34.（2.0分）不同分离流程的相同之处是先将____碳原子数的烃分开，再分同一碳原子数的____和烷烃，均将生产乙烯产品的____精馏塔和生产丙烯的____精馏塔放在流程的最后。

汽提塔是属于（）。A. 只有精馏段的不完整塔B. 只有提馏段的不完整塔C. 既有精馏段又有提馏段的完整塔

导热系数和对流传热系数都是物质的属性之一。A. 正确B. 错误

煤炭气化时,必须具备三个条件,即(),气化剂,供给热量,三者缺一不可。A. 气化炉B. 再沸器C. 脱水塔

习题:2-1.为什么要研究流体的pVT关系?答:在化工过程的分析、研究与设计中,流体的压力p、体积V和温度T是流体最基本的性质之一,并且是可以通过实验直接测量的。而许多其它的热力学性质如内能U、熵S、Gibbs自由能G等都不方便直接测量,它们需要利用流体的p –V –T数据和热力学基本关系式进行推算;此外,还有一些概念如逸度等也通过p –V –T数据和热力学基本关系式进行计算。因此,流体的p –V –T关系的研究是一项重要的基础工作。个人收集整理 勿做商业用途2.2.理想气体的特征是什么?答:假定分子的大小如同几何点一样,分子间不存在相互作用力,由这样的分子组成的气体叫做理想气体。严格地说,理想气体是不存在的,在极低的压力下,真实气体是非常接近理想气体的,可以当作理想气体处理,以便简化问题。个人收集整理 勿做商业用途理想气体状态方程是最简单的状态方程:2-3.偏心因子的概念是什么?为什么要提出这个概念?它可以直接测量吗?答:纯物质的偏心因子是根据物质的蒸气压来定义的。实验发现,纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系,即符合:个人收集整理 勿做商业用途 其中,对于不同的流体,具有不同的值。但Pitzer发现,简单流体(氩、氪、氙)的所有蒸气压数据落在了同一条直线上,而且该直线通过=0.7,这一点。对于给定流体对比蒸气压曲线的位置,能够用在=0.7的流体与氩、氪、氙(简单球形分子)的值之差来表征。个人收集整理 勿做商业用途Pitzer把这一差值定义为偏心因子,即任何流体的值都不是直接测量的,均由该流体的临界温度、临界压力值及=0.7时的饱和蒸气压来确定。2-4.纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大,饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗?答:正确。由纯物质的p –V图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。进行试差迭代得: h=0.244所以以进口N2为1mol作基准入口总物质的量为:1+3+0=4mol出口总物质的量为:1×(1-0.15)+3.(1-0.15)+1×0.15×2=3.7mol产品的摩尔流率为:反应物摩尔流率×3.7/4=1.022×105×3/4=9.45×104产品的体积流率为:速率2-27.测得天然气(摩尔组成为CH484%、N29.、C2H67%)在压力9.27MPa、温度37.8℃下的平均时速为25。试用下述方法计算在标准状况下的气体流速。个人收集整理 勿做商业用途(1)理想气体方程;(2)虚拟临界参数;(3)Dalton定律和普遍化压缩因子图;(4)Amagat定律和普遍化压缩因子图。解:(1)按理想气体状态方程;标准状况下气体流速v(273K,0.1013MPa)=(2)虚拟临界参数法首先使用Kay规则求出虚拟的临界温度和临界压力,计算结果列表如下:组分摩尔/％/K/MPay/Ky/MPa甲烷0.84190.564.599160.073.863氮气0.09126.103.3941..350.305乙烷0.07305.324.87221.370.341合计1.00192.794.510虚拟临界温度为192.79K,压力为4.510MPa,混合物的平均压缩因子可由下列对比温度和对比压力求出:个人收集整理 勿做商业用途,查两参数普遍化压缩因子图得:Zm=0.89将压缩因子代入方程得:在标准状态下,压缩因子Z=1,因此体积流率可以得到:(3) Dalton定律和普遍化压缩因子查普遍化压缩因子图时,各物质的压力使用分压组分ZyiZi甲烷1.637.7871.6930.900.756氮气2.460.8340.2460.980.0882乙烷1.0280.6490.1330.960.0672合计0.9114将压缩因子代入方程得:在标准状态下,压缩因子Z=1,因此体积流率可以得到:(4) Amagat定律和普遍化压缩因子先查得各物质的压缩因子,再使用分体积定律进行计算组分ZyiZi甲烷1.632.0160.880.739氮气2.462.7310.990.0891乙烷1.0281.9030.320.0224合计0.8507在标准状态下,压缩因子Z=1,因此体积流率可以得到:2-28.试分别用下述方法计算CO2(1)和丙烷(2)以3.5:6.5的摩尔比混合的混合物在400K和13.78MPa下的摩尔体积。个人收集整理 勿做商业用途(1)RK方程,采用Prausnitz建议的混合规则(令=0.1)(2)Pitzer的普遍化压缩因子关系数。解:(1)RK方程由附录三查得CO2(1)和丙烷(2)的临界参数值,并把这些值代入方程(2-48a)~(2-48e)以及(2-13a)、(2-13b)进行计算,得出的结果如下:个人收集整理 勿做商业用途ij/K/ MPa11304.27.3820.09400.2740.22822369.84.2480.20000.2770.15212335.45.4720.14040.27550.190并且组元CO2（1）6.4602.968×10-5C3H8（2）18.296.271×10-5121..12由(2-51a)和(2-51b)得: 按照式(2-16a) (A)和式(2-16b) (B)联立求解方程(A)、)(B)进行迭代计算得:迭代次数Zh10.211910.57090.371220.50960.415830.53940.392840. 52110.406650.53130.398860.52520.403570.52870.4008因此:Z=0.5287,h=0.4008混合物得摩尔体积为:(2)Pitzer的普遍化压缩因子关系式求出混合物的虚拟临界常数:查图2-9和2-10得:,则: 2-29.试计算甲烷(1)、丙烷(2)及正戊烷(3)的等摩尔三元体系在373K下的值。已知373K温度下个人收集整理 勿做商业用途,,,,解:由式(2-45),对于三元体系得:2-29.试计算混合物CO(1)-n-CH(2)在34..26.和6.48MPa时的液体体积。已知混合物中CO的摩尔分数为x=0.502,液体摩尔体积的实验值为个人收集整理 勿做商业用途解:从附录三中CO2(1)和n-C4H10(2)的临界参数值如下:使用式(2-63):计算式中:每个物质的Z值使用Zc代替,则:由式(2-65c)得:误差%=习题3-1. 单组元流体的热力学基本关系式有哪些?答:单组元流体的热力学关系包括以下几种:(1)热力学基本方程:它们适用于封闭系统,它们可以用于单相或多相系统。 (2)Helmholtz方程,即能量的导数式 (3)麦克斯韦(Maxwell)关系式 3-2. 本章讨论了温度、压力对H、S的影响,为什么没有讨论对U的影响?答:本章详细讨论了温度、压力对H、S的影响,由于,在上一章已经讨论了流体的pVT关系,根据这两部分的内容,温度、压力对U的影响便可以方便地解决。个人收集整理 勿做商业用途3-3. 如何理解剩余性质?为什么要提出这个概念?答:所谓剩余性质,是气体在真实状态下的热力学性质与在同一温度、压力下当气体处于理想气体状态下热力学性质之间的差额,即:个人收集整理 勿做商业用途M与M分别表示同温同压下真实流体与理想气体的广度热力学性质的摩尔量,如V、U、H、S和G等。需要注意的是剩余性质是一个假想的概念,用这个概念可以表示出真实状态与假想的理想气体状态之间热力学性质的差额,从而可以方便地算出真实状态下气体的热力学性质。个人收集整理 勿做商业用途定义剩余性质这一个概念是由于真实流体的焓变、熵变计算等需要用到真实流体的热容关系式,而对于真实流体,其热容是温度和压力的函数,并且没有相应的关联式,为了解决此问题就提出了剩余性质的概念,这样就可以利用这一概念方便地解决真实流体随温度、压力变化的焓变、熵变计算问题了。个人收集整理 勿做商业用途3-4. 热力学性质图和表主要有哪些类型?如何利用体系(过程)的特点,在各种图上确定热力学的状态点?答:已画出的热力学性质图有p-V,p-T,H-T、T-S、lnp-H、H-S图等,其中p-V图和p-T图在本书的第二章已经介绍,它们只作为热力学关系表达,而不是工程上直接读取数字的图。在工程上常用地热力学性质图有:个人收集整理 勿做商业用途(1) 焓温图(称H-T图),以H为纵坐标,T为横坐标。(2) 温熵图(称T-S图),以T为纵坐标,S为横坐标。(3) 压焓图(称lnp-H图),以lnp为纵坐标,H为横坐标。(4) 焓熵图(称Mollier图,H-S图),以H为纵坐标,S为横坐标。水蒸汽表是收集最广泛、最完善的一种热力学性质表。热力学性质图的制作可以将任意点取为零(即基准点),例如,目前常用的H、S基点为该物质-129℃的液体。可以利用一些实验数据,此外,还可以根据体系和过程的特点,利用各种热力学基本关系,如热力学性质关系式、p-V-T数据等进行计算。制作纯物质(包括空气)热力学性质图表是一个非常复杂的过程,制图中输入的实验值是有限的,大量的数据是选用合适的方法进行计算得到的。并且既需要各单相区和汽液共存区的p-V-T数据,又需要它们在不同条件下的等热力学基础数据,如沸点、熔点、临界常数、和。个人收集整理 勿做商业用途3-5. 推导以下方程, 式中T、V为独立变量证明:(1)设变量x,y,z,且写出z的全微分为:令,则,由全微分性质得:类比:写出A的全微分为:且,并,由全微分性质得:(2)将上式两边在恒定的温度T下同除以的dV得:(1) 已经证明则,3-6. 试证明

工业萃取过程由 __ 、__ 和 __ 三个基本过程组成。

流体微元从进入反应器到离开反应器所经历的时间称为A. 反应时间B. 生产时间C. 停留时间D. 非生产时间

有一套管换热器,在内管中空气从20℃被加热到50℃,环隙内有120℃的水蒸-|||-气冷凝,则内管壁的温度接近 __ ℃。-|||-(A)35 (B)77.5 (C)120 (D)100

在多组分精馏过程中绝大多数出现在釜液里的关键组分是()A. 重关键组分；B. 轻非关键组分;C. 重非关键组分。D. 轻关键组分;

[H]=H2(g)G = - 72,950.60.90T, J·mol-1lgK=+3.181.0.C时, H2的平衡压力=1.64105w[H]×0.1013MPa (2-2-134)一个氩气泡上浮过程脱氢的量为 , mol一个气泡上浮引起钢液中氢含量的下降为dw[H]%,,dn与dw[H]%的关系为 (2-2-135)式中w钢液量,t;M[H] 氢原子的摩尔质量, kg·mol-1;dV氩气在标态下的体积, m3。整理并代入式(2-2-134)得上式积分后得 (2-2-136)式中w[H] 开始吹氩时钢液中氢的质量百分数;w[H] 吹氩结束时钢液中氢的质量百分数。还可以应用类似的方法推导出吹氩(或氮)过程脱碳反应速率和脱氢速率的关系 (2-2-137)对吹氩去氮也可以导出与式(2-2-136)、(2-2-137)相应的公式。但是气泡中氮分压远不能达平衡。生产实践证明, 吹氩没有明显的脱氮效果。原因可能是脱氮过程动力学规律较复杂。氮的扩散不是唯一的控速环节, 界面化学反应也有较大的阻力。例题2-2-3已知钢液原始氢含量为810-4%, 求在1600C将氢含量降至410-4%.每吨钢水所需的吹氩量。解 将式(2-2-136)两边除以钢包中钢水量w, 得代入w[H]及w[H]值,得m3·t-1解得所需的氩气量为每吨钢0.854 m3(标态)。例题2-2-4若在钢包吹氩过程中碳含量可视为常数,为0.5%,不平衡常数=0.5,计算将钢液中氧含量由0.004%降至0.001%每吨钢水所需的吹氩量。解 由式(2-2-132)可得单位体积钢液所需的吹氩量代入w[C]%、w[O]、w[O]值 =0.155(m3·t-1)解得所需的氩气量为每吨钢0.155 m3(标态)。真空冶金过程动力学讨论真空技术在冶金生产中的应用大体上可以划分为两大类。一类用于钢水的处理,最常应用的有真空铸锭、钢包真空处理、RH和DH真空精炼等,通常称为真空处理;另一类属于真空熔炼过程,如真空自耗熔炼,真空电渣熔炼。在真空条件下,有良好的去除金属液中溶解的氢、氧等有害杂质的有利条件,提高冶金产品的质量。但是,真空也加速了合金元素的挥发.掌握真空冶金过程动力学有利于控制这些过程。以下介绍真空去气的基本动力学规律。金属液去气过程的组成步骤为:1)溶解于金属液中的气体原子通过对流和扩散迁移到金属液面或气泡表面;2)在金属液或气泡表面上发生界面化学反应, 生成气体分子。这一步骤又包括反应物的吸附,化学反应本身及气体生成物的脱附;3)气体分子通过气体边界层扩散进入气相, 或被气泡带入气相,并被真空泵抽出。根据大多数研究结果,钢液中吸氢、脱氢、脱氧过程由钢液边界层中的传质控制,传质速率 (2-2-138)式中A表面积;cm钢液内部浓度;c气液界面处的浓度。由物质平衡可得 (2-2-139)式中 V钢液的体积。该式说明传质速率等于去气(氢或氧)的速率。联立式 (2-2-138) 和 (2-2-139) 可得 (2-2-140)假设表面浓度为常数,积分上式得 (2-2-141)式中c、cm钢液的原始浓度及真空处理t时该元素的浓度。上式中的浓度可以用mol·m-3为单位, 也可以用质量分数。该式说明, 如果脱气过程为传质步骤控制, 则表现为一级反应规律,如脱氢和脱氧过程属于这一种机理。2.3液/液反应动力学液/液反应是指两个不相溶的液相之间的反应。这类反应对冶金过程十分重要。例如,电炉炼钢过程,从炉内形成钢液熔体开始,直至出钢为止,液/液反应贯穿于整个熔化、氧化和还原过程中。例如,熔化期和氧化期中钢液中C、Si、Mn、P及某些合金元素的氧化,就包含有渣中氧化铁和钢中这些元素之间的反应。还原期的脱硫也是渣钢之间的反应。有色冶金也有类似的情况。如湿法提取冶金中用萃取的方法进行分离和提纯就是典型的液/液反应的例子。在火法冶金过程中,鼓风炉炼制粗铅及转炉吹炼粗铜都包含有熔渣和金属熔体之间的液/液反应。液/液反应机理的共同特点在于,反应物来自两个不同的液相,然后在共同的相界面上发生界面化学反应,最后生成物再以扩散的方式从相界面传递到不同的液相中。寻求这样的反应的规律,较多地应用了双膜理论。液/液反应的限制性环节一般分为两类。一类以扩散为限制性环节;另一类是以界面化学反应为限制性环节。对这两类不同的反应过程,温度、浓度、搅拌速度等外界条件对速度的影响也是不同的,借此可用来判断限制性环节。大量事实说明,在液/液反应中,尤其是高温冶金反应中,大部分限制性环节处于扩散范围,只有一小部分反应属于界面化学反应类型。尽管后者代表的反应不多,但其机理研究却很重要,一般说来,处理的难度也较前者大。2.3.1金属液-熔渣反应机理一般是应用双膜理论分析金属液/熔渣反应机理和反应速率。金属液/熔渣反应主要以以下两种反应进行。[A] + (B z+ ) = (Az+ ) + [B] (2-2-142)[A] + ( B z- ) = ( Az- ) + [B] (2-2-143)式中, [A]、[B] 金属液中以原子状态存在的组元A、B;(Az+ )、 (Az- )、 ( Bz+ )、 ( Bz- ) 熔渣中以正(负)离子状态存在的组元A、B。就反应机理,整个反应包括如下步骤:1)组元 [A] 由金属液内穿过金属液一侧边界层向金属液/熔渣界面迁移;2)组元(Bz+)由渣相内穿过渣相一侧边界层向熔渣/金属液界面的迁移;3)在界面上发生化学反应 4)反应产物 (Az+)*由熔渣/金属液界面穿过渣相边界层向渣相内迁移;5)反应产物 [B]* 由金属液/熔渣界面穿过金属液边界层向金属液内部迁移。图2-2-12是组元A在熔渣、金属液两相中浓度分布示意图。图中S 与M -----分别为渣相及金属液边界层的厚度;、c[A]-----分别为其在渣相及金属液中的浓度;----为组元A在渣膜一侧界面处的浓度;----为组元A在金属液膜一侧界面处的浓度。需改动图2-2-12组元A在熔渣与金属液中浓度分布示意图对于一般情况,若组元A在钢液和在渣中的扩散及在界面化学反应速率差不多,每一步的物质流密度如下:在金属液边界层的物质流密度 (2-2-144)在渣相边界层的物质流密度 (2-2-145)若界面化学反应为一级反应时,则正反应速率为 (2-2-146)逆反应速率为 (2-2-147)式中k、 k正、逆反应的速率常数;v、v正、逆反应速率。当正、逆反应速率相等,达到动态平衡时,则 (2-2-148)当正、逆反应速率不相等时,则化学反应净速率为总反应过程可以认为是稳态,则 (2-2-149)或 采用合分比的方法可以得出 (2-2-150)这里,分别表示A在钢液、渣中的传质和在界面上化学反应的阻力。这就是双膜理论在渣钢反应应用的数学模型。可以看出,总反应速率与两相间的浓度差成正比,与总反应的阻力成反比。讨论:1)若A在钢液中的传质是限制环节,即则在渣中的阻力和化学反应的阻力可以忽略,此时,总过程的速率由 所以 2)若A在渣中的传质是限制环节,则在钢液中的阻力和化学反应的阻力可以忽略,此时,总过程的速率由 所以 3)若A在渣钢界面化学反应是限制环节,则在钢液和渣中的阻力可以忽略,此时,总过程的速率在炼钢的高温情况下,一般说来,化学反应速率是很快的,不是过程的限制性环节。总的速率多决定于组元的传质速率。2.3.2钢中锰氧化的动力学钢中锰的氧化从熔化期就开始了。在电炉炼钢过程中,Mn的氧化主要是通过与渣中FeO的相互作用而发生的,这是一个典型的钢渣反应。 [Mn]+(FeO)=(MnO)+[Fe] (2-2-151)我们可以利用双膜理论计算该反应的速率,讨论反应过程的机理。例2-2-5: 27.电炉炼钢过程中,求正常沸腾的条件下Mn的氧化速率。设炉温为160.℃,渣的成分为: w(FeO)=20%; w(MnO)=5%, 而钢中Mn含量为0.2%,钢的密度=7.010kg·m,渣的密度=3.510kg·m。渣钢界面积为15m, Mn、Mn、Fe、Fe的扩散系数D以及它们在钢渣界面扩散时边界层厚度 已由实验求得,如表2-2-2所示。