化工分離工程考試題目(附答案)一、選擇題（每題2分，共20分）1.下列哪種分離方法不屬于機械分離（）A.過濾B.離心分離C.蒸餾D.沉降答案：C。解析：機械分離是利用機械力將兩相分離，過濾、離心分離和沉降都屬于機械分離方法；而蒸餾是利用混合液中各組分揮發(fā)度的差異進行分離的方法，不屬于機械分離。2.精餾操作中，回流比的上限為（）A.全回流B.最小回流比C.操作回流比D.無法確定答案：A。解析：全回流是指塔頂上升蒸汽經(jīng)冷凝后全部回流至塔內(nèi)，此時回流比為無窮大，是回流比的上限；最小回流比是精餾操作所需的最小回流比數(shù)值；操作回流比介于全回流和最小回流比之間。3.吸收過程中，當吸收劑用量趨于最小用量時，（）A.吸收推動力最大B.吸收率最高C.出塔吸收液濃度最低D.吸收設備費用最高答案：D。解析：當吸收劑用量趨于最小用量時，吸收過程的推動力最小，吸收率并非最高，出塔吸收液濃度最高；而此時需要的塔高趨于無窮大，吸收設備費用最高。4.萃取操作中，選擇萃取劑的首要原則是（）A.萃取劑的選擇性好B.萃取劑與原溶劑互不相溶C.萃取劑的沸點低D.萃取劑的價格便宜答案：A。解析：萃取劑的選擇性好是選擇萃取劑的首要原則，選擇性好意味著能更有效地分離混合物中的目標組分；萃取劑與原溶劑互不相溶是萃取操作的基本條件，但不是首要原則；萃取劑的沸點和價格也是需要考慮的因素，但不是最關鍵的。5.對于二元理想溶液，相對揮發(fā)度α接近于1時，（）A.不能用普通精餾方法分離B.可以用普通精餾方法分離，但分離難度較大C.可以用普通精餾方法很容易地分離D.無法確定是否能分離答案：B。解析：相對揮發(fā)度α反映了兩組分揮發(fā)能力的差異，α越接近于1，說明兩組分的揮發(fā)能力越接近，用普通精餾方法分離時，所需的理論板數(shù)越多，分離難度較大，但仍可以用普通精餾方法分離。6.在恒沸精餾和萃取精餾中，都需要加入第三組分，其作用是（）A.改變原溶液中各組分的相對揮發(fā)度B.增加原溶液的沸點C.降低原溶液的沸點D.使原溶液分層答案：A。解析：恒沸精餾和萃取精餾中加入第三組分的主要作用是改變原溶液中各組分的相對揮發(fā)度，從而使原本難以分離的混合物能夠更容易地分離；加入第三組分不一定會增加或降低原溶液的沸點，也不一定會使原溶液分層。7.以下關于膜分離的說法，錯誤的是（）A.膜分離過程不發(fā)生相變化B.膜分離過程的能耗較低C.膜分離過程可以在常溫下進行D.膜分離過程只能分離液體混合物答案：D。解析：膜分離過程是利用膜的選擇性透過性進行分離，不發(fā)生相變化，能耗較低，且可以在常溫下進行；膜分離不僅可以分離液體混合物，還可以分離氣體混合物等。8.吸附分離過程中，吸附劑的再生方法不包括（）A.升溫再生B.減壓再生C.置換再生D.氧化再生答案：D。解析：吸附劑的再生方法主要有升溫再生、減壓再生和置換再生等；氧化再生一般不是吸附劑的常規(guī)再生方法。9.在多級逆流萃取中，隨著萃取級數(shù)的增加，萃取效果（）A.越來越好B.越來越差C.先變好后變差D.不變答案：A。解析：在多級逆流萃取中，增加萃取級數(shù)可以使溶質(zhì)在萃取相和萃余相之間的分配更加充分，從而提高萃取效果，萃取效果越來越好。10.對于一個連續(xù)穩(wěn)定的精餾塔，塔頂采出量D與進料量F的關系為（）A.D＞FB.D＜FC.D=FD.無法確定答案：B。解析：根據(jù)物料衡算，對于連續(xù)穩(wěn)定的精餾塔，進料量F等于塔頂采出量D加上塔底采出量W，即F=D+W，所以D＜F。二、填空題（每空2分，共20分）1.化工分離過程可以分為______分離和______分離兩大類。答案：機械；傳質(zhì)。解析：化工分離過程按照分離原理可分為機械分離和傳質(zhì)分離。機械分離主要是利用機械力實現(xiàn)兩相的分離；傳質(zhì)分離則是通過物質(zhì)在相間的傳遞來實現(xiàn)分離。2.精餾塔的操作線方程表示了______和______之間的關系。答案：相鄰兩層塔板之間上升蒸汽組成；下降液體組成。解析：精餾塔的操作線方程描述了在精餾塔內(nèi)相鄰兩層塔板之間，上升蒸汽組成和下降液體組成之間的定量關系，它是精餾塔設計和操作計算的重要依據(jù)。3.吸收過程的傳質(zhì)速率方程中，以氣相分壓差為推動力的傳質(zhì)速率方程為______。答案：NA=kG（ppi）。解析：在吸收過程中，以氣相分壓差（ppi）為推動力時，傳質(zhì)速率NA與氣相分壓差成正比，比例系數(shù)kG為氣相傳質(zhì)系數(shù)。4.萃取操作中，三角形相圖中的溶解度曲線將相圖分為______和______兩個區(qū)域。答案：均相區(qū)；兩相區(qū)。解析：在萃取操作的三角形相圖中，溶解度曲線把相圖分為兩個區(qū)域，曲線內(nèi)為兩相區(qū)，即存在兩個液相；曲線外為均相區(qū)，只有一個液相。5.恒沸精餾中，恒沸劑與原溶液中的某一組分形成______恒沸物，從而改變原溶液的相對揮發(fā)度。答案：最低或最高。解析：恒沸精餾中，恒沸劑與原溶液中的某一組分形成最低或最高恒沸物，使原溶液中各組分的相對揮發(fā)度發(fā)生改變，便于分離。6.膜分離過程中，根據(jù)膜的孔徑大小不同，可將膜分為______、______和______等。答案：微濾膜；超濾膜；反滲透膜。解析：根據(jù)膜的孔徑大小，膜分離可分為微濾（孔徑較大）、超濾（孔徑適中）和反滲透（孔徑較?。┑?，不同孔徑的膜適用于不同的分離對象和分離要求。7.吸附過程中，吸附等溫線可分為______型、______型等。答案：Langmuir；Freundlich。解析：吸附等溫線描述了在一定溫度下，吸附劑對吸附質(zhì)的吸附量與吸附質(zhì)在氣相或液相中平衡濃度之間的關系，常見的有Langmuir型和Freundlich型等。三、簡答題（每題10分，共30分）1.簡述精餾原理，并說明精餾塔中精餾段和提餾段的作用。答：精餾原理是利用混合物中各組分揮發(fā)度的差異，通過多次部分汽化和部分冷凝，使混合物得到高純度分離的過程。在精餾塔中，上升蒸汽和下降液體在塔板上進行傳熱和傳質(zhì)。精餾段的作用是將進料中的易揮發(fā)組分進一步提濃。從塔頂引入回流液，與上升蒸汽在塔板上接觸，易揮發(fā)組分不斷從液相轉(zhuǎn)移到氣相，使上升蒸汽中的易揮發(fā)組分含量逐漸增加，最終在塔頂?shù)玫礁呒兌鹊囊讚]發(fā)組分產(chǎn)品。提餾段的作用是將進料中的難揮發(fā)組分進一步提濃。塔底再沸器產(chǎn)生的蒸汽上升，與下降液體在塔板上接觸，難揮發(fā)組分不斷從氣相轉(zhuǎn)移到液相，使下降液體中的難揮發(fā)組分含量逐漸增加，最終在塔底得到高純度的難揮發(fā)組分產(chǎn)品。2.說明吸收過程中液氣比的概念及其對吸收操作的影響。答：液氣比是指吸收劑的用量（L）與惰性氣體的用量（V）之比，即L/V。液氣比對吸收操作有重要影響：當液氣比增大時，吸收劑用量增加，吸收過程的推動力增大，吸收效果提高，出塔氣體中溶質(zhì)的含量降低。但同時，吸收劑的消耗和輸送費用增加，設備投資也可能增大。當液氣比減小時，吸收劑用量減少，吸收過程的推動力減小，吸收效果變差，出塔氣體中溶質(zhì)的含量升高。若液氣比過小，可能無法達到規(guī)定的吸收要求。當液氣比減小到最小液氣比時，吸收過程的推動力為零，需要無窮多的塔板才能達到分離要求。3.簡述萃取劑的選擇原則。答：萃取劑的選擇原則主要有以下幾點：選擇性好：萃取劑應對混合物中的目標組分有良好的溶解能力，而對其他組分的溶解能力較差，即能顯著改變原溶液中各組分的相對揮發(fā)度，使分離更容易進行。與原溶劑互不相溶或部分互溶：這是萃取操作的基本條件，只有萃取劑與原溶劑不互溶或部分互溶，才能形成兩個液相，便于后續(xù)的分離操作。物理性質(zhì)適宜：萃取劑的密度應與原溶劑有一定差異，以便于分層；黏度要低，有利于傳質(zhì)和兩相的分離；沸點不宜過高或過低，過高會增加能耗，過低則可能導致操作困難。化學穩(wěn)定性好：萃取劑應具有良好的化學穩(wěn)定性，不易分解、聚合或與其他物質(zhì)發(fā)生化學反應，以保證萃取過程的穩(wěn)定性和可靠性?；厥杖菀祝狠腿子趶妮腿∠嗪洼陀嘞嘀蟹蛛x回收，降低生產(chǎn)成本。價格低廉、來源廣泛、毒性小、腐蝕性低：這些因素可以降低生產(chǎn)成本，減少對環(huán)境和操作人員的危害。四、計算題（每題15分，共30分）1.在連續(xù)精餾塔中分離某二元理想溶液，進料流量F=100kmol/h，進料組成xF=0.5（摩爾分數(shù)，下同），進料為泡點進料。塔頂采用全凝器，泡點回流，回流比R=3，塔頂產(chǎn)品組成xD=0.9，塔底產(chǎn)品組成xW=0.1。試求：（1）塔頂產(chǎn)品流量D和塔底產(chǎn)品流量W；（2）精餾段操作線方程；（3）提餾段操作線方程。解：（1）根據(jù)物料衡算：總物料衡算：F=D+W易揮發(fā)組物料衡算：FxF=DxD+WxW將F=100kmol/h，xF=0.5，xD=0.9，xW=0.1代入上述方程：\(100=D+W\)\(100×0.5=0.9D+0.1W\)由第一個方程得\(W=100D\)，代入第二個方程：\(50=0.9D+0.1(100D)\)\(50=0.9D+100.1D\)\(0.8D=40\)解得\(D=50kmol/h\)則\(W=FD=10050=50kmol/h\)（2）精餾段操作線方程：精餾段操作線方程的通式為\(yn+1=\frac{R}{R+1}xn+\frac{xD}{R+1}\)已知\(R=3\)，\(xD=0.9\)，代入得：\(yn+1=\frac{3}{3+1}xn+\frac{0.9}{3+1}\)\(yn+1=0.75xn+0.225\)（3）提餾段操作線方程：首先求\(L'\)和\(V'\)，因為進料為泡點進料，\(q=1\)，則\(L'=L+qF=RD+F=3×50+100=250kmol/h\)，\(V'=V=(R+1)D=(3+1)×50=200kmol/h\)提餾段操作線方程的通式為\(ym=\frac{L'}{V'}xm1\frac{WxW}{V'}\)將\(L'=250kmol/h\)，\(V'=200kmol/h\)，\(W=50kmol/h\)，\(xW=0.1\)代入得：\(ym=\frac{250}{200}xm1\frac{50×0.1}{200}\)\(ym=1.25xm10.025\)2.在一逆流吸收塔中，用清水吸收混合氣體中的溶質(zhì)A。已知混合氣體的流量V=1000m3/h（標準狀態(tài)），其中溶質(zhì)A的體積分數(shù)為0.05，吸收率為90%，操作條件下的平衡關系為\(y=2x\)，液氣比為最小液氣比的1.5倍。試求：（1）出塔氣體中溶質(zhì)A的含量\(y_2\)和出塔吸收液中溶質(zhì)A的含量\(x_1\)；（2）吸收劑的用量\(L\)。解：（1）進塔氣體中溶質(zhì)A的摩爾分數(shù)\(y_1=0.05\)吸收率\(\eta=\frac{y_1y_2}{y_1}=90\%\)則\(y_2=y_1(1\eta)=0.05×(10.9)=0.005\)因為是清水吸收，\(x_2=0\)根據(jù)物料衡算\(V(y_1y_2)=L(x_1x_2)\)最小液氣比\((\frac{L}{V})_{min}=\frac{y_1y_2}{y_1/mx_2}\)（\(m\)為相平衡常數(shù)，由\(y=2x\)可知\(m=2\)）\((\frac{L}{V})_{min}=\frac{0.050.005}{0.05/20}=1.8\)實際液氣比\(\frac{L}{V}=1.5×(\frac{L}{V})_{min}=1.5×1.8=2.7\)由物料衡算\(V(y_1y_2)=L(x_1x_2)\)，\(x_2=0\