化工原理简答题

精馏篇蒸馏是分离液体均相混合物的典型单元操作。1、运用混合液中 各组分挥发能力或沸点不同的特性；(分离根据) 2、加热将液体混合物部分气化，由本来的均一相变为两相；(分离手段) 3、通过液相和气相间的 质量传递 来实现分离。三个基本关系：（1）相平衡关系： 应用热力学基本理论体现体系的热力学性质的互相关系。（2）操作关系： 对过程进行 物料和热量衡算 ，关联流入与流出的物流及能流之间关系及 塔内级间物流、能流的关系 ，进而拟定给定条件下完毕分离规定所需的理论板数、塔内物流流量、构成的分布。（3）传质速率方程蒸馏的特点：（1）通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品（2）合用范畴广，可分离液态、气态或固态混合物（3）蒸馏过程合用于多种浓度混合物的分离（4）蒸馏操作耗能较大，节能是个值得注重的问题汽- 液相平衡关系：是指溶液与其上方蒸气达到平衡时，气相构成与液相构成之间的关系。抱负溶液： 根据不同组分分子之间作用力的异同来辨别。遵循拉乌尔定律。抱负气体： 遵循道尔顿分压定律当总压不太高（1 ，则yx， 即a愈偏离1表白用蒸馏措施分离愈容易。简朴蒸馏：。 间歇非稳态操作。在蒸馏过程中系统的温度和汽液相构成均随时间变化。用于组分之间沸点差别大、分离提纯限度规定不高简朴蒸馏的原理：釜内易挥发组分含量x由原料的初始构成x F沿泡点线不断下降直至终结蒸馏时构成x W，釜内溶液的沸点温度不断升高，蒸汽相构成y也随之沿露点线不断减少。简朴蒸馏的特点：（1）为非稳态过程。任一时刻，易挥发组分在蒸汽中的含量 y 始终不小于剩余在釜内的液相中的含量 x，气液平衡瞬间形成又瞬间被新的气液平衡替代。液相浓度沿泡点线不断减少；气相浓度沿露点线不断减少。（2）以蒸馏釜内残液构成或产品罐中馏出液平均构成降至规定值后，操作停止。平衡蒸馏的原理是什么？平衡蒸馏又称为闪蒸，是一持续稳定过程，原料持续进入加热器中，加热至一定温度经节流阀骤然减压到规定压力，部分料液迅速汽化，汽液两相在分离器中分开，得到易挥发组分浓度较高的顶部产品与易挥发组分浓度甚低的底部产品。平衡蒸馏为稳定持续过程，生产能力大，不能得到高纯产物，常用于只需粗略分离的物料，在石油炼制及石油裂解分离的过程中常使用多组分溶液的平衡蒸馏。间歇精馏与简朴蒸馏比较：相似点： 间歇操作，非稳态操作不同点： 间歇精馏有回流和多块塔板，即进行多次部分汽化和多次部分冷凝的过程，精馏操作；而简朴蒸馏一次部分汽化，无回流。间歇精馏与持续精馏比较：相似点： 有回流和多块塔板，即进行多次部分汽化和多次部分冷凝的过程；闪蒸相称于总进料一次通过一种理论板，进行一次分离。分离效果不及简朴蒸馏。简朴蒸馏开始时的气相平衡组分较大，结束时残液中组分较小，因此总的馏出物浓度不小于平衡蒸馏。塔板的作用：（1）塔板提供了 汽液分离的场合 （2）每一块塔板是一种混合分离器 （3）足够多的板数可使各组分较完全分离。回流的作用：提供不平衡的气液两相，是构成气液两相传质的必要条件。回流液： 在任意塔板上，上一块塔板下来的液体，轻组分含量高，温度低回流汽： 任意塔板上，下一块塔板上来的汽体，重组分含量高，温度高间歇精馏与持续精馏：持续精馏：化工生产以持续精馏为主。操作时，原料液持续地加入精馏塔内，持续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器被所有冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其他部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。间歇精馏：与持续精馏不同之处是：原料液一次加入精馏釜中，因而间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。在精馏过程中，精馏釜的釜液构成不断变化，在塔底上升蒸气量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液的构成也逐渐减少。当釜液达到规定构成后，精馏操作即被停止。提馏塔的特点：塔顶进料，塔顶馏出物所有采出，无回流；只有提馏段，而没有精馏段；回收稀溶液中的轻组分。塔底进料，只有精馏段，无提馏段合用：（1）相对挥发度较大；（2）高浓度组分的提浓；（3）回收稀溶液中易挥发组分；（4）分离规定不高。全回流的概念：若上升至塔顶的蒸气经全凝器冷凝后，冷凝液所有回流到塔内，该回流方式称为全回流。间歇精馏的特点： （1）非稳态操作过程（2）只有精馏段（3）操作灵活、适应性强间歇精馏合用场合（1）多组分混合物的初步分离（2）所分离的原料是分批获得的：分离的原料多变；原料种类多变；原料构成多变间歇精馏与简朴蒸馏比较：相似点： 间歇操作，非稳态操作不同点： 间歇精馏有回流和多块塔板，即进行多次部分汽化和多次部分冷凝的过程，精馏操作；而简朴蒸馏一次部分汽化，无回流。间歇精馏与持续精馏比较：相似点： 有回流和多块塔板，即进行多次部分汽化和多次部分冷凝的过程恒R的间歇精馏：间歇精馏时，釜液构成不断下降，因此在恒定回流比下，馏出液构成必随之减低。一般当釜液构成或馏出液的平均构成达到规定值时，就停止操作。恒XD 的间歇精馏：间歇精馏时，釜液构成不断下降，为保持恒定的馏出液构成，回流比必须不断变化。恒摩尔流假设的条件：上述假设成立需满足下列条件：（1）各构成的摩尔气化潜热相等；（2）气液两相互换的显热可以忽视；（3）塔设备保温良好，热损失可以忽视不计。恒沸精馏：若在两组分恒沸液中加入第三组分（称为夹带剂），该组分能与原料液中的一种或两个组分形成新的恒沸液，从而使原料液能用一般精馏措施予以分离，这种精馏操作称为恒沸精馏。恒沸精馏可分离具有最低恒沸点的溶液、具有最高恒沸点的溶液以及挥发度相近的物系。选择夹带剂应考虑的重要因素：（1）夹带剂应能与被分离组分形成新的恒沸液（2）新恒沸液所含夹带剂的量愈少愈好（3）新恒沸液最佳为非均相混合物，有助于挟带剂循环（4）无毒性、无腐蚀性，热稳定性好（5）来源容易，价格低廉萃取精馏：向原料液中加入第三组分（称为萃取剂），以变化原有组分间的相对挥发度，从而使原料液能用一般精馏措施予以分离，这种精馏操作称为萃取精馏。选择萃取剂应考虑的重要因素（1）萃取剂应使原组分间相对挥发度发生明显变化（2）萃取剂的挥发性低，且不与原组分形成恒沸液（3）无毒性、无腐蚀性，热稳定性好（4）来源容易，价格低廉恒沸精馏与萃取精馏的异同点相似点： 加入第三组分变化被分离组分间的相对挥发度不同点：（1）可供选择的萃取剂物质较多，选择余地大；（2）萃取剂在操作中基本上不汽化，萃取精馏的能耗比恒沸精馏的小；（3）萃取剂加入量可变动范畴较大，操作控制容易，而恒沸精馏挟带剂的量为定值，因此操作控制及灵活性差；（4）恒沸精馏操作温度较低，合用于分离热敏性溶液。吸取篇吸取：吸取是分离气体混合物的一种单元操作。运用混合气体各组分在溶剂中溶解度的不同，来分离气体混合物的操作，称为吸取操作。气体吸取的目的分离混合气体以获得一定的组分; 除去有害组分以净化或精制气体;制备某种气体的溶液; 工业废气的治理。吸取的根据：混合物各组分在某种溶剂中溶解度的差别吸取剂选择的原则1.溶解度大 吸取剂对溶质组分的溶解度要大。2. 选择性高 吸取剂应对溶质组分有较大溶解度，而对混合气体中的其他组分溶解度甚微。3. 再生容易 4. 挥发性小 吸取剂的蒸汽压要低，即挥发度要小。5. 黏度低6. 化学稳定性高 无毒、无腐蚀、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得，且化学性质稳定。7. 腐蚀性低8. 无毒、无害、价廉等吸取的特点（与蒸馏相比）1吸取采用从外界引入另一相物质（吸取剂）的措施形成两相系统。2溶质进入吸取 剂 中， 因此还需要进一步的分离，才干得到较高纯态的组分。3液相温度远远低于其沸点，溶剂没有明显的气化现象。只有溶质分子由气相进液相的单向传递 。4低能耗。亨利定律 ： 总压不高时，在一定温度下，稀溶液上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相中的摩尔分数成正比，其比例系数为亨利系数。吸取过程是传质的过程，是溶质从气相转移到液相的过程，这一过程涉及溶质在相内的扩散传递，也涉及溶质在相间的转移（1）A 由气相主体到相界面， 气相内传递；（2）A 在相界面上溶解， 溶解过程； （3）A 自相界面到液相主体， 液相内传递分子扩散：在静止或滞流流体内部，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处传递至浓度较低处，这种现象称为分子扩散。分子扩散分为：单向扩散与等分子双向扩散。分子扩散过程的基本定律费克第一定律：单位时间通过单位面积的物质扩散量与浓度梯度成正比。只要存在浓度差，必然会产生分子扩散。等分子双向扩散：设由A、B两组分构成的二元混合物中，组分A、B进行反方向扩散，若两者扩散的通量相等，则称为等分子反方向扩散。单向扩散：设由A、B两组分构成的二元混合物中，组分A为扩散组分，组分B为不扩散组分（称为停滞组分），组分A通过停滞组分B进行扩散。单向扩散状况：1、气相中的溶质A不断进入液相2、惰性组分B不进入液相3、溶剂S不汽化，即液相中没有任何溶剂分子逸出。气体扩散系数：一般，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力的函数。液体扩散系数：液体中溶质的扩散系数不仅与物系的种类、温度有关，并且随溶质的浓度而变。涡流扩散：由流体质点的湍动和旋涡引起的物质传递对流传质：物质在湍流流体中的传递，称为对流传质，涉及涡流扩散与分子扩散，重要是依托流体涡流扩散。涡流扩散系数与分子扩散系数不同，不是物性常数，其值与流体流动状态及所处的位置有关 。有效膜模型：单相对流传质的传质阻力所有集中在一层虚拟的膜层内，膜层内的传质形式 仅为分子扩散。k L 以液相构成摩尔浓度表达推动力的液相对流传质分系数，m s ；kx 以液相构成摩尔分率表达推动力的液相对流传质分系数，kmol/ （m 2 s ）；kX 以液相摩尔比差表达推动力的液相传质分系数，kmol/ （m 2 s ）双膜模型的基本论点（假设）1.气液两相存在一种 稳定的相界面，界面两侧存在稳定的气膜和液膜。膜内为层流 ，A 以 分子扩散方式通过气膜和液膜。2.相界面处两相达平衡，无扩散阻力。3.有效膜以外主体中，充足湍动，溶质重要以涡流扩散的形式传质。速率方程注意事项：1.方程式是描述定态操作的吸取塔内任一横截面上的速率关系。应用吸取速率方程的注意事项。2.应用总吸取速率方程式时，在吸取所波及的浓度范畴内，平衡关系须为直线。膜阻力联合控制，两者均不可忽视对溶质的溶解度比较适中的吸取过程，则界面两侧的传质阻力相称，对过程传质速率的影响相称，故体现为界面两侧的膜对传质速率具有相似控制作用。吸取塔一般采用逆流操作,因素在于：（1）提高吸取过程速率：因逆流可获得较大的平均传质推动力，从而有效地提高吸取过程速率。（2）减小吸取剂的耗用量：由于塔底混合气体浓度高，故液体向下流动有助于提高吸取液的浓度，从而减小吸取剂的耗用量。传质单元法的物理含义：N OG是反映吸取分离难易限度的因数， N OG越大，吸取分离的难度越大。N OG反映吸取过程的难易限度。吸取所规定的 气体浓度变化越大；或吸取过程的平均推动力越小，表白吸取过程越难，这时所需的传质单元数越多。H OG反映吸取塔分离能力的大小。其含义为：当吸取的平均推动力等于气体浓度变化值时，所需的填料层高度S的影响以及意义：S反映吸取推动力的大小。当气、液进口浓度（Y 1 、X 2 ）及回收率已拟定：增大S就意味着减小液气比，其成果是塔底溶液出口浓度提高，塔内吸取推动力减小，N OG 增大。所需填料层高度增长。S与最大出口浓度的关系：要获得最浓的塔底溶液，应力求使出塔液体与进塔气体趋近平衡，即采用的液气比要接近最小液气比，这时平衡线斜率不小于操作线斜率，即：S1S与最大回收率的关系：要获得最高的回收率，应力求使出塔气体与进塔液体趋近平衡，即采用较大的液气比，此时：S 浮阀 泡罩；（2）压降： 泡罩 浮阀 筛板；（3）操作弹性： 浮阀 泡罩 筛板；（4） 造价： 泡罩 浮阀 筛板；（5）板效率： 浮阀 、 筛板相称 泡罩（4）喷射型塔板： 舌型塔板：舌型塔板的构造特点是，在塔板上冲出许多舌孔，方向朝塔板液体流出口一侧张开。舌片与板面成一定的角度，有18、20、25三种（一 般 为 20 ），舌片尺 寸有 5050mm 和2525mm两种。舌孔按正三角形排列，塔板的液体流出口一侧不设溢流堰，只保存降液管。 浮舌塔板：浮舌塔板的构造特点是，其舌片可上下浮动。因此，浮舌塔板兼有浮阀塔板和固定舌型塔板的特点，解决能力大、压减少、操作弹性大。塔板的性能评价指标和规定（1） 生产能力大（2）塔板效率高（3）塔板压减少（4）操作弹性大（5）构造简朴，制造维修以便，造价低塔板上气液两相的接触状态：（1）鼓泡接触状态：气速较低时，气体以鼓泡形式通过液层。由于气泡的数量不多，形成的气液混合物基本上以液体为主，气液两相接触的表面积不大，传质效率很低。（2）蜂窝状接触状态：随着气速增长，气泡数量不断增长。当气泡形成速度不小于气泡浮升速度时气泡在液层中累积。气泡间互相碰撞，形成多种多面体的大气泡。由于气泡不易破裂，表面得不到更新，因此此种状态不利于传热和传质。（3）泡沫接触状态：当气速继续增长，气泡数量急剧增长，气泡不断发生碰撞和破裂，此时板上液体大部分以液膜的形式存在于气泡之间，形成某些直径较小，扰动十分剧烈动态泡沫，由于泡沫接触状态表面积大，并不断更新，是一种较好的接触状态。（4）喷射接触状态：当气速继续增长，把板上液体向上喷成大小不等的液滴，直径较大的液滴受重力作用落回到塔板上，直径较小的液滴被气体带走，形成液沫夹带。液滴回到塔板上又被分散，这种液滴反复形成和汇集，使传质面积增长，表面不断更新，是一种较好的接触状态。(5) 乳化接触状态:当汽速相对较低而液流负荷大时，高速液流的剪切作用使汽泡在形成初期被及时切下，成为小汽泡夹带在液流中，形成了均匀的两相流体。工业上这种状态仅在高压塔高液流时也许浮现。影响接触状态转变的因素(1) 液汽比L/V：L/V大，易呈现泡沫状态。在精馏塔中，精馏段的L/V往往较小，易呈现喷射态，而提馏段中较易呈现泡沫状态。(2) 塔径影响：L/V和泛点率相似时，随塔径增大，堰上的液流强度也按比例增大，易产生泡沫状态。(3) 板间距的影响： L/V和泛点率相似时，减少H T ，易形成泡沫态或乳化态；相反，增大板间距则易形成喷射态。(4) 筛孔直径的影响：大孔径有助于喷射态形成。(5) 开孔率的影响：开孔率低易形成喷射态。泡沫态与乳化态间转相未发现受开孔率的影响。(6) 溢流堰高的影响：堰高的增大略微有助于泡沫态的形成。影响气液传质的几种现象：（1）漏液：因气体动能局限性以制止板上液体经气孔流下，浮现漏液；因板上液面落差所引起的气流分布不均，浮现局部漏液。为保证塔正常操作，漏液量应不不小于液体流量的10%。漏液量为10%的气体速度称为漏液速度，它是板式塔操作气速的下限。（2）雾沫夹带：上升气流穿过塔板上液层时，必然将部分液体分散成微小液滴，较小的液滴随高速气流被带入上层塔板，称为雾沫夹带。过量的雾沫夹带导致高浓度的液相过多地返混到上层塔板。为维持正常操作，需将雾沫夹带限制在一定范畴，一般为 e V 0.1kg(液)/ kg(气)。雾沫夹带后果：减小了液相传质推动力，不利于传质，导致塔效率严重下降。（3）气泡夹带：因液体所夹带的气泡在降液管不及分离出来而被夹带至下一层塔板。气泡夹带后果：减小了气相传质推动力，同样会导致塔效率下降，严重时会引起液泛。（4）液泛：因气、液之一的流量增大，使降液管内液体不能顺利往下流，导致板间液体相连，称为溢流液泛；因大量液沫夹带，使塔板间布满气液混合物，称为夹带液泛液泛后果：塔板压降急剧上升，全塔操作被破坏。板式塔的操作特性：（1）漏液线气相负荷下限线 漏液量 10液流量 漏液气速 umin（2）雾沫夹带线气相负荷上限线 雾沫夹带量 0.1kg液/kg气 夹带气速 umax（3）液相负荷下限 液流量过低，板上液层不均匀，气体停留时间短，传质效率低。最小液流量 L min(4) 液相负荷上限线 液流量过高，液体通过降液管内的停留时间较短，气泡来不及与液体分离气泡夹带。堰上液层高度 0.006 m最大液流量 L max 。液体在降液管停留时间 5 s（5）液泛线 为避免液泛，降液管内的液层高度应不超过某一数值。Hd(Ht+hw) 液泛气速 u F干燥篇真空干燥： 运用减压减少水的汽化温度，温度较低，适合对于热敏性、易氧化或规定产品含水量极低的物料干燥。传导干燥：间接加热干燥。加热蒸汽，将热能以传导方式通过金属壁传给湿物料，使湿物料中的水分汽化。对流干燥：直接加热干燥。干燥介质将 热能以对流的方式 传给与其直接接触的湿物料，以供应湿物料中水分汽化所需的热量，并将水蒸气带走。干燥介质一般为热空气。辐射干燥：热以 电磁波 的形式转变为热能，将水分加热汽化而达到干燥的目的。如何判断湿空气的两个性质参数与否互相独立？答：一方面应理解湿空气各性质参数的意义。露点是湿空气等湿冷却至饱和时的温度，因此懂得露点相称于懂得湿空气的等湿线，即露点与湿度不独立；绝热饱和温度是湿空气绝热降温增湿至饱和时的温度，其经历等焓过程，即湿空气的焓与绝热饱和温度（或湿球温度）不独立。空调除湿：空调除湿时，一般会感到越来越冷。空调除湿的原理：少吸热运作的蒸发器端温度会比室内温度低不少空气中的水分会由于遇冷而凝结成露，潮湿的空气通过空调器蒸发器后温度大幅度下降（露点如下），冷凝，最后掉汇入排水管引到室外排掉。家用除湿机：由电扇将潮湿空气抽入机内，通过制冷系统(压缩机，蒸发器，冷疑器)互相作用下疑结成霜，系统自动升温化霜成水流入盛水箱，产生出干燥空气排出。除湿机在房间里，没有向户外散发热量，消耗电能，室内的温度不会减少的。对干燥设备的基本规定：1. 能满足产品的质量规定，如含水量、强度、外形等。2. 在保证产品质量的前提下，规定干燥速率快、能耗尽量低。3. 操作及控制以便。干燥器的分类：一、对流干燥器1.厢式干燥器：也称盘式干燥器。小：烘箱，大：烘房操作特点：常压型：间歇式；热气流水平掠过物料表面，或垂直穿过物料。真空型：间歇式；盘架制成空心构造，内通加热蒸气以传导加热；以真空泵替代风机。长处：构造简朴，设备投资少、容易装卸，物料损失小，适应性强。盘易清洗。缺陷：设备容积大且设备运用率低；料分散性差，使得产品质量不够均匀；每次操作都要缷物料，劳动强度大 ；热效率低。合用场合：批量小的物料，需要长时间干燥的物料，物料品种常常更换的场合。2.转筒干燥器：主体是略带倾斜并能回转的圆筒体，筒体内壁上装有抄板。操作特点：（1）借助于圆筒的缓慢转动，物料在重力的作用下从进口端向出口端移动。（2）抄板不断地把物料抄起又洒下，增大和更新了物料的干燥面积。长处：生产能力大，可持续操作；构造简朴，:操作以便，运营稳定；合用范畴广，操作弹性大。缺陷：设备庞大，安装、拆卸困难；热容量系数小，热效率相对较低。合用场合：粉状、颗粒状、条块状物料。3.带式干燥器：由若干个独立的单元段所构成。每个单元段涉及循环风机、加热装置、新鲜空气抽入系统和尾气排出系统。操作特点：（1）物料随同输送带移动，物料颗粒间的相对位置比较固定，具有基本相似的干燥时间。物料颗粒不易粉化破碎。（2）干燥过程在完全密封的箱体内进行，劳动条件较好，避免了粉尘的外泄。长处：对干燥介质温度、湿度和尾气循环量等操作参数，可进行独立控制。缺陷：缺陷是占地面积大，运营时噪声较大；热效率相对较低，在 40 如下。合用场合： 颗粒状、条块状、纤维状物料。4.喷雾干燥器：操作特点：采用雾化器将原料液分散为雾滴，并用热气体干燥雾滴而获得产品。长处：干燥时间极短，干燥迅速，使产品温度不高；易实现自动化，易控制调节产品指标；可根据需要，干燥的同步，将产品制成粉状、颗粒状、空心球或团粒状。缺陷： 传热系数较低 ；对气固混合物的分离规定较高；热效率不高。合用场合：溶液、乳浊液、悬浮液，也可以是熔融液或膏糊液。特别合用于热敏性物料。5.气流干燥器：操作特点：物料悬浮于流体中。干燥时间短、解决量大。合用场合： 颗粒状、粉末状物料。不合用于需要保持完整的结晶形状和结晶光泽的物料长处：气固两相间传热传质的表面积大、体积传热系数也相称高。热效率高、干燥时间短、解决量大；气流干燥器构造简朴、紧凑、体积小；流程简化并易于自动控制。缺陷：流动阻力降较大；对除尘设备规定高；规定厂房足够高。二、传导干燥器滚筒干燥器：操作特点：液态物料在转鼓的一种转动周期中完毕布膜、脱水、刮料、得到干燥制品的全过程。是一种内加热传导型转动式干燥设备。湿物料在转鼓外壁上获得以导热方式传递的热量。长处：易调节；操作弹性大、适应性广；热效率高，约在 70% 90% 之间；干燥时间短；干燥速率大。缺陷 ：生产能力未及喷雾干燥器。合用场合：膏状、粘稠的浆状物料。三、热辐射干燥器：特点：加热速度快；塑料丝被加热 100 左右，大概只需 3ms 。均匀加热；有效运用能量；过程控制迅速；选择性加热，使产品质量高。