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山东理工大学 化工分离工程复习题

复习内容第一章1.何为均相物系,如何实现均相物系的分离?物系内部各物料性质均匀而且不存在相界面的混合物系。

均相物系:分离不能通过简单的机械方法分离,需通过某种物理(或化学)过程实现分离,难实现分离。

(通常制造一个两相系,然后通过机械方法来进行分离。

)2.传质过程与化工分离过程有何联系?传质过程是化工分离的一种方式3.引出质量比和摩尔比有何意义?质量比 质量比与质量分数的关系4.绝对速度、扩散速度、主体流动速度有何不同?i i i m m m X -=i i i w w X -=15.对于两组分扩散,为何J A= - J B?正负号代表方向6.对于两组分扩散,为何D AB= D BA ?7.总传质通量、分子扩散通量、主体流动通量有何不同?组分的实际传质通量=分子扩散通量+主体流动通量8.求解分子传质问题的基本方法是什么?1.等分子反向扩散2.组分A通过停滞组分B的扩散液体与固体按课本复习9.“漂流因子”与主体流动有何关系?p/pBM反映了主体流动对传质速率的影响,定义为“漂流因子”。

因p>pBM,所以漂流因数p/pBM>1,这表明由于有主体流动而使物质A的传递速率较之单纯的分子扩散要大一些。

10.气体扩散系数与哪些因素有关?一般来说,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。

11.如何获得气体扩散系数与液体扩散系数?测定二元气体扩散系数的方法有许多种,常用的方法有蒸发管法,双容积法,液滴蒸发法等。

液体中的扩散系数亦可通过实验测定或采用公式估算。

12.对流传质与对流传热有何异同?相同点:对流传热与传质主要研究三大基本传热方式中的对流,以及由对流引起的物质传递(传质)现象。

对流传热不同于其他两种传热的典型特征是有粒子的宏观移动。

不同点见课本p30-3213. 提出对流传质模型的意义是什么?对流传质模型的建立,不仅使对流传质系数的确定得以简化,还可以据此对传质过程及设备进行分析,确定适宜的操作条件,并对设备的强化、新型高效设备的开发等作出指导。

14.停滞膜模型,溶质渗透模型和表面更新模型的要点是什么,各模型求得的传质系数与扩散系数有何关系,其模型参数是什么?停滞膜模型要点:①当气液两相相互接触时,在气液两相间存在着稳定的相界面,界面两侧各有一个很薄的停滞膜,溶质A经过两膜层的传质方式为分子扩散。

②在气液相界面处,气液两相出于平衡状态。

③在两个停滞膜以外的气液两相主体中,由于流体的强烈湍动,各处浓度均匀一致。

关系:液膜对流传质系数k°G=D/(RTzG),气膜对流传质系数k°L=D/zL对流传质系数可通过分子扩散系数D和气膜厚度zG或液膜厚度zL来计算。

模型参数:组分A通过气膜扩散时气膜厚度为模型参数,组分A通过液膜扩散时液膜厚度为模型参数。

溶质渗透模型要点:①液面是由无数微笑的流体单元所构成,当气液两相出于湍流状态相互接触时,液相主体中的某些流体单元运动至界面便停滞下来。

在气液未接触前,液体单元中溶质的浓度和液相主体的浓度相等,接触开始后,相界面处立即达到与气相平衡状态。

②随着接触时间的延长,溶质A通过不稳态扩散方式不断地向液体单元中渗c后,旧的液体单元即被新的液体单元所置换而回到液相主体中去。

在液体单元深处,仍保持原来的主体浓度不变。

④液体单元不断进行交换,每批液体单元在界面暴露的时间θc 都是一样的。

关系:kcm=2[D/(πθc)]对流传质系数可通过分子扩散系数D和暴露时间θc计算。

模型参数:暴露时间。

表面更新模型界面上液体单元有不同的暴露时间或称年龄,界面上各种不同年龄的液体单不论界面上液体单元暴露时间多长,被置换的概率是均等的。

单位时间内表面被置换的分率称为表面更新率,用符号S表示。

关系:kcm=(DS)对流传质系数可通过分子扩散系数D和表面更新率S计算。

模型参数:表面更新率。

15.对流传质系数有哪几种求解方法,其适用情况如何?对流传质系数的分析解法和类比解法,仅适用于一些较为简单的传质问题;由于传质设备的结构各式各样,传质机理、尤其是湍流下的传质机理又极不完善,所以目前设计上还要靠经验方法,即通过实验整理出来的对流传质系数关联式来计算对流传质系数。

16.雷诺类比有何意义雷诺类比把整个边界层作为湍流区处理,但根据边界层理论,在湍流边界层中,紧贴壁面总有一层流内层存在,在层流内层进行分子传递,只有在湍流中心才进行涡流传递,故雷诺类比有一定的局限性。

15.例题1、2、5第二章1.温度和压力对吸收过程的平衡关系有何影响?在一定的温度和总压下,气体溶质在液相中的溶解度只取决于它在气相中的组成。

但在总压不很高时,可认为气体在液相中的溶解度只取决于该气体的分压而与总压无关。

对于同样组成的溶液,易溶气体溶液上方的分压小,二难容气体溶液上方的分压大。

换言之,欲得到同样组成的溶液,对易容气体所需的分压较低,而难容气体所需的分压较高。

每种溶质在水中的溶解度均随分压的增大而增大,随温度的升高而减小。

加压和降温有利于吸收操作,减压和升温则有利于解吸操作。

2.亨利定律为何具有不同的表达形式?亨利定律反映平衡时溶质在气液两相中浓度间的数量关系,亨利定律的各种表达式所描述的都是互成平衡的气液两相组成间的关系,它们既可用来根据液相组成计算平衡的气相组成,同样可用来根据气相组成计算平衡的液相组成。

3.亨利定律的适用条件是什么?在一定温度小,当总压不很高时总压不大,温度一定的情况下,当气液两相达到平衡时,溶质在稀溶液上方的气相平衡分压与溶质在液相中的摩尔分率成正比,数学表达式为:p* = Ex式中: p* ——溶质在气相中的平衡分压,kPa;E ——亨利系数,kPa;x ——溶质在液相中的摩尔分数。

4.传质推动力有多少种表达方式若溶质在气液两相中的组成分别为y、x,在操作条件下气液平衡关系为ye=mx,则以气相组成差表示的推动力为△y=y-ye,以液相组成差表示的推动力为△x=xe-x。

若气液相组成分别以p、c表示,并且相平衡方程为pe=c/H或ce=Hp,则以气相分压差表示的推动力为△p=p-pe,以液相组成差表示的推动力为△c=ce-c。

5.相平衡关系在吸收过程中有何作用?根据气液两相的实际组成与相应条件下平衡组成的比较,可以判断传质进行的方向,确定传质推动力的大小,并可指明传质过程所能达到的极限5.如何判断吸收过程是属于哪种过程控制?对于易溶气体,H值很大,在kG与kL数量级相同或接近的情况下存在1/HkL<<1/kG,此时传质总阻力的绝大部分存在于气膜之中,吸收的总推动力主要用来克服气膜阻力,这种情况称为气膜控制。

对于难容气体,H值很小,在kG与kL数量级相同或接近的情况下存在H/ kG <<1/kL,此时传质阻力的绝大部分存在于液膜之中,气膜阻力可以忽略,吸收总推动力的绝大部分用于克服液膜阻力,这种情况称为液膜控制。

6.总吸收速率方程与膜吸收速率方程有何不同?总吸收速率方程中的吸收系数,称为总吸收系数,以K表示,其倒数1/K 即为总吸收阻力,总阻力应是气膜吸收速率方程中欧气膜阻力和液膜阻力之和。

7.何为吸收过程的操作线,操作线如何获得?通过物料衡算求得8.吸收剂的用量如何确定?9.传质单元高度和传质单元数有何物理意义?10.气相总体积吸收系数与气相总吸收系数有何不同之处?11.脱吸因数和吸收因数有何物理意义?12.吸收塔计算中的理论级表示何种含义?理论的塔板数解析法略13.填料层的等板高度表示何种含义?14.例题 1、2、4、5、6、7、8总吸收速率方程与膜吸收速率方程有何不同?7.亨利系数很大的条件是什么?8.吸收剂萃取剂各为最小用量的多少倍?吸收剂用量为最小用量的1.1~2.0倍。

9.传质速度为气膜控制或液膜控制时为易溶还是难溶物质?气膜控制为易溶物质,液膜控制为难溶物质10.气体吸收时,操作线斜率代表什么意义。

操作线斜率L/V称为液气比,它是溶剂与惰性气体摩尔流量的比值。

它反映单位气体处理量的溶剂消耗量的大小。

11.气体吸收时,操作线如何获得?无论是逆流操作还是并流操作的吸收塔,其操作线方程及操作线都是由物料衡算求得的,与吸收系统的平衡关系、操作条件以及设备的结构型式等均无任何牵连。

12.传质单元高度和传质单元数有何物理意义?传质单元高度反映了传质阻力的大小、填料性能的优劣以及润湿情况的好坏。

吸收过程的传质阻力越大,填料层有效比面积越小,则每个传质单元所相当的填料层高度就越大。

传质单元数反映吸收过程进行的难易程度。

生产任务所要求的气体组成变化越大,吸收过程的平均推动力越小,则意味着过程的难度越大,此时所需的传质单元数也就越大13.气相总体积吸收系数与气相总吸收系数有何不同之处?14.脱吸因数和吸收因数有何物理意义?mV/L称为脱吸因数,是平衡线斜率与操作线斜率的比值,量纲为一。

L/mV,即脱吸因素S的倒数,称为吸收因数,它是操作线斜率与平衡线斜率的比值,量纲为一。

15.吸收塔计算中的理论级表示何种含义?设填料层由N级组成,吸收剂从塔顶进入第I级,逐级向下流动,最后从塔底第N级流出;原料气则从塔底进入第N级,逐级向上流动,最后从塔顶第I级排出。

在每一级上,气液两相密切接触,溶质组分由气相向液相转移。

若离开某一级时,气液两相的组成达到平衡,则称该级为一个理论级,或称为一层理论板。

16.填料层的等板高度表示何种含义?等板高度HETP是指分离效果与一个理论级(或一层理论板)的作用相当的填料层高度,又称当量高度。

等板高度与分离物系的物性、操作条件及填料的结构参数有关。

17.多组分吸收非关键组分操作线斜率与关键组分操作线斜率区别如何?18.常用解吸方法有哪些?(1)气提解吸(以空气、氮气、二氧化碳作载气,又称为惰性气体气提以水蒸气作载气,同时又兼作加热热源的解吸常称为汽提以吸收剂蒸汽作为载气的解吸。

)(2)减压解吸(3)加热解吸(4)加热—减压解吸。

19.选择吸收剂有哪些基本原则?(1)溶解度吸收剂对溶质组分的溶解度要大,这样可以提高吸收速率并减少吸收剂的耗用量。

(2)选择性吸收剂对溶质组分要有良好的吸收能力,而对混合气体中的其他组分无吸收或吸收甚微,否则不能直接实现有效的分离。

(3)挥发度操作温度下吸收剂的蒸汽压要低,因为吸收尾气往往为吸收剂蒸汽所饱和,吸收剂的挥发度越高,其损失量便越大。

(4)黏度吸收剂在操作温度下的黏度越低,其在塔内的流动性越好,这有助于传质速率和传热速率的提高。

(5)所选用的吸收剂还应尽可能满足无毒性、无腐蚀性、不易燃易爆、不发泡、冰点低、价廉易得以及化学性质稳定等要求。

20.什么情况下选择化学吸收?①净化或精制气体②制取某种气体的液态产品③分离混合气体以回收所需组分④工业废气的治理。

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