分離工程題庫(附答案)選擇題1.下列哪種分離方法基于物質(zhì)沸點(diǎn)的差異進(jìn)行分離？A.萃取B.蒸餾C.吸附D.離子交換答案：B。蒸餾是利用混合液體或液-固體系中各組分沸點(diǎn)不同，使低沸點(diǎn)組分蒸發(fā)，再冷凝以分離整個(gè)組分的單元操作過程。萃取是利用溶質(zhì)在互不相溶的溶劑里溶解度的不同，用一種溶劑把溶質(zhì)從另一溶劑所組成的溶液里提取出來的操作方法；吸附是利用吸附劑對(duì)氣體或液體中某一組分具有選擇性吸附的能力；離子交換是借助于固體離子交換劑中的離子與稀溶液中的離子進(jìn)行交換，以達(dá)到提取或去除溶液中某些離子的目的。2.以下關(guān)于吸收過程的描述，錯(cuò)誤的是：A.吸收是利用氣體混合物中各組分在液體溶劑中溶解度的差異而實(shí)現(xiàn)分離B.吸收過程是一個(gè)傳質(zhì)過程C.吸收只能在常溫下進(jìn)行D.吸收操作中，氣相中的溶質(zhì)向液相轉(zhuǎn)移答案：C。吸收是根據(jù)混合氣體中各組分在同一種液體溶劑中的物理溶解度（或化學(xué)反應(yīng)活性）的不同，使其中一種或數(shù)種組分溶解于溶劑中形成溶液，從而使混合氣體得以分離的過程，是傳質(zhì)過程，氣相中的溶質(zhì)向液相轉(zhuǎn)移。吸收可以在不同溫度下進(jìn)行，不一定只能在常溫下。3.對(duì)于液-液萃取，分配系數(shù)K是指：A.溶質(zhì)在萃取相中的濃度與在萃余相中的濃度之比B.萃取劑的用量與原料液的用量之比C.溶質(zhì)在萃余相中的濃度與在萃取相中的濃度之比D.萃取相中萃取劑的濃度與萃余相中萃取劑的濃度之比答案：A。分配系數(shù)K是指在一定溫度、壓力下，溶質(zhì)在兩個(gè)互不相溶的液相（萃取相和萃余相）中達(dá)到平衡時(shí)，溶質(zhì)在萃取相中的濃度與在萃余相中的濃度之比。4.分子篩吸附劑的特點(diǎn)不包括：A.具有均勻的孔徑B.對(duì)不同分子有選擇性吸附C.吸附容量不受溫度影響D.可用于氣體干燥答案：C。分子篩具有均勻的孔徑，能根據(jù)分子的大小和形狀對(duì)不同分子進(jìn)行選擇性吸附，可用于氣體干燥等。但吸附容量受溫度影響，一般溫度升高，吸附容量降低。5.在精餾塔的操作中，若進(jìn)料熱狀況參數(shù)q=1，則進(jìn)料為：A.冷液體進(jìn)料B.飽和液體進(jìn)料C.氣液混合進(jìn)料D.飽和蒸汽進(jìn)料答案：B。進(jìn)料熱狀況參數(shù)q的定義與進(jìn)料的熱狀態(tài)有關(guān)，當(dāng)q=1時(shí)，表示進(jìn)料為飽和液體進(jìn)料；q>1為冷液體進(jìn)料；0<q<1為氣液混合進(jìn)料；q=0為飽和蒸汽進(jìn)料。填空題1.分離過程可分為機(jī)械分離和______分離兩大類。答案：傳質(zhì)。分離過程分為機(jī)械分離（如過濾、沉降等，主要是根據(jù)物質(zhì)的物理性質(zhì)差異進(jìn)行分離）和傳質(zhì)分離（如蒸餾、吸收、萃取等，涉及物質(zhì)在相間的傳遞）。2.萃取操作中，選擇萃取劑時(shí)應(yīng)考慮的主要因素有______、______和萃取劑的物理性質(zhì)等。答案：萃取劑的選擇性、萃取劑與原溶劑的互溶度。萃取劑的選擇性好能使溶質(zhì)在萃取相和萃余相中有較大的分配系數(shù)差異，便于分離；互溶度小可以減少萃取劑與原溶劑的相互夾帶，提高分離效果。3.吸附過程根據(jù)作用力的不同可分為______吸附和______吸附。答案：物理、化學(xué)。物理吸附是由分子間作用力引起的，吸附過程可逆，吸附熱較?。换瘜W(xué)吸附是由化學(xué)鍵力引起的，吸附過程不可逆，吸附熱較大。4.精餾塔的操作線方程表示了相鄰兩層塔板間______與______組成之間的關(guān)系。答案：氣相、液相。精餾塔的操作線方程描述了在精餾塔內(nèi)，任意一層塔板下降的液相組成與相鄰上層塔板上升的氣相組成之間的關(guān)系。5.膜分離過程中，常見的膜分離類型有微濾、超濾、______和反滲透等。答案：納濾。微濾、超濾、納濾和反滲透都是基于膜的篩分作用，根據(jù)膜孔徑的大小不同，分離不同粒徑的物質(zhì)。簡(jiǎn)答題1.簡(jiǎn)述蒸餾和精餾的區(qū)別與聯(lián)系。答案：聯(lián)系：蒸餾和精餾都是利用混合物中各組分沸點(diǎn)的差異來實(shí)現(xiàn)分離的單元操作，都涉及到液體的汽化和蒸汽的冷凝過程。區(qū)別：蒸餾一般是簡(jiǎn)單的一次部分汽化和部分冷凝過程，只能使混合物得到初步分離，分離程度相對(duì)較低，通常用于分離沸點(diǎn)相差較大的混合物；而精餾是多次部分汽化和部分冷凝的過程，通過精餾塔內(nèi)的多次傳質(zhì)和傳熱，可以實(shí)現(xiàn)混合物的高純度分離，適用于分離沸點(diǎn)相差較小的混合物。2.說明吸收過程中吸收劑的選擇原則。答案：（1）溶解度：吸收劑對(duì)溶質(zhì)組分的溶解度要大，以提高吸收速率和吸收量，降低吸收劑的用量；同時(shí)對(duì)溶質(zhì)的溶解度應(yīng)隨溫度和壓力有顯著變化，便于解吸再生。（2）選擇性：吸收劑應(yīng)對(duì)溶質(zhì)組分有良好的選擇性，對(duì)溶質(zhì)以外的其他組分溶解度要小或基本不溶解，這樣才能實(shí)現(xiàn)有效分離。（3）揮發(fā)度：吸收劑的揮發(fā)度要低，在吸收過程中不易汽化，以減少吸收劑的損失和氣相的污染。（4）黏度：吸收劑的黏度要低，這樣可以降低流體流動(dòng)的阻力，提高傳質(zhì)系數(shù)，改善吸收設(shè)備的性能，同時(shí)也便于輸送。（5）其他：吸收劑應(yīng)具有化學(xué)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性，不易分解、聚合；無毒、不易燃、不腐蝕設(shè)備；價(jià)格低廉，來源廣泛。3.什么是離子交換樹脂，它的工作原理是什么？答案：離子交換樹脂是一類具有離子交換功能的高分子材料，通常是由交聯(lián)結(jié)構(gòu)的高分子骨架與能離解的基團(tuán)（活性基團(tuán)）所組成。工作原理：離子交換樹脂的活性基團(tuán)上的離子可以與溶液中的同電性離子進(jìn)行交換。當(dāng)含有某種離子的溶液與離子交換樹脂接觸時(shí)，溶液中的離子會(huì)擴(kuò)散到樹脂的孔道中，并與樹脂活性基團(tuán)上的可交換離子發(fā)生交換反應(yīng)。例如，陽離子交換樹脂上的氫離子（H?）或鈉離子（Na?）可以與溶液中的陽離子進(jìn)行交換；陰離子交換樹脂上的氫氧根離子（OH?）或氯離子（Cl?）可以與溶液中的陰離子進(jìn)行交換。交換過程達(dá)到平衡后，通過用適當(dāng)?shù)脑偕鷦┨幚順渲?，使樹脂恢?fù)到原來的離子形式，以便再次使用。4.分析影響萃取效果的主要因素。答案：（1）萃取劑的性質(zhì)：萃取劑的選擇性、與原溶劑的互溶度、對(duì)溶質(zhì)的溶解度等對(duì)萃取效果有重要影響。選擇性好、互溶度小、溶解度大的萃取劑有利于提高萃取效率。（2）溫度：溫度影響溶質(zhì)在兩相中的溶解度和分配系數(shù)，一般溫度升高，溶質(zhì)在萃取相和萃余相中的溶解度都可能增加，但分配系數(shù)可能發(fā)生變化，需要根據(jù)具體體系選擇合適的溫度。（3）相比：相比是指萃取劑的體積與原料液的體積之比。適當(dāng)增大相比可以提高萃取率，但會(huì)增加萃取劑的用量和后續(xù)分離的難度。（4）萃取級(jí)數(shù)：增加萃取級(jí)數(shù)可以提高萃取效果，但會(huì)增加設(shè)備投資和操作成本。（5）混合與分離效果：萃取過程中兩相的充分混合有利于傳質(zhì)，但混合后兩相的分離效果也很重要，如果分離不徹底，會(huì)影響萃取產(chǎn)品的純度。5.簡(jiǎn)述膜分離的特點(diǎn)。答案：（1）無相變：膜分離過程不發(fā)生相變，因此能耗較低，尤其適用于對(duì)熱敏感物質(zhì)的分離。（2）常溫操作：可在常溫下進(jìn)行分離，能較好地保留熱敏性物質(zhì)的活性和風(fēng)味，適用于生物制品、食品等的分離和提純。（3）分離效率高：膜分離可以根據(jù)物質(zhì)的分子量、離子大小等進(jìn)行選擇性分離，分離精度較高。（4）連續(xù)操作：可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)，操作簡(jiǎn)單，易于自動(dòng)化控制。（5）適用范圍廣：可用于分離不同粒徑的物質(zhì)，包括從微粒到離子的分離，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，如化工、醫(yī)藥、食品、環(huán)保等。（6）設(shè)備簡(jiǎn)單：膜分離設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，占地面積小，投資和運(yùn)行成本相對(duì)較低。計(jì)算題1.在連續(xù)精餾塔中分離某二元理想溶液，已知進(jìn)料流量F=100kmol/h，進(jìn)料組成xF=0.5（摩爾分?jǐn)?shù)，下同），要求塔頂產(chǎn)品組成xD=0.9，塔底產(chǎn)品組成xW=0.1。試求塔頂產(chǎn)品流量D和塔底產(chǎn)品流量W。解：根據(jù)物料衡算原理，總物料衡算：F=D+W；易揮發(fā)組分物料衡算：FxF=DxD+WxW。將F=100kmol/h，xF=0.5，xD=0.9，xW=0.1代入上述方程：\(\begin{cases}100=D+W\\100\times0.5=0.9D+0.1W\end{cases}\)由第一個(gè)方程得W=100-D，代入第二個(gè)方程：\(100\times0.5=0.9D+0.1\times(100-D)\)\(50=0.9D+10-0.1D\)\(0.8D=40\)解得D=50kmol/h，則W=F-D=100-50=50kmol/h。2.用純?nèi)軇㏒對(duì)A、B混合液進(jìn)行單級(jí)萃取，原料液中溶質(zhì)A的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.3，原料液流量F=100kg，萃取劑用量S=50kg，分配系數(shù)K=2。試求萃取相和萃余相的組成及流量。解：設(shè)萃余相流量為R，萃取相流量為E，溶質(zhì)A在萃余相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為x，在萃取相中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為y。總物料衡算：F+S=E+R，即100+50=E+R，所以E+R=150。溶質(zhì)A的物料衡算：FxF=Ex+Ry，即100×0.3=E×y+R×x。又因?yàn)榉峙湎禂?shù)K=y/x=2，即y=2x。聯(lián)立可得：\(\begin{cases}E+R=150\\100\times0.3=E\times2x+R\timesx\end{cases}\)設(shè)R中A的質(zhì)量為mR=Rx，E中A的質(zhì)量為mE=Ey=2Ex，F(xiàn)中A的質(zhì)量為mF=FxF=100×0.3=30kg。由mF=mE+mR，即30=2Ex+Rx=x(2E+R)。由E+R=150得E=150-R，代入上式：\(30=x[2\times(150-R)+R]=x(300-R)\)根據(jù)杠桿規(guī)則\(\frac{E}{R}=\frac{x_F-x}{y-x_F}\)，將y=2x，xF=0.3代入：\(\frac{E}{R}=\frac{0.3-x}{2x-0.3}\)，又E=150-R，所以\(\frac{150-R}{R}=\frac{0.3-x}{2x-0.3}\)。通過試差或聯(lián)立方程求解可得：解得x=0.176，y=2x=0.352。由E+R=150和100×0.3=E×0.352+R×0.176，解得R=81.82kg，E=68.18kg。3.某氣體混合物中含溶質(zhì)A10%（體積分?jǐn)?shù)），其余為惰性氣體B，用吸收劑S進(jìn)行吸收，要求吸收率為90%。已知吸收過程的平衡關(guān)系為Y=1.5X（Y、X分別為氣相和液相中溶質(zhì)的摩爾比），入塔吸收劑中不含溶質(zhì)，液氣比L/G=2。試求塔底液相組成X1。解：已知y1=0.1，則Y1=\(\frac{y1}{1-y1}=\frac{0.1}{1-0.1}=\frac{1}{9}\)。吸收率\(\eta=\frac{Y1-Y2}{Y1}=0.9\)，則Y2=Y1(1-\(\eta\)