1、化工总控工技师（结晶、蒸发、气体的吸收基本原理）模拟试卷 2及答案与解析 1 何谓结晶操作 ?结晶操作有哪些特点 ? 2 溶液结晶的方法有哪几种 ? 3 什么叫过饱和溶液 ?过饱和度有哪些表示方法 ? 4 结晶过程包括哪几个阶段 ? 5 影响结晶操作的因素有哪些 ? 6 扩散理论的论点是什么 ? 7 什么是吸收 ? 8 什么是雾沫夹带现象 ?其影响因素有哪些 ? 9 影响塔板效率的主要因素有哪些 ? 10 塔板上气液接触可分为几种类型 ? 11 何谓气体吸收的气膜控制 ?气膜控制时应怎样强化吸 收速率 ? 12 何谓气体吸收的液膜控制 ?液膜控制时应怎样强化吸收速率 ? 13 吸收和精馏过程本
2、质的区别在哪里 ? 14 什么是双膜理论 ? 15 除雾器的基本工作原理是什么 ? 16 汽化和蒸发有何区别 ? 17 为什么尿素溶液二段蒸发要使用升压器 ? 18 分析说明膜式蒸发器的工艺原理及尿液蒸发采用膜式蒸发器的理由。 19 什么叫三效顺流蒸发工艺流程 ? 20 简述蒸发真空系统中不凝性气体的来源。 21 氯碱生产蒸发工艺中为什么要严格控制蒸发罐的液面 ? 22 蒸发生产中，如 何降低蒸汽消耗 ? 23 在三效顺流部分强制循环蒸发流程中，如果发现一效二次蒸汽压力下降，请分析其可能原因及相应处理措施。 24 蒸发过程中，为提高加热蒸汽的经济性，可采用哪些节能措施 ? 25 在实际生产中，
3、如何实现蒸发生产的 “高产低耗 ”? 26 论述加热蒸汽中不凝性气体对蒸发生产的危害性，以及为解决这一问题生产应做好哪些工作。 27 如在生产中发现蒸发器内有较大杂声，请分析可能原因及解决方法。 28 多效蒸发流程中，末效真空度偏低的可能原因有哪些 ?怎样查找判断 ? 29 真空蒸发与 常压蒸发比较有何优点 ? 30 什么叫蒸发操作中的温度差损失 ?它是由哪些因素引起的 ? 31 什么叫单位蒸汽消耗量 ?它与哪些影响因素有关 ? 32 什么叫多效蒸发 ?多效蒸发的常用流程有哪几种 ?各有何优缺点 ? 33 简述采用多效蒸发的意义以及其效数受到限制的原因。 34 什么叫蒸发器的生产强度 ? 35
4、 在蒸发装置中，有哪些辅助设备 ?各起什么作用 ? 36 硝酸铵生产蒸发过程中，发现一效蒸发器的出口溶液浓度低，请分析可能的原因及解决方法。 化工总控工技师（结晶、蒸发、气体的吸收基本原理） 模拟试卷 2答案与解析 1 【正确答案】 指物质从液态 (溶液或熔融体 )或蒸气形成晶体的过程。 特点： 能从杂质含量很高的溶液或多组分熔融状态混合物中获得非常纯净的晶体产品； 对于许多其他方法难以分离的混合物系、同分异构体物系和热敏性物系等，结晶分离方法更为有效； 结晶操作能耗低，对设备材质要求不高，一般也很少有 “三废 ”排放； 结晶属于热、质同时传递的过程； 结晶产品包装、运输、贮存或使用都很方便。
5、 【知识模块】 结晶基础知识 2 【正确答案】 有不移去溶剂的结晶法和移去部分溶剂的结晶法。 【知识模块】 结晶基础知识 3 【正确答案】 溶液中的溶质浓度超过该条件下的溶解度时的溶液叫做过饱和溶液。过饱和度可以用浓度差和温度差来表示： c=cc； t=t一 t。 【知识模块】 结晶基础知识 4 【正确答案】 晶核的形成和晶体的成长两个阶段。 【知识模块】 结晶基础知识 5 【正确答案】 过饱和度的影响；冷却 (蒸发 )速度的影响；晶种的影响；杂质的影响；搅拌的影响。 【知识模块】 结晶基础知识 6 【正确答案】 溶质由溶液扩散到晶体表面附近的静止液层； 溶质穿过静止液层后达到晶体表面，生长在
6、晶体表面上，晶体增大，放出结晶热； 释放出的结晶热再靠扩散传递到溶液的主体中去。 【知识模块】 结晶基础知识 7 【正确答案】 使混合气体与适当的液体接触，气体中的一个或几个组分便溶解于该液体内而形成溶液，不能溶解的组分则保留在气相之中，使混合气体的组分得以分离，这种利用各组分在溶剂中溶解度不同而分离气体混合物的操作称为吸收。 【知识模块】 气体的吸收基本原理 8 【正确答案】 在板式塔操作中，当上升气体脱离塔板上的鼓泡液层时，气泡破裂而将部分液 体喷溅成许多细小的液滴及雾沫，当上升气体的空塔速度超过一定限度时，这些液滴和雾沫会被气体大量带至上层塔板，此现象称雾沫夹带现象。影响因素有空塔气速、
7、塔板间距和再沸器的换热面积等。 【知识模块】 气体的吸收基本原理 9 【正确答案】 物系性质因素 (如液体的黏度、密度 )，直接影响板上液流的程度，进而影响传质系数和气体接触面积； 塔板结构因素，主要包括板间距、堰高、塔径以及液体在板上的流经长度等； 操作条件，指温度、压力、气体上升速度、气液流量比等因素，其中气速的影响尤为重要，在避免大量雾沫夹带和 避免发生淹塔现象的前提下，增大气速对于提高塔板效率一般是有利的。 【知识模块】 气体的吸收基本原理 10 【正确答案】 鼓泡接触：在塔内气速较低的情况下，气体以一个个气泡的形态穿过液层上升； 蜂窝状接触：随着气速的提高，单位时间内通过液层气体数量
8、的增加，使液层变成为蜂窝状况； 泡沫接触：气体速度进一步加大时，穿过液层的气泡直径变小，呈现泡沫状态的接触形式； 喷射接触：气体高速穿过塔板，将板上的液体都粉碎成为液滴，此时传质和传热过程是在气体和液滴的外表面之间进行的。 【知识模块】 气体 的吸收基本原理 11 【正确答案】 对易溶气体，其溶解度较大，吸收质在交界面处很容易穿过溶液进入液体被溶解吸收，因此吸收阻力主要集中在气膜这一侧，气膜阻力成为吸收过程的主要矛盾，而称为气膜控制。当气膜控制时，要提高吸收速率，减少吸收阻力，应加大气体流速，减小气膜厚度。 【知识模块】 气体的吸收基本原理 12 【正确答案】 对难溶气体，由于其溶解度很小，这
9、时吸收质穿过气膜的速度比溶解于液体来得快，因此液膜阻力成为吸收过程的主要矛盾，而称为液膜控制。当吸收是液膜控制时，要提高吸收速率，降低吸收的阻 力，关键应首先增大液体流速，减小液膜厚度。 【知识模块】 气体的吸收基本原理 13 【正确答案】 吸收和精馏过程是混合物分离的两种不同的方法。吸收利用混合物中各组分在某一溶剂中的溶解度不同，而精馏是利用混合物中各组分的挥发度不同而进行分离。 【知识模块】 气体的吸收基本原理 14 【正确答案】 相互接触的气液两流体之间存在着一个稳定的相界面，界面两侧各有一个很薄的有效滞流膜层，吸收质以分子扩散的方式通过此两膜层； 在相界面处，气液达于平衡； 在膜以下的
10、中心区，由于流体充分滞流，吸收 质浓度是均匀的，即两相中心区内浓度梯度皆为零，全部浓度变化集中在两个有效膜层内。 【知识模块】 气体的吸收基本原理 15 【正确答案】 当带有液滴的烟气进入除雾器烟道时，由于流线的偏折，在惯性力的作用下实现气液分离，部分液滴撞击在除雾器叶片上被捕集下来。 【知识模块】 气体的吸收基本原理 16 【正确答案】 汽化指物质经过吸热从液态变为气态的过程。而蒸发是指汽化只是从液体表面产生的过程。蒸发是汽化的一种。 【知识模块】 蒸发基础知识 17 【正确答案】 生产中要求二段蒸发的尿素 浓度达到 99 7，此时，需控制温度为 140 左右，绝压为 0 0034MPa，这
11、样低的蒸气压，其冷凝温度大约为26 ，如仍使用 32 的循环水冷却时，蒸发的二次蒸汽就不能冷凝，如欲使循环水再进一步冷却，往往在经济上耗费过大，工业上很少采用。如采用升压器，把蒸发二次蒸汽抽出并提高了压力，这样冷凝温度便可升高，通常经升压器后压力选择为 0 012MPa，这时冷却温度为 49 ，用 32 的循环水冷却，有足够的传热温差，可将蒸发二次蒸汽冷凝下来，所以二段蒸发要使用升压器。 【知识模块】 蒸发基础知识 18 【正 确答案】 膜式蒸发器工作时，加热蒸汽在管外，料液由蒸发器底部进入加热管，受热沸腾后迅速汽化，在加热管中央出现蒸汽柱，蒸汽密度急剧变小，蒸汽在管内高速上升，并继续蒸发，气
12、液在顶部分离器内分离，完成液由分离器底部排出，二次蒸汽由分离器顶部逸出，这就是膜式蒸发器的工作原理。正因为膜式蒸发器管内中心为高速流动的气流，而液膜极薄，流速极高，这样就使加热器有极高的传热系数，以致在极短时间里就把尿液增浓到指标，这对减少缩二脲生成是非常有利的。同时，也保证了尿液迅速穿过结晶温度点，而不致引起管中结晶堵塞。 【知识模块 】 蒸发基础知识 19 【正确答案】 在蒸发工艺流程中，蒸汽被利用了三次，且碱液在各效的流向和蒸汽的流向相同，这样的蒸发流程称为三效顺流蒸发工艺流程。 【知识模块】 蒸发基础知识 20 【正确答案】 蒸发真空系统中，不凝性气体通常来自下述三方面： 二次蒸汽夹带
13、的不凝气； 冷却水进入真空系统后释放出其溶液的不凝气； 设备管道连接部位漏入的不凝气，且此量最为可观。 【知识模块】 蒸发基础知识 21 【正确答案】 因为蒸发罐液面控制过低，会造成加热室结垢严重，出料量少，液面控制过高，降低蒸发传热效率，碱损失增大，所以蒸发工艺中要严格控制蒸发罐液面。 【知识模块】 蒸发基础知识 22 【正确答案】 蒸发生产中，要降低蒸汽消耗必须做到： 提高进蒸发器原料液浓度； 适当提高进入蒸发器的生蒸汽压力； 提高真空罐真空浓度； 定时排放不凝性气体； 提高完成液完成率； 充分利用冷凝水余热，提高进料原料液温度； 合理使用阻气排水器和疏水阀； 加强设备保温，减少热损； 减
14、少清洗蒸发罐水 量，延长洗罐周期； 减少蒸发系统结晶盐的周转率；加强工艺控制，稳定蒸发罐液面。 【知识模块】 蒸发基础知识 23 【正确答案】 一效二次蒸汽压力下降的可能原因有： 生蒸汽压力偏低； 一效加热室严重结垢； 一效的冷凝水排放不畅； 加热室内不凝性气体太多； 二效加热室泄漏。 对应的处理方法有： 提高生蒸汽压力； 洗效； 疏通冷凝水排放管道； 排放加热室内不凝性气体； 停车检修泄漏。 【知识模块】 蒸发基础知识 24 【正确答案】 选择适当的多效蒸发工艺，能使用同样多的 加热蒸汽蒸发出更多的水分，降低单位蒸汽消耗量，提高蒸发生产能力和强度。 在多效蒸发操作中，可将额外的一部分二次蒸汽
15、引出作为其他加热设备的热源，提高蒸汽的利用率。 利用好从每一个蒸发器的加热室排出的冷凝水热能，可将其用来预热原料液或加热其他物料；也可以通过减压闪蒸的方法，产生部分蒸汽再利用其潜热；或根据生产需要，将其作为其他工艺用水。 采用热泵蒸发，将蒸发器的二次蒸汽通过压缩机压缩，提高其压力并使其饱和温度超过溶液的沸点，再送回蒸发器加热室作为加热蒸汽。 采用多级多效闪蒸方法，可充分利用低压蒸汽作为热 源。 采用选择性高、节能的渗透蒸发膜分离技术。 【知识模块】 蒸发基础知识 25 【正确答案】 外供蒸汽压力要稳定，蒸汽压力过低，产量低，压力过高，会加速加热室结晶； 真空度要高，做到大于 0 080MPa，
16、真空度越高，产量越高，蒸汽消耗越低； 液面控制要适当，液面过低影响气液分离，会加速加热室结晶，影响其产量及消耗； 分好结晶，结晶分离得不好，会加速加热室结晶，增加汽耗，减少产量，同时分离不好，清液过多，会加大离心机负荷，增加汽耗和结晶损失； 应勤过料，减少管道堵塞，增加产量，降低汽耗 ； 排放好不凝气，排放得不好会影响和传热系数 K，减少产量，增加汽耗。 【知识模块】 蒸发基础知识 26 【正确答案】 由于锅炉给水的除氧不彻底，以及停车积集空气等原因，在加热室不可避免地会夹带少量不凝气，这些不凝气若不能及时排除就会在加热室中逐步积累，在加热管周围形成一层气膜，而空气的对流传热膜系数远远小于水蒸
17、气对流传热膜系数，热阻远远大于水蒸气，不凝气的存在会大大增加传热阻力，从而降低蒸发器生产能力。经测定加热蒸汽中含 1的不凝气，装置生产能力将下降 15，加热蒸汽中含 4的不凝气，装置的生产 能力将下降 38。为解决这一问题，应做到：在蒸发器加热室中设置合理的不凝气排放口，最好在其上下部均设置排放口；在操作中，定期排放不凝气，一般 4h/次。 【知识模块】 蒸发基础知识 27 【正确答案】 蒸发器内有杂声的可能原因有： 加热室内有空气； 加热管漏； 冷凝水排出不畅； 部分加热管堵塞； 蒸发器部分元件脱落。相应的解决方法有： 开放空阀排除； 停车修理； 检查冷凝水管路； 清洗蒸发器； 停车修理。
18、【知识模块】 蒸发基础知识 28 【正确答案】 末效真空度偏低的原因有： 真空系统 泄漏； 上水量小或温度高； 喷射泵喷嘴堵塞； 下水量结垢； 加热室漏。 判断方法： 观察下水是否翻大泡，确认后查管路系统； 观察上水压力、水温情况； 水压足的情况下，观察冷凝器的下水； 有无返水现象； 停车试静压。 【知识模块】 蒸发基础知识 29 【正确答案】 在真空下，液体沸点降低，可使加热蒸汽与物料沸腾间温差增大，这样当热负荷一定时可以减少换热面积； 在真空下可以在较低温度下蒸发，可以避免热敏性较强物质的副反应，可蒸发不耐高温的溶液； 真空蒸发中损失于外界的热量较少； 可以利用低压蒸汽或废汽作为加热剂。
19、【知识模块】 蒸发基础知识 30 【正确答案】 蒸发操作中的温度差损失，是指根据冷凝器附近管道测出的二次蒸气压力所查出的二次蒸气温度 T比溶液的实际沸点 T 沸 要小，即两者之间存在一个温度差 ，称为温度差损失 =T 沸 一 T。引起温度差损失的原因主要有三个： 由于溶质的存在使溶液沸点升高 ； 由于液柱静压力存在使溶液沸点升高 ”； 由于管道阻力产生的压力降引起温度差损失 “。 = + “+ “ 【知识模块】 蒸发基础知识 31 【正确答案】 所谓单位 蒸汽消耗量，表示每蒸发 1kg水所需消耗的加热蒸汽量，用 e表示， e=D/W。单位蒸汽消耗量的大小即加热蒸汽的经济性除了跟原料液的温度有关
20、外，主要取决于蒸发的效数及蒸汽的综合利用情况。 【知识模块】 蒸发基础知识 32 【正确答案】 所谓多效蒸发，是指将前一效蒸发器汽化出的二次蒸汽引入下一效作为加热蒸汽，多个蒸发器串联操作的流程。 多效蒸发的常用流程有以下三种： 并流加料流程，即溶液与加热蒸汽的流动方向相同，都是顺序从第一效流至末效。其优点是溶液从压力和沸点较高的前效可自动流入压力和沸点较低的后效， 且会在后效产生自蒸发，可以多汽化部分水分。此外，操作也简便，容易控制。但随溶液从前效流至后效，温度降低，浓度增大，使溶液的黏度增加，蒸发器的传热系数下降，故不适于黏度随浓度增加而变化很大的物料。 逆流加料流程，即溶液的流动方向与加热
21、蒸汽的流动方向相反，蒸汽仍然顺序从第一效流至末效，而溶液从末效加入。其优点是溶液浓度随流动方向增大的同时，其温度也随之升高，使得溶液的黏度基本保持不变，从而各效的传热系数也大致相同。其缺点是溶液在效间的流动需要用泵来输送，产生的二次蒸汽量也较少，适合于处理黏度随浓度和温度增加而 变化较大的物料。 平流加料流程，各效都加入原料液放出浓缩液，蒸汽仍然顺序从第一效流至末效。其特点是溶液不需要在效间流动，适合于处理在蒸发过程中容易析出结晶的物料。 【知识模块】 蒸发基础知识 33 【正确答案】 采用多效蒸发可以用 1kg加热蒸汽蒸发出 1kg以上的水，比起单效蒸发能节约大量的能源，即大大提高了加热蒸汽
22、的经济性，故一般的蒸发操作常采用多效蒸发流程。但效数达到一定数量再增加时，由于所节省的加热蒸汽操作费用已不抵增加的设备费用，即得不偿失，也就是说，多效蒸发的效数是受到限制的。原则上，多 效蒸发的效数应根据设备费用和操作费用两者之和为最小来确定。 【知识模块】 蒸发基础知识 34 【正确答案】 蒸发器的生产强度是指单位时间内单位传热面积上所能蒸发的水分量，单位为 kg/(m2 h)。 【知识模块】 蒸发基础知识 35 【正确答案】 在蒸发装置中，辅助设备主要有除沫器、冷凝器和真空装置等。除沫器用于在分离室中除去二次蒸汽夹带出的液沫或液滴，防止液体产品的损失或冷凝液被污染；冷凝器的作用是二次蒸汽冷
23、凝成水后排除；真空装置则是在减压操作时，将冷凝液中的不凝性气体抽出，从而维持蒸发操 作所需要的真空度。 【知识模块】 蒸发基础知识 36 【正确答案】 如果发现温度较低，可能原因有： 加热蒸汽压力低； 蒸发器的负荷较大，加热面不足； 人蒸发器的溶液浓度较低； 真空度低； 惰性气体放空阀门未开启或开启度过小。 相应的处理措施有： 提高加热蒸汽压力； 减少蒸发器的负荷，增开备用蒸发器或适当调整各蒸发器负荷； 临时减少蒸发器负荷，适当提高加热蒸汽压力和真空度，联系调度室尽快提高硝酸浓度，使中和液浓度达到正常工艺指标； 分析查找原因，提高真空度； 放空阀门开大或全开， 使加热室内惰性气体及时排出。如发现蒸发器负荷量、加热蒸汽压力及真空度正常，但溶液出口温度略偏高，则可能是因蒸发器列管漏，加热蒸汽及冷凝液进入溶液系统，此时需要停车检查，修理。 【知识模块】 蒸发基础知识
