、.吸收过程计算各板的温度采用（热量衡算）来计算，而其流率分布则用（简捷计算）来计算。

8、关键组分的相挥发度越大，精馏过程所需的最少理论板数（越少）。

9、进料中易挥发含量越大，精馏过程所需的最少理论板数（不变）。10.萃取精馏塔中，萃取剂是从塔（底）出来。

11.在板式塔的吸收中，原料中的平衡常数小的组分主要在塔内（底）板被吸收。12.完成一个给定的分离要求所需功最小的过程是（可逆）。

13、从节能的角度分析难分离的组分应放在（最后）分离。

15、分离工程操作中，分离剂可以是（能量分离剂）和（物质分离剂）。

16、对于二元溶液的范拉尔方程，当x10 时，ln1=(A12)，2=(1)。

17、对于能生成二元最低恒沸物的物系来说，x、y关系在恒沸点左侧为（yx），在恒沸点右侧为（yx）。

18、在一个塔中精馏某二元最低恒沸物时，塔顶得到的产物是（恒沸物），塔底得到的产物是（纯组分）。

19、萃取精馏塔中，当原料以（气相或q=0）热状况加入时，精馏段与提馏段中的溶剂浓度大致相等，萃取剂将从塔（底或釜）出来。

20、单组分气体在固体上吸附时适用于五种类型吸附等温线中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ种类型的吸附理论是(BET多分子层吸附理论)，只适用于其中的第Ⅰ种类型的吸附理论是（朗格谬尔单分子层吸附理论）。

21、在板式塔的吸收中，原料中的平衡常数小的组分主要在塔内（底）板被吸收，吸收中平衡数大的组分主要在塔内（顶）板被吸收。

22、分离工程分为(机械分离法)和(传质分离法)两大类。

23、对于能生成二元恒沸物的物系来说，在恒沸点处气液相两相组成（相等）。在恒沸点两侧组分的挥发能力（不同或相反）。

24、用郭氏法分析，串级单元的可调设计变量为（1）。

25、根据萃取精馏原理，通常希望所选择的萃取剂与塔顶组分形成具有（正）偏差的非理想溶液，与塔底组分形成理想溶液或具有（负）偏差的非理想溶液。

26、萃取精馏塔中，当原料以液相加入时，则提馏段中的溶剂浓度将会因料液的加入而变得比精馏段（低），此时为了保证整个塔内萃取剂的浓度，常将部分溶剂随（料液）一起加入。

27、在多组分精馏过程中，由芬斯克公式计算的最少理论板数决定于两组分的分离要求和（挥发度或相对挥发度a），与进料组成（无关）。

28, 热力学效率定义为（系统）消耗的最小功与（过程）所消耗的净功之比。

29, 绝热闪蒸过程，节流后的温度（降低）。

30, 若组成为Zi的物系,∑Kixi>1,且∑KiZi>1时，其相态为（汽液两相）31, 若组成为Zi的物系,Kixi>1时其相态为（过冷液相）32, 若组成为Zi的物系,∑KiZi>1时，其相态为（过热气相）33, 传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率控制过程）两大类。34, 分离剂可以是（能量）和（物质）。

35, 非清晰分割法假设各组分在塔内的分布与在（全回流）时分布一致。35, 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）。

36, 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。37, 要提高萃取剂的选择性，可（增大）萃取剂的浓度。

38, 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。

39,在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。

40，在多组分精馏计算中为了给严格计算提供初值，通常用（清晰分割）或（非清晰分割）方法进行物料预分布。

41常用吸附剂有（硅胶），（活性氧化铝），（活性炭）。

42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。43热力学效率定义为（系统）消耗的最小功与（过程）所消耗的净功之比。44分离最小功是分离过程必须消耗能量的下限它是在分离过程（可逆）时所消耗的功。

45在相同的组成下，分离成纯组分时所需的功（大于）分离成两个非纯组分时所需的功。

二、选择题

1.下列哪一个是速率分离过程（c）a.蒸馏 b.吸收 c.膜分离 d.离心分离

2、下列哪一个是机械分离过程（d）a.蒸馏 b.吸收 c.膜分离 d.离心分离

3、气液两相处于平衡时（c）

a.两相间组份的浓度相等 b.只是两相温度相等 c.两相间各组份的逸度相等 d.相间不发生传质

4、当把一个气相冷凝时，开始产生液滴的点叫作（a）a.露点b.临界点c.泡点d.熔点

5、闪蒸是单级蒸馏过程，所能达到的分离程度（b）

a.很高b.较低c.只是冷凝过程，无分离作用d.只是气化过程，无分离作用

6、当蒸馏塔的回流比小于最小的回流比时（c）

a.液相不能气化b.不能完成给定的分离任务c.气相不能冷凝d.无法操作

7、如果二元物系,γ1>1,γ2>1,则此二元物系所形成的溶液一定是（a）a.正偏差溶液b.理想溶液c.负偏差溶液d.不确定

8、下列哪一个不是均相恒沸物的特点（d）a.气化温度不变b.气化时气相组成不变 c.活度系数与饱和蒸汽压成反比d.冷凝可以分层

9、下列哪一个不是吸收的有利条件（a）

a.提高温度b.提高吸收剂用量c.提高压力d.减少处理的气体量

10、平衡常数较小的组分是（d）

a.难吸收的组分b.最较轻组份c.挥发能力大的组分d.吸收剂中的溶解度大

11、吸收塔的汽、液相最大负荷处应在（a）a.塔的底部b.塔的中商c.塔的顶部

12、对一个恒沸精馏过程，从塔内分出的最低温度的恒沸物（b）a.一定是做为塔底产品得到b.一定是为塔顶产品得到 c.可能是塔项产品，也可能是塔底产品d.视具体情况而变 13.对两个不同纯物质来说，在同一温度压力条件下汽液相平衡K值越大，说明该物质费点（a）

a.越低b.越高c.不一定高，也不一定低 14.系统温度大于露点时，体系处于（b）a.饱和液相b.过热气相c.饱和气相d.气液两相 15.等含节流之后（d）

a.温度提高b.压力提高c.有气化现象发生,压力提高 d.压力降低，温度也降低

16.A、B两组份的相对挥发度αAB越小（b）a.A、B两组份越容易分离b.A、B两组分越难分离

c.A、B两组分的分离难易与越多，d.原料中含轻组分越多，所需的越少 17.当蒸馏塔的在全回流操作时，下列哪一描述不正确（d）

a.所需理论板数最小b.不进料c.不出产品d.热力学效率高 b.恒摩尔流不太适合d.是蒸馏过程

18.吉利兰关联图，关联了四个物理量之间的关系，下列哪个不是其中之一（d）

a.最小理论板数b.最小回流比c.理论版d.压力

19.如果二元物系，γ1<1,γ2<1,则此二元物系所形成的溶液一定是（c）a.正偏差溶液b.理想溶液c.负偏差溶液d.不确定

20.如果二元物系，γ1=1,γ2=1，,则此二元物系所形成的溶液一定是（b）a.正偏差溶液b.理想溶液c.负偏差溶液d.不确定 24.关于萃取精馏塔的下列描述中，那一个不正确（b）

a.气液负荷不均，液相负荷大b.回流比提高产品纯度提高 c.恒摩尔流不太适合d.是蒸馏过程

25.萃取塔的汽、液相最大的负荷处应在（a）a.塔的底部b.塔的中部c.塔的项部

26.如果二元物系有最低压力恒沸物存在，则此二元物系所形成的溶液一定是（c）

a.正偏差溶液b.理想溶液c.负偏差溶液d.不一定 27.下列哪一个不是影响吸收因子的物理量（d）a.温度b.吸收剂用量c.压力d.气体浓度 28.易吸收组分主要在塔的什么位置被吸收（c）a.塔顶板b.进料板c.塔底板 29.平均吸收因子法（c）

a.假设全塔的温度相等b.假设全塔的压力相等c.假设各板的吸收因子相等 30.如果二元物系有最高恒沸物存在，则此二元物系所形成的溶液一定是（c）

a.正偏差溶液b.理想溶液c.负偏差溶液d.不一定

三、问答题：

1、精馏过程全回流操作特点？

①不进料也不出料；②无精馏段与提馏段之分；③两板之间任一截面上上升蒸汽组成与下降液相组成相等；④达到指定分离程度所需的理论板数最少。

2、反应精馏的主要优点：（1）产物一旦生成立即移出反应区；（2）反应区反应物浓度高，生产能力大；（3）反应热可由精馏过程利用；（4）节省设备投资费用；（5）对于难分离物系通过反应分离成较纯产品。

3、工艺角度简述萃剂的选择原则。

a.容易再生，即不起化学反应、不形成恒沸物、P沸点高； b.适宜的物性，互 溶度大、稳定性好；c.价格低廉，来源丰富。

4、吸附过程的优点。

a.选择性高；b.吸附速度快，过程进行的完全；c.常压压操作，操作费用与投资费用少。

5、请叙述板式塔中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。

6、恒沸剂回收的方法一般有以下几 种：

① 冷却分层;② 萃取;③不同压力下精馏;④ 二次共沸精馏;⑤ 化学方法。

7、闪蒸过程主要分为哪两种典型类型？ 该两种类型有何异同？ 要点：闪蒸过程主要分为等温闪蒸和绝热闪蒸过程； 都是闪蒸过程

等温闪蒸：进料温度=闪蒸温度，Q≠0，进料压力>闪蒸压力 绝热闪蒸：进料温度>闪蒸温度，Q=0，进料压力>闪蒸压力 8.萃取精馏过程中，萃取剂的作用是什么？萃取精馏过程与恒沸精馏过程有何区别? 要点：萃取剂的作用：通过稀释原溶液和分别与原溶液组分的相互作用力不同 使原溶液组分间的相对挥发度发生改变。

区别：恒沸精馏在改变相对挥发度的同时还要与原溶液组分生成恒沸物；

恒沸精馏的能耗一般比萃取精馏大；

恒沸精馏更适用于分离热敏性物料；

恒沸精馏可连续操作，也可间歇操作，萃取精馏一般只能连续操作。

9.简述精馏过程最小回流时的特点。

最小回流比是馏的极限情况之一，此时，未完成给定的分离任务，所需要理论经板数无穷多，如果回流比小于最小回流比，则无论多少理论板数也不能完成给定的分离任务。

10.从热力学角度简述萃取剂的选择原则。

萃取应能使的体系的相对挥发度提高，即与塔组分形成正偏差，与塔组分形成负偏差或者理想溶液。

11、有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，你认为哪种方案合理？为什么？

异丁烷

正丁烷

戊烷

摩尔%

a值

1.24

1.00

0.34

由于正丁烷和异丁烷是体系中最难分的组份，应放在最后分离；进料中戊烷含量高，应尽早分出。

所以方案B是合理的。

12、吸附剂的选择原则。a.选择性高； b.比表面积； c.有一定的机械强度；

d.有良好的化学稳定性和热稳定性。

四、计算题：

1、试求氨仿（1）— 乙醇（2）在共沸温度为55℃时的共沸组成和总压力。（下式中t的单位是℃；P的单位是mmHg）

已知：

2ln1x2(0.591.66x1)

ln2x12(1.421.66x2)0lgP16.903281152.051163.00

lgP26.46827

227t231.48t

2、含有80%(mol)醋酸乙酯(A)和20%乙醇(E)的二元物系，液相活度系数用Van Laar方程计算，AAE=0.144，AEA=0.170。试计算在101.3kPa压力下的泡点温度。（设T=350K）

安托尼方程为：

.50

醋酸乙酯：lnPA21.04442790ST57.15

(PS：Pa ；T：K)

.98

乙醇：lnPE23.80473803ST41.68

3, 要求在常压下分离环己烷a.（沸点80.8℃）和苯b.（沸点80.2℃），它们的恒沸组成为苯0.502（摩尔分数），共沸点77.4℃，现以丙酮为恒沸剂进行恒沸精馏，丙酮与环己烷形成恒沸物，共沸组成为0.60（环己烷摩尔分数），若希望得到几乎纯净的苯，试计算： ①所需恒沸剂量。

②塔顶、塔釜馏出物量各为多少。（以100kmol/h进料计）

4,一轻烃混合物进行精馏塔的计算，已经求得最小回流比Rm=1.45,最小理论板数Nm=8.6,如果实际回流比为R=1.25Rm,全塔平均板效率为n＝0.60，求所需最小塔板板数。(用埃特及Eduljec公司计算:Y=0.75-0.75X0.5668)

5.某一分离组分B和C的连续精馏塔，其进料流量为100kmol/h，塔顶采用全凝器冷凝。泡点进料，进料组成和相对挥发度如下：

组分 A B C D 组成xF%（mol分数）21 22 34 23 αij 3.44 2.30 1.00 0.87 要求馏出液中B组分回收率0.997，釜液中C组分回收率0.996，实际回流比为最小回流比的1.8倍。

（1）试用清晰分割法确定馏出液和釜液的流量和组成（摩尔分数）；（2）用简捷法计算所需理论塔板数；（最小回流比为1.15）；（3）确定适宜的进料板位置。

6.某原料气组成如下：

组分

CH4

C2H6

C3H8 i-C4H10 n-C4H10 i-C5H12 n-C5H12

n-C6H14 y0(摩尔分率)0.765 0.045 0.035

0.025

0.045 0.015

0.025

0.045 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85%。试求：(1)(2)(3)(4)

为完成此吸收任务所需的最小液气比。

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。

各组分的吸收分率和离塔尾气的组成。求塔底的吸收液量

第四篇：化工分离 心得

读《现代分离技术》的心得

近年来，“分离工程”和“新型分离技术”已经被各个高等院校作为化学工程与工艺、制药工程、生物工程和食品工程等专业的一门学科基础课。所以，在读这本书之前，我——作为化工专业的一名学生，已经学过《化工分离工程》的一些相关知识。通读完这本书后，发现《现代分离技术》这本书将分离工程和新型分离技术内容进行融合的同时，又添加了反映该学科最新进展的内容。我认为，它与《化工分离工程》最不同的地方是：《化工分离工程》强调将工程与工艺相结合，侧重介绍精馏单元，还讨论了其他常见的分离技术和分离的节能问题。而《现代分离技术》在阐述传统多组分精馏的同时，着重介绍各种新型分离单元的基本原理、相关设备、应用实例和进展情况。特别是对应用实例的介绍，激发我将相关的分离技术联系到实际，帮助我更好地了解该技术。通读完《现代分离技术》不仅有利于我对已学知识的回顾，还让对新型分离技术有一些新的了解。但由于我自身的知识水平和认识水平有限，对书中所讲述的知识所学不多，且难免对某些知识点仍存在困惑，现就一些主要的内容来讲述下我从《现代分离技术》这本书中的所得：

第一点，关于料液的预处理与固液分离——这一章是《化工分离工程》中所没有的。预处理的主要目的是为了改善料液中非均相组分的分布特性及料液的流动特性，以利于非均相物系的分离，同时还除去一些对下游分离操作有影响的杂质，使后续的分离提纯过程能顺利进行。其实在《化工分离工程》的课程上，也曾被贯彻过程预处理的概念，只是不曾注意。一提到预处理，想到的无非是过滤或沉降、离心分离等基本单元。而从本书中，我则学到了预处理的另外3种方式：加热、凝聚和絮凝。加热是发酵液预处理最简单、最常用的方法。它可以有效降低液体粘度，从而改善固-液分离条件，使固液分离变得容易。同时在适当温度和受热时间下可使蛋白质凝聚，形成较大颗粒的凝聚物，进一步改善料液的特性。在生物工程中，加热方式应用较多；凝聚是指在特定电解质作用下，破坏悬浮固形颗粒、菌体和蛋白质等胶体粒子的分散状态，使胶体粒子聚集的过程。解释凝聚微观机理的模型是扩散双电层模型；絮凝是指使用絮凝剂（通常是天然或合成的大分子聚电解质），在悬浮粒子之间产生架桥作用而使胶粒形成粗大的絮凝团的过程。完成料液预处理之后才是应用过滤或沉降、离心分离等操作单元来实现固液分离的过程。此外读完这一章，更提醒我要学会将学科知识进行融合贯通，因为絮凝和凝聚是《胶体化学》中学过的知识。（每一个单元操作的进料都要满足相应的工艺规格，因此，一般都有原料的预处理过程，其实质上也可看成一步单元操作。）

第二点，关于新型萃取技术。《现代分离技术》主要介绍的新型萃取技术包括双水相萃取和超临界萃取。对于超临界萃取，由于报道的文献较多而且有接触过，所以对该技术的了解较多。对于双水相萃取则较陌生，所以认真琢磨了一番。双水相萃取是利用被萃取物质在互不相溶的两个水相中的分配系数不同，从而实现萃取的过程。不过由于自身知识水平和认识水平有限，对于双水相体系的形成和待分离物质在双水相中的分离理论仍是一知半解。还有关于双水相萃取后的组分如何从水相中分离出来，我依然困惑不解尽管我已经仔细阅读过《现代分离技术》在这一章中的阐述。（蒸发浓缩再低温结晶就是可行方法之一）

第三点，薄层色谱、柱色谱和纸色谱。色谱法是分离、提纯和鉴定有机化合物的重要方法。它是一种物理的分离方法，其分离原理是利用分析试样各组分在不相混溶并作相对运动的两相（流动相和固定相）中的溶解度的不同，或在固定相上的物理吸附程度的不同等而使各组分分离。色谱法主要帮助解决像天然色素、蛋白质、氨基酸、生物代谢产物和激素等的分离和分析。通读《现代分离技术》在这一章中的阐述，我认为薄层色谱和纸色谱侧重用于物质分离后的分析，它们并不适合于实现物质的分离过程。而柱色谱则不仅可用于实现物质分离后的分析还可以用于物质的（工业规模的）分离过程。

最后一点是关于结晶和沉淀——在读到结晶的章节时引发的思考。结晶和沉淀同样是从液相或气相中形成固相的过程，它们有怎样的区别？读完《现代分离技术》后，我得到以下结论：结晶过程中得到的晶体是具有整齐的几何外形，固定熔点和各向异性的固态物质，组成晶体的单位原子、分子或离子具有规律的排列（正确）。而沉淀得到的是无定形的固体粒子，其内部的组成单位是无规则排列的（不同意你的观点，沉淀有可能得到晶体！结晶是某物质的浓度达到过饱和状态时从溶液中析出的过程。而沉淀是由于溶解度太小而析出的过程。它们溶液体系的热力学情况是不同的！）。而且与沉淀相比，结晶中得到的晶体往往具有较高的纯度（结晶可能含有结晶水，另外在结晶过程中会挟带其它的物质，并影响其纯度。因此，该观点不十分正确，结晶产物的纯度受浓缩液纯度的影响很大。）。读完《现代分离技术》这本书后，尽管学了点东西，不过我最大的体会就是本人的知识水平亟待提高，还有很多知识需要花时间和心思去学习。（共勉！）

第五篇：化工分离工程

化工分离工程

第一章 绪论 1.1概述

1.1.1 分离过程的发展与分类

随着世界工业的技术革命与发展,特别是化学工业的发展,人们发现尽管化工产品种类繁多,但生产过程的设备往往都可以认为是由反应器、分离设备和通用的机、泵、换热器等构成。其中离不开两类关键操作: 一是反应器,产生新物质的化学反应过程,其为化工生产的核心;于是研究化学工业中具有共同性的过程和设备的规律,并将之运用于生产的“化学工程”这一 学科应运而生。

分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。机械分离过程的对象都是两相或两相以上的非均相混合物,只要用简单的机械方法就可将两相分离,而两相间并无物质传递现象发生传质分离过程的特点是相间传质,可以在均相中进行,也可以在非均相中进行。传统的单元操作中,蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、结晶等单元操作大多在两相中进行。依据处于热力学平衡的两相组成不相等的原理,以每一级都处于平衡态为手段,把其他影响参数均归纳于效率之中,使其更符合实际。它的另一种工程处理方法则是把现状和达到平衡之间的浓度梯度或压力梯度作为过程的推动力,而把其他影响参数都归纳于阻力之中,传递速率就成为推动力与阻力的商了。上述两种工程处理方法所描述的过程,都称作平衡级分离过程。分离行为在单级中进行时,往往着眼于气相或液相中粒子、离子、分子以及分子微团等在场的作用下迁移速度不同所造成的分离。热扩散、反渗透、超过滤、电渗析及电泳等分离过程都属此类,称速率控制分离过程,都是很有发展潜力的新分离方法。综上所述,分离过程得以进行的基础是在“场”的存在下,利用分离组分间物理或化学性质的差异,并采用工程手段使之达到分离。显然,构思新颖、结构简单、运行可靠、高效节能的分离设备将是分离过程得以实施乃至完成的保证。

1.1.2 分离过程的地位

广泛的应用、科技的发展、环境的需要都说明分离过程在国计民生中所占的地位和作用,并展示了分离过程的广阔前景:现代社会离不开分离技术,分离技术发展于现社会。

1.2 分离分子

组分 i和J的通用分高因一fαl11为二组分在严品l中的摩尔分率的比値除以在产品2中的比值。显然，r的单位可以用组分的质量分率、摩尔流量或质量流量,其所得的分离因子值不变。1.3过程开发及方法

(1)开发基础研究:针对项目的应用性基础研究和工艺特征研究,以实验室研究为主体

(2)过程研究:进行工艺、产品、设备等的工程放大试验,包括模型试验、徽型中试、中间试验、原型装置试验及工业试验的全部过程或部分过程。

(3)工程研究:包括技术经济评价、概念设计、数学模型、放大技术及基础设计等 所以,化工新技术开发不外乎三个关键环节:概念形成到课题的选定、技术与经济论证(可行性)和放大技术。其中,放大技术是研究开发的核心。1.逐级经验放大

其基本步骤是:进行小试,确定操作条件和设备形式,以及可望达到的技术经济指标。确定的依据是最终产品质量、产量和成本,并不考虑过程的机理。小试之后进行规模稍大的中试,以确定设备尺寸放大后的影响(放大效应),然后才能放大到工业规模的大型装置。

2.数学模型方法

此法基于对过程本质的深刻理解,将复杂过程分解为多个较简单的子过程,再根据研究的目的进行合理简化,得出物理模型。

1.4 分离方法的选择 1可行性

要选择合适的分离方法,首先应考查它的可行性。也就是说,应用该方法是否可能获得所期望的结果。通过可行性判断,可以筛选合适的分离方法。

第二章 精馏

蒸馏（Distillation）：借助液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作方法。简单蒸馏（simple distillation)：混合液受热部分汽化，产生的蒸汽进入冷凝器种冷凝，分批收

集不同组成的馏出液产品。

平衡蒸馏（equilibrium distillation)：釜内液体混合物被部分汽化，使气相与液相处于平衡状态，然后将气相与液相分开，是一种单级蒸馏操作。

精馏（rectification)：液体混合物多次进行部分冷凝或部分汽化后，最终可以在气相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分。精馏计算：物料衡算，热量衡算，相平衡关系

计算方法：双组份常用图解法；多组分常用简捷法、严格计算法 普通精馏不适用下列物料的分离：

（1）待分离组分间的相对挥发度很接近于1。此时，它们的分离需要很多理论板数和很大的回流比，因此设备投资和操作费用很大，不经济。一般认为，当分离所需的理论板数大于100时，精馏已不适用。

（2）待分离组分形成恒沸物，此时相对挥发度等于1，平衡的汽液两相组成一样，普通精馏无法实现分离。

（3）待分离物料是热敏性的，或是在高温下易发生聚合、结垢、分解等不良反应的。（4）待回收的组分是难挥发组分，且在料液中含量很低。此时能量消耗太大，不经济。理论板、板效率和填料的理论板当量高度

理论板：进入该板的不平衡的物流发生了充分的接触传质，离开了两相的物流间达到了平衡；在该板上发生传质接触的汽液两相各自完全混合，板上各点的汽相和液相浓度各自一样；该板上充分接触后的汽液两相实现了机械上的完全分离，离开该板的汽流中不夹带雾滴，液流中不夹带气泡，也不存在漏液。板效率： EMVyjyj1y*jyj1

式中，分子为汽相经实际板接触传质后的增浓值；分母则为经理论板后的增浓值；效率为两者之比值。

点效率、莫夫里板效率（干板效率）、湿板效率、总板效率

理论板数只与相平衡关系、规定的分离要求和精馏操作参数（进料热状况、回流比和液气比）有关，表征物料达到规定分离要求的难易。系统物性对板效率的影响

液相粘度：粘度高产生的气泡大，两相接触差，液相扩散系数小，效率低； 相对挥发度：相对挥发度大则气相溶解度低，液相阻力大，板效率低； 表面张力：表面张力对板效率影响相当小。

二元精馏计算

图解法：在x－y图上作出平衡线和操作线、对角线和曲，精馏段在 精馏段操作线与平衡线之间画得的梯级即为精馏段的理论板数，在提馏段操作线与平衡线画出的梯级数为提馏段的理论板数。汽液平衡关系；相邻两板之间汽液两相组成的操作关系；原料液的组成；进料热状况；操作回流比；分离程度 精馏段

各组分的摩尔汽化焓相等； 气液接触时因温度不同而交换的的显热可以忽略不计；塔的热损失可以忽略不计 操作线方程 y(R1)x()xD R1R1提馏段操作线方程 y(VB11)x()xB VBVBFeed stage considerations 冷液进料、饱和液体、气液混合进料、饱和蒸汽进料、过热蒸汽进料 进料热状态参数q：q饱和蒸汽的摩尔焓－原料的摩尔焓

饱和蒸汽的摩尔焓－饱和液体的摩尔焓q线方程：y(qz)x(F)q1q1平衡级与进料板位置的确定

精馏的简捷计算（多组分精馏）

关键组分：进料中按要求选取的两个组分（大多是挥发度相邻的两个组分它们对物料的分离起控制作用。挥发度大的称为轻关键组分（LK），它在塔釜中的浓度必须加以控制，不能大于某个规定值；两组分中挥发度大的称为重关键组分（HK），为达到分离要求，它在塔顶产品中的含量必须加以控制。料液中比轻关键组分更易挥发的组分为轻非关键组分（LNK），简称为轻组分；比重关键组分更难挥发的组分称为重非关键组分（HNK），简称为重组分。

在多组分精馏中，只在塔顶或塔釜出现的组分为非分配组分；而在塔顶和塔釜均出现的组分则为分配组分。LK和HK肯定同时在塔顶和塔釜出现，是当然的分配组分。多组分精馏过程特性：

对二组分精馏，设计变量值被确定后，很容易用物料衡算式，汽液平衡式和热量衡算式从塔的任何一端出发作逐板计算，无需进行试差。

但在多组分精馏中，由于不能指定馏出液和釜液的全部组成，要进行逐板计算，必须先假设一端的组成，然后通过反复试差求解。

精馏塔的分离要求通常有两个，它们可以是产品的纯度和流量（或回收率），但至少有一个应是纯度。多组分精馏与二组分精馏在含量分布上的区别：

在多组分精馏中，关键组分的含量分布有极大值；非关键组分通常是非分配的，即重组分通常仅出现在釜液中，轻组分仅出现在馏出液中；重、轻非关键组分分别在进料板下、上形成几乎恒浓的区域；全部组分均存在于进料板上，但进料板含量不等于进料含量，塔内各组分的含量分布曲线在进料板处是不连续的。

在精馏塔中，温度分布主要反映物流的组成，而总的级间流量分布则主要反映了热量衡算的限制。最小理论板数Nmin：精馏塔在操作过程中，将塔顶蒸气全部冷凝，其凝液全部返回塔顶作为回流，称此操作为全回流(total reflux)，回流比R为无穷大(R=∞)。此时通常不进料，塔顶、塔底不采出。故精馏塔内气、液两相流量相等，L = V，两操作线斜率均为1，并与对角线重合。由于全回流操作时，使每块理论板分离能力达到最大，完成相同的分离要求，所需理论板数最少，并称其为最小理论板数Nmin。芬斯克方程

lg[(NminxAx)D/(A)W]xBxB

lgABNminLK,DHK,Wlg[](1LK,D)(1HK,W)lgLKHK最小回流比Rmin：RminxDye

yexeiBxFi1qiiB恩特伍德方程（估算最小回流比）：

iBxDiRm1iiB适宜回流比

RRmin0.5668NNmin0.751吉利兰关联式：

N1R1多组分精馏的FUG简捷计算方法

①首先用芬斯克方程计算最少理论板数；②计算给定条件下的最小回流比；③应用吉利兰经验关联式估算所需理论板数。

FUG法适合于新塔的设计计算，习惯需要指定以下三个变量：实际回流流率与最小回流流率之比；参考组分（通常是重关键组分）的切割程度；另一组分（通常为轻关键组分）的切割程度。精馏的简捷计算例题-见课件

严格的多组分精馏计算 精馏的定态数学模型

MESH方程：组分物料衡算（M），相平衡关联（E），摩尔分率加和归一（S），热量衡算（H）组分物料衡算（M）方程： uij+wij+lij+vij-vi,j+1-li,j-1-fij=0(i=1,„,c;j=1,„,N)

Lj相平衡关联（E方程）：(i=1,„,c;j=1,„,N)

vijKijVjlijLVFijijilijvijfijj16

摩尔分率加和归一（S）方程：(j=1,„,N)

(UjLj)hj(WjVj)HjVj1Hj1Lj1hj1FjhFjQj0热量衡算（H）方程：

(j=1,„,N)为进行精馏的严格计算，除MESH模型方程组外，Kij，hj和Hj的关联式必须知道。

基于上述定态数学模型的操作型算法可归并为两大类：1）分块求解；2）联列解。王-亨克（Wang-Henke）的三对角矩阵法属于分块解法。王-亨克算法的计算框图 泡点法（BP法）

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第三章 吸收 吸收的定义

吸收分离过程的用途：获得产品、分离气体混合物、气体的净化、回收有用组分

吸收剂不需要解吸再生的吸收装置：如硫酸吸收SO3制H2SO4、水吸收HCl制盐酸、吸收甲醛制福尔马林、碱液吸收CO2或SO2制碳酸氢盐或硫酸盐等。（流程图）吸收剂进行解吸的吸收装置：

1． 吸收剂价廉，但必须解吸后再弃去的吸收装置（液化废气中提取氯）； 2． 减压冷再生流程（合成氨中CO2的解吸）3． 气提冷再生流程（氧化法吸收H2S）4．间接蒸汽再生流程 吸收过程的分类：

物理吸收: 吸收剂与溶质之间没有化学反应发生;化学吸收: 液相中发生化学反应。

塔设备：

填料塔：结构简单，造价低廉，制造方便，体积大，重量大，传质效率不高，操作稳定性差，容易发生沟流现象

板式塔：单位处理量大，重量小，清理检修方便，制造麻烦，投资费用大（泡罩塔、筛板塔、浮伐塔）

板式塔特性的比较 填料塔（本章重点）填料的要求

 比表面积要大；

 能够提供大的流体通量；  液体的再分布性能要好；

 填料装填后，床层结构均匀

 堆放的形状有利于液体向四周均匀分布  既能垂直上下传递，而且能够横向传递

 要有足够的机械强度。填料塔中的传质速率

渗透论

传质开始时，气液两相各自内部的浓度是一致的，两者一开始接触就开始传质，气相溶质不断溶解到液相中，接触时间愈长，累积在液膜内的溶质越多，传质速率趋于稳定；

液相主体中任一元素都有可能被主体内的流动带到气液接触界面上，进行不稳定的传质，直到另一个漩涡把它拉回到液相主体。可假定微元停留在界面的停留时间相同； 界面无阻力，气液两相达到平衡。双膜理论

在气液接触界面的两侧，存在着一层稳定的滞留膜；

膜两侧的主体流动区内由于湍流的激烈程度已使主体内物质的浓度趋于一致，滞流膜内传质方式将以分子扩散来实现，传质阻力集中在界面两侧的液膜和气膜； 对于界面，气液两相立即达到平衡，界面无阻力。

姓名：何赵平

学号：1509010234 班级：15应用化工技术