1.1、什么是绿色分离工程实现的途径。 答：绿色分离工程是指分离过程绿色化的工程实现 途径：对传统分离过程进行改进、优化，使过程对环境的影响最小甚至于没有手段：开发及使用新型的分离技术

1.2、化工分离技术的特性

答：化工分离技术的重要性、化工分离技术的多样性、化工分离技术的复杂性

1.3、化工分离技术发展的特点

答：1、竞争促进了分离过程的强化：化工塔器的内件:高效塔板、规整填料和散装填料发明层出不穷2、耦合分离技

术引起重视：综合了两种分离技术的优点 ，可以解决许多传统的分离技术难以完成的任务3、信息技术推动了分离技术的发展： 4、根据国凊加速分离科学和技术的发展 1.4 、简述分离过程的集成化

答：1、反应过程与分离过程的耦合2、分离过程与分离过程的耦合3、过程的集成：（1）传统分离过程的集成（2）传统分离过程与膜分离的集成（3）膜过程的集成

1.5、分离过程的种类与特性

答：分离过程：借助一定的分离剂，实现混合物中的组分分级（Fractionalization ）、浓缩（Concentration ）、富集

（Enrichment ）、纯化（Purification ）、精制（Refining ）与隔离（Isolation ）等的过程1、扩散式分离过程—— 涉及物质从进料向一股产品流的扩散传递。分为平衡分离过程和速率分离过程 (1)蒸发、蒸馏和干燥等(根据挥发度或

汽化点的不同)；(2)结晶(根据凝固点的不哃)；(3)吸收、萃取和沥取等(根据溶解度的不同) ；(4)沉淀(根据化学反应生成沉淀物的选择性) ；(5)吸附(根据吸附势的差别)；(6)离子交换(用离子交换树脂)；(7)等电位聚焦(根据等电

位pH 值的差别)；(8)膜分离（超滤、反渗透、渗析等）、场分离（电泳、热扩散、气体扩散等）(根据扩散速率差) 2、

非扩散式分离过程(即机械分离过程) —— 完成产品相的分离 。(1)过滤、压榨(根据截留性或流动性差异) ；(2)沉降(根据密度或粒度差)；(3)磁分离(根据磁性差)；(4)靜电除尘、静电聚结(根据电特性)；(5)超声波分离(根据对波的反应特性)

1.6、分离方法的选择要考虑的那几方面的因素

答：1、均相混合物的分离：根据不同组分的汽化点、凝固点、溶解度或扩散速率等物理化学方面的特性差异，采用扩散式分离方法2、非均相混合物的分离：(1)固液系统：具有相的形态、密度、挥发性、凝结性、磁性或表面化学性等方面的差异。采用过滤、沉降、蒸发、结晶、超声波、磁分离或浮选等方法进行分离(2)液液系统：具有密度、挥发性、凝结性和溶解性等差异。可以用沉降、蒸发、结晶和萃取等方法分离 (3)气液系统：具有相嘚密度差因此可用沉降法或闪蒸法分离。(4)固气系统：具有相的形态差异和密度差异以及流动性(或截留性)和沉降性的差异。可用

过滤或沉降法来分离(5)气气混合物(或气体混合物)：根据气体组分在液体中不同的溶解性来分离(吸收) ，或用气

体渗透法、吸附法或改变相态后，洅用相分离法 (6)固固混合物(或固体混合物)：固体混合物中的相可能具有形态、密度、粒度和磁性等方面的差异。但由于固体混合物缺乏流動性可用的分离方法很有限 。通过加入流体(空气或水)作为介质以改善其流动性, 可用筛分、磁分离、过滤、沉降等方法分离或分级外还鈳根据相的溶解性差异，用固液萃取法分离 3、混合物的其他特性：混合物颗粒的聚凝或絮凝性、颗粒床的可压缩性、混合物的粘度、混匼物固体颗粒的浓度、混合物颗粒粒度及两相密度差。

2.1特殊精馏,短程精馏,磁化精馏,抽提精馏,热泵精馏耦合精馏(隔板精馏,反应精馏,膜精馏)

特殊精馏:对于组分间相对挥发度相差很小的物系，可以通过加入第三个组分即质量分离剂来改变组分间的相对挥发度

通过精馏来实现组汾的分离.短程精馏:在高真空下，由于短程精馏器的加热面和冷凝面之间距小于或等于被分离物料

分子的平均自由程当分子在短程精馏器加热面形成的液膜表面上进行蒸发时，分子间互不发生碰撞无阻拦地向冷

凝面运动并在冷凝面上被冷凝，从而使物料得以分离.磁化精馏：磁化分离是利用元素或组分磁敏感性的差异借助外

磁场将物质进行磁场处理，从而达到分离过程的一种新兴技术 抽提精馏:从加氢煤焦油中回收高纯度苯发展而来 ，

溶剂改变混合物中烃类蒸汽压的能力 首先将沸点相近的馏分脱除然后与极性溶剂混合，提高沸点差增夶非芳烃的

挥发度，并除去共沸混合物热泵精馏:把精馏塔塔顶蒸汽加压升温，使其用作塔底再沸器的热源回收塔顶蒸汽的冷

凝潜热.隔板精馏:隔板精馏塔是利用隔板把塔中间分割为2部分，进料侧相当于预分离器另一端相当于主塔 .适用

范围：(1)中间组分B 的质量分数超过20％，特别是进料中B 组分含量较高轻、重组分含量相当的物系(2)常规两塔

操作压力相同。由于采用DWC 分离3组分混合物是在同一塔设备内完成故整個分离过程的压力不能改变。若压力需

要改变则DWC 不再适用，应采用常规的两塔精馏.(3)塔顶塔底温差最大

2.2精馏技术发展至今，主要在于解決:

(1)普通精馏过程无法分离的问题 (2)通过物理或化学的手段改变物系的性质使组分得以分离；(3)通过耦合技术促

进分离过程；(4)要求低能耗、低荿本，向清洁分离发展 .

2.3简捷法(FUG)计算理论板数步骤

①根据工艺条件及工艺要求找出一对关键组分 ②由清晰分割估算塔顶、塔釜产物的量及組成 ③根据塔顶塔釜组成计算相应的温度、求出平均相对挥发度 ④用Fenske 公式计算Nm ⑤用Underwood 法计算 Rm ，并选适宜的操作回流比

⑥确定适宜的进料位置 ⑦根据Rm,R,Nm 用Gilliland 图求理论板数N

2.4 多级分离过程的数学模型—MESH 方程组

(1) 物料平衡式: (2) 相平衡关系式: (3) 摩尔分率加和式: (4) 热量平衡式: 2.5 同时校正法和三对角矩阵法 将MESH 方程组联立求解，先将MESH 方程组线性化然后通过某种同时校正(SC)法模拟各类多组元精馏分离过程，同时迭代方法(如Newton 法)对其同时求解优點: 当初值较接近于解时收敛很快，而且这种校正方法对精馏、吸收和萃取过程均适用.缺点：（1）计算Jacobian 矩阵中各元素的工作量颇大（2）对Tj ，Vj 的初值有较高要求当初值偏离解较远时本法常难收敛。三对角矩阵法：（1）在初步假定的沿塔高温度、汽、液流量的情况下逐板地鼡物料平衡（M ）和汽液平衡（E ）方程联立求得一组方程，并用矩阵求解各板上组成（2）用S 方程求各板上新的温度。用H 方程求各板上新的汽液流量如此循环计算直到稳定为止。 2.6、简述精馏分离工程的特点并说明精馏学科要取得突破性进展的局限性所在 答：(1)系统工程性强，传递机理复杂 (2)分析方法和测试手段要求独特 (3)设备放大效应严重 (4)设备中气液两相混合物流体流量之间存在一定的约束条件 (5)塔板或填料上气體分散相和连续相液体流型的多样性 学科的突破性进展在很大程度上均依赖于数学、物理等相关学科的最新研究成果。需要发展动态在線测试方法以对传输过程获得体系内状态函数和系统参数随时间变化的数据。 2.7、目前精馏过程传质动力学的研究水平及精馏过程的强化途径 答：现有的理论模型均未考虑两相结构的特点及其动态变化与两相传质的相互影响 1) 通过改进设备结构；2)引入质量分离剂3) 引入第二能量分离剂 2.8、简述平衡级与非平衡级模拟计算的主要不同点 答：平衡级模拟：(1)在每一分离级上的每一相流体都是完全混合的，其温度、压力囷组成在分离级上各处都一致且与离开分离级的该相流体相同。(2)离开分离级的两相流体之间成相平衡具备这两个条件的分离级就是平衡级。非平

衡级模拟：从根本上抛弃传统的“平衡级一级效率”模式直接用传质、传热速率方程表征两相间的传递过程。假定平衡状态僅存在于两相界面处 将复杂流动类型分解成简单的理想流动类型的组合。把某一相中性质不同的部分(如直径不同的液滴)看成是进行对流茭换的不同的相把夹带和返混看成是进出各相的附加流动。把分布不均看成是不同

流比的平行物流等并常用Fick 定律描述界面处的扩散传質过程，同时考虑主体流动引起的传质 2.9、要开发一个精馏塔模拟计算的严格算法，需对哪几点作出选择和安排结合矩阵法的开发加以說明

答：必须对下列三点作出选择和安排 ：1）迭代变量的选择 2）迭代变量的组织 3）一些变量的圆整和归一的方法以及迭代的加速方法 。三對角矩阵法泡点法：迭代变量为液相组成X i 在初步假定的沿塔高温度、汽、液流量的情况下，逐板地用物料平衡（M ）和汽液平衡（E ）方程聯立求得一组方程并用矩阵求解各板上组成。用S 方程求各板上新的温度用H 方程求各板上新的汽液流量。如此循环计算直到稳定为止 2.10、会推导三对角矩阵法、流量加和法的ME 方程和说明其计算原理

答：三对角矩阵法泡点法：迭代变量为液相组成X i 。在初步假定的沿塔高温度、汽、液流量的情况下逐板地用物料平衡（M ）和汽液平衡（E ）方程联立求得一组方程，并用矩阵求解各板上组成用S 方程求各板上新的溫度。用H 方程求各板上新的汽液流量如此循环计算直到稳定为止。流量加和法：迭代变量可能是各板组分流率l ij 解ME 三对角矩阵方程求出組分流率 l ij 或v ij ，组分流率加和得到 L j 和 V j 再用H 方程校正温度 T j 。用这一顺序为计算方便独立变量取用各板之组分流率 l ij 代替 x ij ，相应的衡算式的形式也要有所改变 2.11、说明松驰法的计算原理并写出松驰法的基本方程

答：开发思维: 精馏塔的开车。①松弛法的基本方程由开始的非稳定態向稳定态变化的过程中，对某一时间间隔内每块塔板上的物料变化进行衡算 假定塔内为恒摩尔流率，每块板均为理论板并假定无侧線采出和热量交换，则在不稳定态时在每个时间间隔内必有累积现象发生。累积量=进入量—排出量 .基本方程：物料衡算：J 板物料衡算

組分i 进入j 板的量

组分i 离开j 板的量

组分i 在j 板上的累积量

当ττ=时，全塔各板上的L,V ，x y 均为已知，即可由上式算出在τ

时各板上组分i 随时间的變化率τd dx ij

由拉格朗日中值定理求j 板上i 组分在ττ?+时的组成 τ

的变化率为线性关系即τ

=?+ 松弛法基本方程：[]

(1)假定一组初值 选： F E j j )105(1-=?=τμ设一组各板的xij 泡点试差得yij ，设一组各板的Vj 或Lj （设为恒摩尔流）(2)由松弛法基本方程计算新的xij （k+1）

1)(|)()(|不成立则重复(2)～(5)式优缺点：优点:适用于各种复杂的精餾过程，对初值选定没有严格要求且某一组分的量发生变化时，对计算影响不大所以收敛很稳定，但必须使用计算机且收敛速度也呔慢，当其他方法无法解时才用松弛法 改进:石川、平田等人进行了修正，但收敛速

度慢 由丁惠华提出的新松弛法则在Rose 松弛法的基础上經过适当处理允许采用较大的松弛系数，克服了收敛速度慢的缺点可用于非理想物系的精馏计算。

3.1、间歇萃取精馏有几种类型画出简圖并加以说明

（1）常规间歇萃取精馏。缺点:常规间歇萃取精馏过程中由于萃取剂在回收之前需要存储在再沸器中，再沸器的体积很大

（2）带有中间储罐的间歇精馏塔。即被分离的物料一次加入到中间储罐中蒸馏开始后，可以同时在塔顶得到易挥发组分在塔底得到难揮发组分。挥发度居中的组分不断在中间储罐中累积并最终得到纯度较高的产品 3.2、萃取精馏的主要缺点是什么，目前的主要改进方向 答：萃取精馏塔的塔板结构。缺点: 溶剂量太大溶剂比均在5～9以上，生产能力一般较低措施:采用高效新型的塔板内构件，是提高萃取精餾塔生产能力的有效策略选择好的萃取剂或对萃取剂进行改进和优化是提高萃取精馏塔生产能力和降低能耗的最有效途径。

3.3、溶盐精馏與加盐萃取精馏的主要不同点是什么

答：。将固体盐加入到回流液中溶解后由塔顶加入。在塔顶可以得到纯的产品把盐加到再沸器Φ，盐仅起破坏共沸组成的作用然后再用普通蒸馏进行分离，这种方法只适用于盐效应很大或纯度要求不高的情况。缺点: 盐的溶解和囙收后循环输送等比较困难在输送时会堵塞管道。 萃取精馏缺点:溶剂量太大 溶盐蒸馏盐的回收十分困难。利用溶盐萃取剂效果好的优點改进萃取精馏剂效果差的缺点，利用萃取精馏溶剂是液体回收循环方便工业上易于实现的优点，来克服溶盐蒸馏时盐是固体回收输送困难等缺点提出加盐萃取蒸馏。 3.4性质约束方法：根据某些原则划定分离混和物系所需溶剂的大致范围 1．经验筛选方法从重关键组分嘚极性或同系物中选择 ，2活度系数方法计算精馏物系的关键组分在溶剂中的活度系数,3. 实验筛选 3.5、怎样测定含盐体系全浓度下汽液平衡的數据。2

7.0lg x s -=αα 答： 式中α12S 为加入含KAc 的乙二醇溶液时叔丁醇对水的相对挥发度；α12为不加溶剂时叔丁醇对水的相对挥发度；

x 2为溶液中水的摩尔汾率（脱溶剂基）

3.6、举例说明利用精馏来促进反应的反应精馏和利用反应促进分离的反应精馏过程

2+??→←+ 利用反应促进分离的反应精馏：利用异丙苯钠（IPNa ）从间二甲苯中分离对二甲苯的金属反应精馏。 3.7、对 A+B----C+D 形式的反应精馏要实现反应精馏各组分相对挥发度应有怎样的排列順序，给出反应精馏流程 答：C>A>B>D 3.8、目前用于均相反应精馏过程模拟计算有那几种方法

答：反应精馏的数学模型：在组分物料衡算式中考虑由於化学反应而引起该组分的生成或消失项在热量衡算式中考虑反应热效应项。反应精馏的严格计算：①三对角线矩阵法；②松弛法；③犇顿一拉夫森法均相反应精馏，板式塔连续反应精馏过程的稳态模拟目前已基本趋于成熟 平衡级模型和非平衡级模型。平衡级模型：粅料平衡方程、汽液平衡方程、归一化方程、焓平衡方程和反应动力学方程非平衡级模型：反应一扩散模型。 3.9 萃取精馏溶盐精馏和反應精馏 萃取精馏：通过向接近精馏塔的顶部连续加入比需分离组分相对挥发度低的物质(溶剂)，以改变塔内需要分离组分的相对挥发度缺點:溶剂比大，导致生产能力提高遇到困难且过程能耗大。研究:从“流”即萃取精馏流程安排、萃取精馏塔的塔板结构和“场”即分离剂戓溶剂的选择出发 盐效应机理：如果把盐加入饱和的非电介质水溶液，非电介质的溶解度就发生变化如果溶解度下降这个现象称为“鹽析”，如果溶解度增加就称为盐溶。这两种作用统称为“盐效应”溶盐精馏的优点（1）盐完全不挥发，它只存在于液相在塔内全蔀向下流动，并在底部产品中流出（2）盐使组分相对挥发度改变的效果好有时比用液体分离剂的效果好的多。缺点: 盐的溶解和回收后循環输送等比较困难在输送时会堵塞管道，给工业生产中带来极大的困难限制了它的应用。反应精馏：在化工生产中将反应和分离结合嘚一个过程一种利用精馏促进反应；另一种是通过反应来促进精馏分离。 第四章 4.1、根据膜分离过程的唯象方程给出三种以上膜分离过程的渗透通量，并加以简单的说明 答：常用不可逆过程的线性唯象方程式来描述:

物质量称为渗透通量;X i 表示引起物质迁移的驱动力；L ik 称为唯象系数。1.反渗透中水的通量:Jw=A(ΔP-Δπ)2.超

滤溶剂透过膜的通量： δ/P A J v

借助半透膜能透过溶剂而截留溶质的作用在高于溶液渗透压的压力推动下，使溶剂透过膜使溶质保留于溶液中，从而达到溶剂与溶质分离的过程

反渗透过程的机理与传质方程:步骤: （1）水从料液主体传递到膜的表面（2）透过膜，包括在膜表面水进入膜并通过膜的活性层的过程，（3）从膜的活性层进入支撑层的孔道然后流出膜。反渗透机理：有孔时孔大时是筛分，孔小时优先吸附一毛细孔流动模型等无孔时溶解扩散模型。

浓差极化：在反渗透中总有少量溶质透过膜过程为两组分同时向膜表面扩散，由于大部分溶质被截留溶质将在膜表面附近积累，因此从料液主体到膜表面建立起一层有浓度梯度的浓喥边界层 浓差极化对过程产生的影响：

（1）由于浓差极化，过程的有效推动力将下降导致渗透通量下降, 须提高操作压力 （2）随渗透通量增加，浓差极化比急剧增加, 限制了渗透通量的增加（3）膜表面处溶质浓度高于溶解度时，在膜表面上将形成沉淀使透过膜的阻力增加 ,料液主体浓度x A1不能高于一定值 。 减轻浓差极化的措施：

（1）提高料液流速流速增加，粘度边界层减薄传质系数增大，可使浓差极化仳减小 （2）在料液流道内设置湍流促进器增强料液的湍流程度，可在同样流速下提高传质系数 （3）提高温度，可使溶质的扩散系数增夶溶液的粘度降低，因而可以使浓差极化比减小

4.3、反渗透和超滤过程的浓差极化现象那个更严重为什么？两种分离过程的分离机理是否相同

答：超滤严重。反渗透机理：孔模型溶解扩散模型。浓差极化：在反渗透中总有少量溶质透过膜过程为两组分同时向膜表面擴散，由于大部分溶质被截留溶质将在膜表面附近积累，因此从料液主体到膜表面建立起一层有浓度梯度的浓度边界层 超滤和微滤是鉯压力差为推动力的膜分离过程，一般用于液相分离超滤处理的是大分子溶液 , 由于溶液中大分子不断地被截留，逐渐累积在膜表面上導致浓差极化现象较反渗透严重 。超滤膜对大分子的截留机理主要是筛分作用决定截留效果的主要是膜的表面活性层上孔的大小与形状，膜的物化性质对分离特性影响不大 反渗透机理分为有孔和无孔。

4.4 电渗析中有几种物质传递过程

电渗析：指在直流电场作用下溶液中的離子选择性地通过离子交换膜的过程使用带电荷膜在电位差驱动下，从水溶液中对不同离子进行分离、浓缩的一种方法

(1)同性离子迁移(2)反離子迁移(3)水的渗透(4)电解质的渗析(5)水的解离(6)水的电渗析(7)压差渗透.电渗析过程的

浓差极化现象及其危害：阴离子从主流层穿过滞流层时，除電子迁移外还发生浓差扩散迁移 。假设滞流层的厚度

为δ，浓度梯度呈线性状态，根据Fick 第一扩散定律在滞流层中阴离子的扩散通量如丅式所示： -D ·d c /d t =

D (C 0-C 1)/δ 由扩散迁移来的阴离子量等于阴离子的亏量达到动态平衡。δ/)(/)(10C C D F i t t -=---如果电流密度逐渐增大，则阴膜淡水面侧阴离子的浓度C 1就逐渐减小

到达某一特定电流密度时，C 1将趋近为零)(/0lim -

1.参数：描述总体特征的概括性数芓度量是研究者想要了解的总体的某种特征值。所关心的参数主要有总体均值、标准差、总体比例等总体参数通常用希腊字母表示

2.残差:因变量的观测值与根据估计的回归方程求出的预测值之差，用e表示反映了用估计的回归方程去预测而引起的误差，可用于确定有关误差项ε的假定是否成立

3.标准分数：变量值与其平均数离差除以标准差后的值就是标准分数也称标准化值或z分数P87

4.次序统计量：一组样本观測值X1,X2,…,X n由小到大的排序X（1）≤X（2）≤…≤ X （i）

≤…≤ X（n）后，称X（1）X（2），…X（n）为次序统计量。中位数、分位数、四分位数等都是佽序统计量

5.β错误：原假设为伪是没有拒绝，犯这种错误的概率用表示，所以也称β错误或取伪错误

6.α错误：原假设为真时拒绝原假设，犯这种错误的概率用α表示，所以也被称

7.多元回归方程：描述因变量y 的平均值或期望值如何依赖于自变量x1

，…x k的方程。多元线性回归方程的形式为

8.多元回归模型：描述因变量y 如何依赖于自变量x1 x2，… x k和误差项ε的方程，称为多元回归模型。其一般形式为：

9.多重判定系数：昰多元回归中的回归平方和占总平方和的比例，它是度量多元回归方程拟合程度的一个统计量反映了在因变量y的变差中被估计的回归方程所解释的比例。

10.F分布：设随机变量Y与Z相互独立且Y与Z分别服从于自由度为m和n

χ分布，随机变量X有如下表达式：F=nY／mZ,则称X服从于第一自由度為

m,第二自由度为n的F分布，记作X～F（m,n）

11.方差分析：检验各个总体均值是否相等来判断分类型自变量对数值型因变量是否有显著影响

χ分布：设随机变量X1，X2…，Xn相互独立且Xi（i=1，2…，n）服从标准正态分布N（01）则他们的平方和服从自由度为n的2