第八章 精 馏
夏清《化工原理》(第2版)(下册)名校考研真题-第8章 蒸馏和吸收塔设备【圣才出品】
名校考研真题第8章蒸馏和吸收塔设备一、填空题1．一逆流操作的常压填料吸收塔，拟用清水吸收混合气所含的少量溶质。
入塔气体中含1%（体积%），经吸收后要求溶质被回收80%。
已知平衡线的关系为y =x ，则最小液气比为。
[浙江大学2004研]【答案】0.8【解析】最小液气比公式：D e min e ex y R y x -=-代入已知数据：b a b b *minb b 20%0.8/y y y y L G x y m --⨯⎛⎫=== ⎪⎝⎭则最小液气比为0.8。
二、选择题1．在下列物系中，不宜用填料塔操作的是（）。
[四川大学2008研]A．易起泡物系B．热敏性物料C．腐蚀性物系D．有固体悬浮物的物系【答案】D【解析】填料塔用于塔径小，真空操作易起泡，腐蚀性物系，热敏性物系，不宜处理聚合或含有固体悬浮的物系。
三、简答题1．何谓填料塔的载点、泛点？何谓填料层的等板高度？[江苏工业学院2008研]答：当无液体喷淋即喷淋量L 0=0时，干填料的∆p /z ～u 的关系是直线，其斜率为1.8～2.0。
当有一定的喷淋量时，∆p /z ～u 的关系变成折线，并存在两个转折点，下转折点称为“载点”，上转折点称为“泛点”。
达到“载点”后，随着气体流量的增大，明显阻止液体下降，压降曲线变陡，气液两相流动的交互影响便得比较明显。
“泛点”为刚刚出现液泛现象时的点。
填料层的等板高度（HETP）是指填料塔一块理论板所对应的填料层高度。
2．现需标定不锈钢压延孔环散装填料的空隙率和当量高度，试设计实验方案（绘出示意图和标出重要仪表），并简述测试步骤。
在塔径一定时，对填料的尺寸有何要求？[清华大学2001研]答：在大量筒内填充量筒体积五分之四的不锈钢压延孔环散装填料，读出此时不锈钢压延孔环散装填料的体积（V ）。
用量杯量取一定量的水，记录杯中水的体积，将量杯里的水徐徐注入不锈钢压延孔环散装填料的空隙内，直至水淹没不锈钢压延孔环散装填料，计算出水的用量（1V ）。
化工原理课后习题答案第八章 蒸馏习题答案
习题相平衡1．已知甲醇和丙醇在80℃时的饱和蒸汽压分别为181.13kPa 和50.92kPa ，且该溶液为理想溶液。
试求：（1）80℃时甲醇与丙醇的相对挥发度；（2）若在80℃下汽液两相平衡时的液相组成为0.6，试求汽相组成； （3）此时的总压。
解：（1）甲醇与丙醇在80℃时的相对挥发度557.392.5013.181===o BoA p p α（2）当x=0.6时 ()842.06.0)1557.3(16.0557.311=⨯-+⨯=-+=x x y αα（3）总压kPa yxp p o A 07.129842.06.013.181=⨯==2．已知二元理想溶液上方易挥发组分A 的气相组成为0.45（摩尔分率），在平衡温度下，A 、B 组分的饱和蒸汽压分别为145kPa 和125kPa 。
求平衡时A 、B 组分的液相组成及总压。
解：对二元理想溶液的气液平衡关系可采用拉乌尔定律及道尔顿分压定律求解。
已知理想溶液 ,45.0y =A 则0.5545.0-1y 1y A B ==-= 根据拉乌尔定律 A oA A x p p = ，B oB B x p p = 道尔顿分压定律 A A p p y = ，B B p p y = 则有 o A A p p x A y =,op p x BBB y = 因为 1x x B =+A所以 1p y p y 0B BA =⎪⎪⎭⎫⎝⎛+o Ap即 11250.551450.45=⎪⎭⎫ ⎝⎛+p可解得 p =133.3 kPa 则液相组成 414.014545.03.133y A =⨯==oAA p p x586.0414.01x 1A B =-=-=x3．苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系（安托因方程）为24.22035.1206032.6log +-=t p oA58.21994.1343078.6log +-=t p oB 式中oA p 单位为k a P ，t 的单位为℃。
甲醇精馏
甲醇精馏：1.什么是精馏?精馏的原理是什么?答：精馏：是指将由挥发度不同的组分组成的混合液,在精馏塔内同时而多次进行部分汽化和部分冷凝,使其分离成几乎纯态组分的过程。
精馏的基本原理：是利用混合物各组分挥发度不同,从塔底加热物料,产生上升蒸汽与塔顶冷凝下来的回流液在塔盘或填料上充分地进行逆流接触,发生传热和传质过程,易挥发组分汽化进入气相,难挥发组分冷凝进入液相,如此反复多次,使混合物各组分得到分离。
2. 什么叫萃取精馏？答：利用溶剂从水溶液中抽出有用物质，在精馏过程中因有共沸物的存在,用水来提高甲醇的沸点而将其低沸点的杂质分离出来的过程称为萃取精馏。
3. 精馏段和提馏段是如何划分的？其作用是什么？答：入料口以上为精馏段，入料口以下为提馏。
精馏段的作应是自下而上逐步增浓气相中的易挥发组分，即浓缩轻组分。
提馏段的作应是自上而下逐步增浓液相中的难挥发组分，即浓缩重组分。
4. 什么叫回流比、全回流？其最佳回流比是如何确定的？答：回流比：精馏塔内回流量与塔顶产品量之比值叫回流比。
全回流：在精馏操作中，当塔顶蒸汽全部冷凝后，不采出产品，全部流回塔内，这种情况称为全回流。
操作中的最佳回流量是根据当时的系统入料量、塔底温度的高低、产品的质量来调节的，使其达到即经济又保证产品质量的最佳状态时的回流比。
5. 蒸汽管线发生水击，应如何处理？开车时蒸汽管为什么要排放冷凝水？答：打开工段蒸汽导淋，将蒸汽管线内存积的冷凝液排净；稍开蒸汽阀待水排净后再将阀位恢复。
因为系统停车后，蒸汽管里积存了一部分冷凝水，如果开车时不排放管里的冷凝水，待开蒸汽阀门时蒸汽进入管道和管内的冷凝水产生液击，损坏管道和阀门。
6. 液泛是怎样发生的？应如何处理？答：是因塔内上升蒸汽阻止液体涌至下一层塔板，破坏塔的正常操作，若发现仪表各点温度混乱，塔内压力增高则说明液泛。
处理方法是减小蒸汽，减少系统入料，若液泛现象严重应停入料与采出，等塔底压力降低消除液泛现象后再开车。
第八章 煤焦油的初步蒸馏分析
第八章煤焦油的初步蒸馏第一节煤焦油的组成、性质及主要产品的用途煤焦油是煤在干馏和气化过程中得到的黑褐色、黏稠性的油状液体。
根据干馏温度和过程方法的不同，煤焦油可分为低温煤焦油(干馏温度在450～600℃)、中温煤焦油(干馏温度在700～900℃)、高温煤焦油(干馏温度在1000℃左右)。
低温煤焦油的特征是颜色稍褐，密度小，其中主要成分是高级酚、软蜡、短链的脂肪族饱和烃和烯烃。
中温煤焦油和高温煤焦油是低温煤焦油在高温下经二次裂解的产物。
本章主要讨论高温煤焦油，以下简称煤焦油。
一、煤焦油的组成和性质煤焦油的组成和物理性质波动范围大，这主要取决于炼焦煤组成和炼焦操作的工艺条件。
所以，对于不同的焦化厂来说，各自生产的煤焦油质量和组成是有差别的。
1.煤焦油的组成组成煤焦油的主要元素中，碳占90％左右，氢占5％左右，此外还含有少量的氧、硫、氮及微量的金属元素等。
高温煤焦油主要是芳香烃所组成的复杂混合物，估计其组分总数有上万种，目前已查明的约500种，其中某些化合物含量甚微，含量在1％左右的组分只有10多种。
表8—1列出了煤焦油中主要组分的含量及性质。
表8-1 高温煤焦油的组成表8—1所列化合物中碳氢化合物均呈中性。
含氧化合物中，主要为酸性的酚类及少量的中性化合物(如氧芴、古马隆等)。
含氮化合物中，含氮杂环的氮原子上有氢原子相连时呈中性(如咔唑、吲哚等)；而当无氢原子相连时呈碱性(如吡啶、喹啉)。
含硫化合物皆呈中性。
煤焦油中不饱和化合物含量虽少，但在受热和某些介质作用下易聚合成煤焦油渣，给化学产品回收及精制过程带来许多麻烦，而被看作是有害成分。
煤焦油质量标准见表2—1。
2.煤焦油的性质煤焦油的闪点为96～105℃，自燃点为580～630~C ，燃烧热为35700～39000kJ/kg 。
煤焦油的蒸发潜热入可用下式计算：λ＝494.1-0.67t (8—1)式中 t —煤焦油的温度，℃。
煤焦油馏分相对分子质量可按下式计算K M BT (8—2)式中 M —煤焦油馏分相对分子质量；T K —蒸馏馏分馏出50％时的温度，K ；B —系数，对于洗油、酚油馏分为3.74，对于其余馏分为3.80。
精馏基本知识
精馏原理和流程3.3.1精馏原理精馏：把液体混合物进行多次部分气化，同时又把产生的蒸气多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。
一、全部气化或全部冷凝设在1个大气压下，苯～甲苯混合液的温度为，其状况以A点表示，将此混合液加热，当温度到达（J点），液体开始沸腾，所产生的蒸气组成为（如D点），与成平衡，而且> ,当继续加热，且不从物系中取出物料，使其温度升高到（E点），这时物系内，汽液两相共存，液相的组成为（F点），蒸气相的组成为与成平衡的（G点），且> 。
若再升高温度达到（H点），液相终于完全消失，而在液相消失之前，其组成为（C点）。
这时蒸气量与最初的混合液量相等，蒸气组成为，并与混合液的最初组成相同。
倘再加热到H点以上，蒸气组成为过热蒸气，温度升高而组成不变的为。
自J点向上至H点的前阶段，称为部分气化过程，若加热到H点或H点以上则称全部汽化过程，反之当自H点开始进行冷凝、则至J点以前的阶段称为部分冷凝过程，至J点及J点以下称为全部冷凝过程。
部分汽化和部分冷凝过程实际上是混合液分离过程。
二、部分汽化、部分冷凝全部汽化、全部冷凝与部分汽化、部分冷凝的区别：（1）不从物系中取出物料，（2）温度范围不同。
部分汽化：将混合液自A点加热到B点，使其在B点温度下部分汽化，这时混合液分成汽液两相，气相浓度为，液相为（< ），汽液两相分开后、再将饱和液体单独加热到C点，在温度下部分气化，这时又出现新的平衡或得的液相及与之平衡的气相，最终可得易挥发组分苯含量很低的液相，即可获得近似于纯净的甲苯。
部分冷凝：将上述蒸气分离出来冷凝至，即经部分冷凝至E点，可以得到浓度为的汽相及液相，与成平衡> ，依次类推、最后可得较近于纯净的气态苯。
三、一部分气化、部分冷凝将液体进行一次部分气化，部分冷凝，只能起到部分分离的作用，因此这种方法只适用于要求粗分或初步加工的场合。
显然，要使混合物中的组分得到几乎完全的分离，必须进行多次部分气化和部分冷凝的操作过程。
第八章-分子蒸馏技术分解
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特点:
①液膜在旋转的转盘表面形成的液膜极薄且 分布均匀,蒸发速率和分离效率很高。
②受热时间更短,料液热裂解的几率低。 ③连续处理量更大,因此该装置更适合于工业
化连续性生产。
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7 分子蒸馏的适用范围
1.分子蒸馏适用于不同物质分子量差别较大的液体 混合物系的分离，特别是同系物的分离，分子量必 须要有一定差别。
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设Vm为某一分子的平均速度；f为碰撞频率； λm为平均自由程
则λm=Vm/f ∴f=Vm/λm 由热力学原理可知：
f
Vm • d 2P KT
则
m
•T
2 d 2 P
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T
m 2 • d 2P
温度、压力及分子有效直径是影响分子运动平均自 由程的主要因素。当压力一定时，一定物质的分子运 动平均自由程随温度增加而增加。当温度一定时，平 均自由程λm与压力p成反比，压力越小（真空度越 高），λm越大，即分子间碰撞机会越少、不同物质因 其有效直径不同，因而分子平均自由程不同。
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2 分子蒸馏背景
常规蒸馏，通常是指将液相加热至沸腾后再将气相冷凝， 从而实现混合物的分离，其实质是利用了不同物质间的沸 点差来完成的。尽管这种手段在工业上普遍应用，但对于 许多热敏性物系而言，这种方法并不适用。原因在于热敏 性物质在沸腾过程中会出现热分解，而这种热分解的速度 又是随着温度的升高呈指数升高，随停留时间的增大呈线 性增大的。因此，要解决好热敏性物系的分离间题，首先 就必须从降低蒸发过程的分离温度和缩短物料的受热时间 开始。
第八章-分离序列合成
• 初始•状如态何和理初解始初决始策状，态是和按初照始过决程策进？行的方向相对而言的。
• 右图中，过程从S 点出发，
所以S 点是全过程的初始状态
4
• 对P2 点来说，P1和Q1 是
其初始状态，从P1 到P2 和 S ●
P1
●
6
P2
●
1
P3
●
4
2
6
1
4 ●F
从Q1 到P2 是P2 的初始决策。
• 同理，P2 点又是P3 和Q3 点的初始状态。
(1) 蒸馏—— 组分的沸点； (2) 萃取—— 溶解度； (3) 筛分—— 固体粒度； (4) 蒸馏、萃取——组分挥发度。
8.2.3 可能的分离序列数
A
B
or
ABCD
C
D
• 分离序列的综合，实质上是一个组合问题（Combinatorial
Problem）；
组分 A
• 按相对挥发度由大到小排列，相 邻两组分之间可以分离开，称为分
SP1F V = 4 + Vp(2) =14
SQ1F V = 5 + Vq(2) =13
∴选择Q决策，整个问题的 最小代价是： Vs(1) =13
不论初始状态如何，对于前面 决策所造成的某一状态而言， 余下的所有决策总构成一个最 优决策。
•分离序列问题可视为 R-1 步的多步决策过程
•采用一种分离方法(精馏) 分离4 元混合物有 5 个分离序列， 共有10 个分离子问题（10 种不同的分离器，对应于不同的 年总费用）；
8.2 分离序列综合的基本概念
• 分离序列综合问题定义： 给定进料流股的条件（组成、流率、温度、压力），系
统化地设计出能从进料中分离出所要求产品的过程，并使 总费用最小。 #
第八章 氨的蒸馏与回收
第八章氨的蒸馏与回收氨碱法纯碱生产中，氨是作为中间介质存在的；在工艺过程中，它是周而复始不断循环的，而这种循环就是借助于蒸馏来实现的。
蒸氨工序是利用蒸馏及设备以回收制碱母液及其他含氨杂水中所含的以NH4CL、（NH4）2CO3、NH4OH等形式存在的氨及二氧化碳。
它的设置，使氨在制碱中循环使用成为可能。
蒸氨工序处于制碱的主要物料流溶液处理的末端，它是NH3与CO2返回下一个制碱循环的重要连接点，它的工况与生产效果如何是建立全系统良性工业循环的关键，也是全厂降低物料消耗与能量消耗的一个重点。
冷季生产的供汽与热季的冷却作业方面的不利条件，都对搞好蒸氨生产起着制约作用。
化工生产中，单元操作过程的影响因素，往往是错综复杂的，有时甚至是相互矛盾的；因此，工业生产，工艺指标的确定，力求全面客观，在综合分析的基础上做出恰到好处的适宜选择。
氨碱厂蒸馏工艺应考虑的诸因素有：1、尽可能地将NH3和CO2从溶液中驱除，以最大限度减少废液中的氨和石灰含量；2、降低能耗，有效利用热量交换，减少蒸馏废液当量和降低废液温度；3、缓和蒸馏设备的结疤速度，延长其使用周期，减少清塔频率；4、寻求较高的单位设备生产强度。
在实际生产当中，通常蒸氨工序工艺与装备优良与否的评判标准是：①、能否提高母液的处理量，各段能力与每套蒸氨装置的综合能力相匹配；②、能否确保蒸氨出气的冷却与浓缩合乎规定的要求；③、能否在降低蒸汽、灰乳、水、电消耗量的条件下，将氨和二氧化碳蒸出完全；④、能否确保设备管道上气液物料流的通过能力大、阻力小，并维持稳态流动。
此四项就是对本工序产量、质量、消耗、安全与均衡作业的全面要求。
本工序所处理的母液，因其是否经煅烧炉气预分解，而有热母液与冷母液之分。
采用母液洗涤炉气流程的碱厂，母液是热母液；本工序是始于冷母液还是热母液，对作业的进程和效果都有一定的影响。
目前国内多数新建厂及老厂都是使用热母液蒸氨流程的。
第一节蒸氨过程的基本原理氨碱法生产纯碱的过程中，氨是循环使用的。
第八章分子蒸馏
概念
分子蒸馏也称短程蒸馏，是一种在高真空 度条件下进行非平衡分离操作的连续蒸馏过 程。 由于分子蒸馏过程中操作系统的压力很 低（102－10-1Pa），混合物易挥发组分的分 子可以在温度远低于沸腾时挥发，而且在受 热情况下停留时间很短（10-1－101s），故 该过程已成为分离目的产物最温和的蒸馏方 法，特别适于分离低挥发度、高沸点、热敏 性和具有生物活性的物料。
溶剂萃取:萃取原理,三角形相图,萃取计算to
萃取
分类
反胶团萃取:本质和特点,推动力,影响因素to 超临界萃取:特征,影响因素to
双水相萃取:概念,系统的类型,影响因素to
浸取:浸出过程计算to
萃取定义： 在任何一种溶剂中，不同的物质具 有不同的溶解度，利用物质溶解度的不 同，使混合物中的组分得到完全或部分 的分离过程，称为萃取。
FxF Sy S Rx R Ey E Mx M
D R
E ' R ' F
FD F DS R’
F
●
S min
●
M
E G
GF S max F GS
MF S F MS
萃取剂与稀释剂不互溶的体系
萃取相中溶质A的浓度 (比质量浓度) 萃余相中溶质A 的浓度 (比质量浓度)
萃取液 F
●
E RF ③ R E F E R F
Emax
E
M’ R M
②
S MF ① F MS
萃余液
E MR R ME
R
萃余相
最小溶剂比
M'F S ＝ F min M ' S
R ME E MR
E ' FR' E’ R ' FE '
夏清《化工原理》(第2版)(下册)课后习题-第8章 蒸馏和吸收塔设备【圣才出品】
分别为
液体密度的校正系数
，所以泛点气速为
空塔气速 塔径（取较小 u2 计算）
（2）流动阻力
纵坐标
横坐标
根据以上两数值在教材下册图 3-8 中确定塔的操作点，此点位于
和
之间，插值求得每米填料层的压强降约为 125×9.81Pa／m。
总流动阻力
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3．评价塔板性能的指标有哪些方面？ 解：评价塔板性能指标主要有：塔板效率（包括总板效率、单板效率和点效率），通量 和操作弹性等。
4．填料塔的流体力学性能包括哪些？对塔的传质性能有何影响？
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解：填料塔的流体力学性能包括持液量、填料层的压强降、液泛以及填料的湿润性能。 填料塔的流体力学性能直接影响到塔内的传质效果和塔的生产能力。
3．在直径为 0.8m 的填料塔中，装填 25mm×25mm×2.5mm 的瓷拉西环，用于常压 及 20℃下气体吸收操作。若液、气性质分别与水和空气相同，按质量计的液、气流量比为 5。核算上升气量达 3000m3／h 时，是否会发生液泛现象？
若改用 25mm×25mm×0.6mm 的金属鲍尔环，上升气量提高到多少才会液泛？ 解：（1）先求液泛气速 umax 由题意可知 并查得 20℃空气和水的密度及水的粘度
2．聚氯乙烯生产过程中，需要将乙炔发生器送出来的粗乙炔气体净化，办法是在填料 塔中用次氯酸钠稀溶液除去其中的硫、磷等杂质。粗乙炔气体通入填料塔的体积流量为 700m3／h，密度为 1.16kg／m3；次氯酸钠水溶液的用量为 4000kg／h，密度为 1050kg ／m3，黏度为 1.06mPa·s。所用填料为陶瓷拉西环，其尺寸有 50mm×50mm×4.5mm 及 25mm×25min×2.5mm 两种。大填料在下层，小填料在上层，各高 5m，乱堆。若取空塔 气速为液泛气速的 80％，试求此填料吸收塔的直径及流动阻力。
化工原理下册-习题-及章节总结-(陈敏恒版)
第八章课堂练习：1、吸收操作的基本依据是什么？答：混合气体各组分溶解度不同2、吸收溶剂的选择性指的是什么：对被分离组分溶解度高，对其它组分溶解度低3、若某气体在水中的亨利系数E值很大，说明该气体为难溶气体。
4、易溶气体溶液上方的分压低，难溶气体溶液上方的分压高。
5、解吸时溶质由液相向气相传递；压力低，温度高，将有利于解吸的进行。
6、接近常压的低浓度气液平衡系统，当总压增加时，亨利常数E不变，H 不变，相平衡常数m 减小1、①实验室用水吸收空气中的O2，过程属于（B ）A、气膜控制B、液膜控制C、两相扩散控制②其气膜阻力（C）液膜阻力A、大于B、等于C、小于２、溶解度很大的气体，属于气膜控制３、当平衡线在所涉及的范围内是斜率为m的直线时，则1/Ky=1/ky+ m /kx4、若某气体在水中的亨利常数E值很大，则说明该气体为难溶气体5、总传质系数与分传质系数之间的关系为l/KL=l/kL+1/HkG，当(气膜阻力1/HkG) 项可忽略时，表示该吸收过程为液膜控制。
1、低含量气体吸收的特点是L 、G 、Ky 、Kx 、T 可按常量处理2、传质单元高度HOG分离任表征设备效能高低特性，传质单元数NOG表征了（分离任务的难易）特性。
3、吸收因子A的定义式为L/（Gm），它的几何意义表示操作线斜率与平衡线斜率之比4、当A<1时，塔高H=∞，则气液两相将于塔底达到平衡5、增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，吸收推动力增大，则操作线向（远离）平衡线的方向偏移。
6、液气比低于（L/G）min时，吸收操作能否进行？能此时将会出现吸收效果达不到要求现象。
7、在逆流操作的吸收塔中，若其他操作条件不变而系统温度增加，则塔的气相总传质单元高度HOG将↑，总传质单元数NOG 将↓，操作线斜率（L/G）将不变。
8、若吸收剂入塔浓度x2降低，其它操作条件不变，吸收结果将使吸收率↑，出口气体浓度↓。
9、在逆流吸收塔中，吸收过程为气膜控制，若进塔液体组成x2增大，其它条件不变，则气相总传质单元高度将（ A ）。
第八章 塔解读
第八章塔塔是整个常减压蒸馏装置工艺过程的核心设备，原油在分馏塔中通过传质、传热实现分馏作用，最终将原油分离成不同馏分的产品。
塔的性能及操作的好坏，对常减压装置的产品质量和油品收率及装置能耗都有很大的影响。
由于三塔（初馏塔、常压塔、减压塔）汽化流程包含了两塔汽化（常压塔、减压塔）流程的内容，且应用较为普遍，故本章只介绍三塔汽化流程的常减压蒸馏装置中的塔及其操作。
根据塔内气液接触构件的结构形式的不同，塔可分为板式塔和填料塔及塔板、填料混合塔；根据塔内压力不同，分为常压塔、减压塔和高压塔（如稳定塔）。
8.1.塔的结构、作用及相关流程常减压装置分馏塔通常由圆柱形的壳体及内构件等组成。
8.1.1初馏塔的结构、作用及相关流程原油换热到230℃左右，进入初馏塔或闪蒸塔，已经有部分轻质油品汽化，初馏塔的任务就是对原油进行一次预蒸馏，从塔顶拔出原油中的部分汽油组分。
换后原油进入汽化段后部分汽化，流入塔底的液相部分（初底油）送至常压炉。
汽相上升到塔顶从塔顶拔出原油中的部分汽油组分。
侧线可根据目的产品的要求而设置，例如作为回流或者作为产品出装置在原油性质较轻的情况下，开初馏塔侧线对降低常压炉和常压塔的负荷、提高装置处理量效果明显，且有利于常压一线油收率的提高。
闪蒸塔的塔顶及侧线均不出产品，塔顶汽相至常顶冷凝冷却系统。
初馏塔的作用主要有以下几点：①由于初馏塔的进塔温度较低，当需要生产重整原料，而原油中的砷含量又较高时，初顶可以生产出砷含量较低的干点170℃左右重整原料，其余的轻馏份则因进料温度较高砷含量较高自常压塔顶拔出；②当原油带水或电脱盐系统波动时，则增加初馏塔对稳定常压塔的操作，防止冲塔事故的发生较有好处；③稳定常压塔的操作。
设置初馏塔可以大大降低因原油性质变化以及其它因素而引起的常压塔的操作波动，有利于生产工序的稳定。
④在加工高硫高盐等劣质原油时，由于塔顶低温部位H2S—HCl—H2O型腐蚀严重，设置初馏塔后，可将大部分腐蚀转移到初馏塔顶，减轻常压塔顶系统的腐蚀，这样做在经济上较为合理；⑤初馏塔可以采用较高的操作压力（绝压0.2～0.4MPa）以减少轻质馏分的损失。
化工原理(第八章传质基础)
3、生物物质的扩散系数 化 工 原 理 对于水溶液中生物溶质扩散系数的估算，当溶质的分子量 小于1000或其分子体积小于500 cm3/mol 时，可用下式计 算：
DAB
1/ T (φM B )T2 −15 = 7.4 ×10 µVA0.6
m2 / s
吉 首 大 学
吉 首 大 学
JA pA1 pB1 JB pA2 pB2
由于总压p=pA+pB为常数，微分则有：0=dpA+dpB DAB=DBA=D
二、扩散系数 化 工 原 理 扩散系数是衡量物质扩散能力的物理性质，单位：m2/s 1、气体中的扩散系数 气体中的扩散系数与其系统、温度和压力有关，其数量级为 10－5m2/s 对于二元气体扩散系数的估算，通常使用富勒（Fuller）公 式：
固相 C
固相 B+A
气相 C+A
液相 A
汽相 精 馏
干 燥
B+A A+B B
三、相组成的表示方法 化 工 原 理 １．质量分率和摩尔分率 混合物中某组分Ａ的质量mA占混合物总重量m的分率，称为 组分Ａ的质量分率 。即： wA= mA/m 混合物中某组分Ａ的摩尔数nA占混合物总摩尔数n的分率，称 为组分Ａ的质量分率 。即： xA= nA/n ２．质量比和摩尔比 以Ｂ为参照组分，则质量比：w = mA/mB，摩尔比：X = nA/nB 3．质量浓度和摩尔浓度 单位体积溶液中溶质的质量，称为质量浓度，即： CA=mA/V 单位体积溶液中溶质的摩尔数，称为摩尔浓度，即： cA=nA/V
C （C －C ） A Ai CBm
CA CAi CAi’
δ δ’
’ D’ C （C’ C ） Ai－ ’ A C’ δ’ Bm
化工原理课后习题答案第八章 蒸馏习题答案
习题相平衡1．已知甲醇和丙醇在80℃时的饱和蒸汽压分别为181.13kPa 和50.92kPa ，且该溶液为理想溶液。
试求：（1）80℃时甲醇与丙醇的相对挥发度；（2）若在80℃下汽液两相平衡时的液相组成为0.6，试求汽相组成； （3）此时的总压。
解：（1）甲醇与丙醇在80℃时的相对挥发度557.392.5013.181===o BoA p p α（2）当x=0.6时 ()842.06.0)1557.3(16.0557.311=⨯-+⨯=-+=x x y αα（3）总压kPa yxp p o A 07.129842.06.013.181=⨯==2．已知二元理想溶液上方易挥发组分A 的气相组成为0.45（摩尔分率），在平衡温度下，A 、B 组分的饱和蒸汽压分别为145kPa 和125kPa 。
求平衡时A 、B 组分的液相组成及总压。
解：对二元理想溶液的气液平衡关系可采用拉乌尔定律及道尔顿分压定律求解。
已知理想溶液 ,45.0y =A 则0.5545.0-1y 1y A B ==-= 根据拉乌尔定律 A oA A x p p = ，B oB B x p p = 道尔顿分压定律 A A p p y = ，B B p p y = 则有 o A A p p x A y =,op p x BBB y = 因为 1x x B =+A所以 1p y p y 0B BA =⎪⎪⎭⎫⎝⎛+o Ap即 11250.551450.45=⎪⎭⎫ ⎝⎛+p可解得 p =133.3 kPa 则液相组成 414.014545.03.133y A =⨯==oAA p p x586.0414.01x 1A B =-=-=x3．苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系（安托因方程）为24.22035.1206032.6log +-=t p oA58.21994.1343078.6log +-=t p oB 式中oA p 单位为k a P ，t 的单位为℃。
共沸精馏和萃取精馏
共沸精馏、萃取精馏介绍一、什么是恒沸精馏（共沸精馏）在被分离的物系中加入共沸剂（或者称共沸组分），该共沸剂必须能和物系中一个或几个组分形成具有最低沸点的恒沸物，以至于使需要分离的集中物质间的沸点差（或相对挥发度）增大。
在精馏时，共沸组分能以恒沸物的形式从精馏塔顶蒸出，工业上把这种操作称为恒沸精馏。
下面以制取无水酒精为例，说明恒沸精馏的过程，水和酒精能形成具有恒沸点的混合物，所以用普通的精馏方法不能获得纯度超过96%（体积）的乙醇，若在酒精和水的溶液中加入共沸组分-苯，则可构成各种恒沸混合物，但以酒精、苯和水所组成的三组分恒沸混合物的沸点为最低（64.84℃）。
当精馏温度在64.85℃时，酒精、苯和水的三元混合物首先被蒸出；温度升至68.25℃时，蒸出的是酒精与苯的二元恒沸混合物；随着温度继续上升，苯与水的二元恒沸混合物和酒精与水的二元恒沸混合物也先后蒸出，这些恒沸物把水从塔顶带出，在塔釜可以获得无水酒精。
工业上广泛地用于生产无水酒精的方法，就是根据此原理。
恒沸精馏的过程中，所加入的共沸组分必须从塔顶蒸出，而后冷凝分离，循环使用。
因而恒沸精馏消耗的能量（包括汽化共沸剂的热量和输送物料的电能）较多。
二、什么是萃取精馏？在被分离的混合物中加入萃取剂，萃取剂的存在能使被分离混合物的组分间的相对挥发度增大。
精馏时，其在各板上基本保持恒定的浓度，而且从精馏塔的塔釜排出，这样的操作称为萃取精馏。
例如，从烃类裂解气的碳四馏分费力丁二烯时，由于碳四馏分的各组分间沸点相近及相对挥发度相近的特点，而且丁二烯与正丁烷还能形成共沸物，采用普通的精馏方法是难以将丁二烯与其它组分加以分离的。
如果采用萃取精馏的方法，在碳四馏分中加入乙腈做萃取剂，则可增大组分间的相对挥发度，使得用精馏的方法能将沸点相近的丁二烯、丁烷和丁烯分离。
第八章石油蒸馏过程
简单蒸馏——渐次汽化
精馏：连续式和间歇式
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石油炼制工程
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1．闪蒸—平衡气化
在闪蒸过程中，气、液两 相有足够的时间密切接触， 达到了平衡状态，则称为 平衡汽化
气相产物中含较多的低沸 点组分，液相产物中含较 多的高沸点组分。但所有 组分都同时存在于气、液 相中
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2．减压1.33kPa(残压10mmHg)蒸馏曲线的相互换算
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3．减压1.33kPa(残压10mmHg)蒸馏曲线换算为常压蒸馏曲线 ➢ 减压实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线 ➢ 减压1.33kPa(残压10mmHg)恩氏蒸馏曲线换算为常压实沸
点蒸馏曲线 ★ 1.33kPa(残压10mmHg)恩氏蒸馏曲线1.33kPa实沸点蒸 馏曲线见图7-18； ★ 1.33kPa实沸点蒸馏曲线换算成常压实沸点蒸馏曲线， 用本节3①方法
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石油炼制工程
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例：某原油含水0.4%(w)，经一组换热器换热后进入初馏塔，
测得初馏塔汽化段温度为250℃，压力为2.0atm，请计算初馏
塔汽化段原油和水的汽化率。
已知：① 1atm下原油的平衡汽化数据：
汽化%(v)
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在整个简单蒸馏过程中，所产生的一系列微量蒸气的组 成是不断变化的
从本质上看，简单蒸馏过程是由无数次平衡汽化所组成 的，是渐次气化过程
简单蒸馏所剩下的残液是与最后一个轻组分含量不高的 微量蒸气相平衡的液相，所得的液体中的轻组分含量会 低于平衡汽化所得的液体的轻组分含量
简单蒸馏是一种间歇过程，基本上无精馏效果，分离程 度也还不高，一般只是在实验室中使用
精馏操作知识
精馏操作知识精馏操作基本知识1、何为相和相平衡：答：相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间往往有一个相界面，把不同的相分别开。
系统中相数的多少与物质的数量无关。
如水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相。
一般情况下，物料在精馏塔内是气、液两相。
在一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个或两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。
平衡时，物质还是在不停地运动，但是，各个相的量和各组分在各项的浓度不随时间变化，当条件改变时，将建立起新的相平衡，因此相平衡是运动的、相对的，而不是静止的、绝对的。
比如：在精馏系统中，精馏塔板上温度较高的气体和温度较低的液体相互接触时，要进行传热、传质，其结果是气体部分冷凝，形成的液相中高沸点组分的浓度不断增加。
塔板上的液体部分气化，形成的气相中低沸点组分的浓度不断增加。
但是这个传热、传质过程并不是无止境的，当气液两相达到平衡时，其各组分的两相的组成就不再随时间变化了。
2、何为饱和蒸汽压？答：在一定的温度下，与同种物质的液态（或固态）处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度的升高而增加。
众所周知，放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。
如果把纯水放在一个密闭容器里，并抽走上方的空气，当水不断蒸发时，水面上方气相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。
但是，当温度一定时，气相压力最中将稳定在一个固定的数值上，这时的压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压。
应当注意的是，当气相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值是，液相的水分子仍然不断地气化，气相中的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，气体和液体达到平衡状态。
所以，液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压时，气液两相即达到了相平衡。
3、何为精馏，精馏的原理是什么？答：把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。
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各组分在气液两相的逸度必须相等。
即 fiL= fiG
37
8.2.1 相平衡常数
当体系的气液两相在一定温度和压力下达到平衡 时，气相中某组分i的组成yi与该组分在液相中的
平衡组成xi的比值，称为组分在此温度和压力下
的相平衡常数Ki, 即： Ki = yi / xi
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气相逸度fiG与气相组成和压力之间的关系为： fiG=φi p y i φi －混合物中组分的逸度系数。 还可以表示为 fiG= fiG0 viG Yi viG －组分 i在气相的活度系数; fiG0 － 纯组分i在气相的逸度。 液相逸度与液相组成的关系为： fiL= fiL0 viL xi 式中：FiL0——纯组分在液相中的逸度 viL——组分在液相中的活度系数
到平衡时，各组分在两相中的浓度为定值。
组分在平衡前后的浓度差 = ＞传质过程的推
动力。 相平衡浓度是平衡分离的极限。
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（一）相平衡条件
热力学中已学过，相平衡时应满足：
T Ⅰ = TⅡ = TⅢ = …
PⅠ = PⅡ = PⅢ =…
(8-1)
(8-2)
μⅠ = μⅡ = μⅢ =… 化学位相等。
多组分精馏的设计计算分：
1、严格计算法
2、简捷计算法
计算机的广泛使用后，多组分精馏的设计计算 多采用严格计算法。但简捷计算法也广泛使用。 主要用于：
1、给严格计算法提供初值；
2、用于初步设计。
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相平衡关系
相平衡关系是平衡分离过程分析和设计计算的
依据。平衡分离过程中，组分在相互接触的两
如萃取结晶、吸附精馏、电泳分离等。
17
3、 过程的集成
a 传统分离过程的集成
如共沸精馏与萃取集成。
b 传统分离过程与膜分离过程的集成
如精馏与渗透蒸发组合等。
C 膜过程的集成
如超滤和反渗透的组合等。
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均相物系分离
均相混合物 物系内部各处均匀且无相界面， 如：石油、空气
混合物 非均相混合物
4
化 工 分 离
一、分离操作的重要性
分离过程是将混合物分成组成互不相同的两种或几种产 品的操作。
典型的化工生产装置: 一台反应器(有时多于一台)
多台分离设备(提纯原料.中间产品.产品)
其他设备(机.泵.换热器)所组成。
5
分离: 化工生产中，常常需要将混合物加以分离 原料的分离提纯或净化→加工
28
8.1.3 精馏操作流程
将原料液进入的层板称
为加料板，加料板以上
的塔段，作用是把上升 蒸气中易挥发组分进一 步提浓，称为精馏段； 加料板以下的塔段（包 括加料板），其作用是 从下降液体中提取易挥
发组分，称为提馏段
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精馏连续稳定进行的两个条件
1. 回流：升到塔顶的汽流组成在冷凝器中冷凝后，只 放出一部份作为塔顶产品，另一部分返回塔顶作为液 流，这部份液流称为回流。 2. 再沸器：提供一定量上升的蒸气流。
相间发生传递。在一定的T,P 条件下，两相达
到平衡时，各组分在两相中的浓度为定值。
组分在平衡前后的浓度差 = ＞传质过程的推
动力。 相平衡浓度是平衡分离的极限。
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相平衡关系
相平衡关系是平衡分离过程分析和设计计算的
依据。平衡分离过程中，组分在相互接触的两
相间发生传递。在一定的T,P 条件下，两相达
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三、 分离过程的集成化
过程集成是20世纪80年代发展起来的过程综合领域中 一个最活跃的分支。在化工领域中，过程集成的目标是 实施清洁工艺，使物料及能耗最小，达到最大的经济效
益和社会效益。
16
1、 反应过程与分离过程的偶合
如化学吸收、化学萃取、反应精馏等。
2、 分离过程与分离过程的偶合
多次部分气化的 t-x-y图
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8.1.2 多组分混合物精馏主要有以下几种方式：
(1) 间歇精馏
其适用于中小生产规模，可以顺序得到不同沸点范围 的馏分，经常用于处理易胶化或结垢的原料液。 (2) 多塔精馏 用普通塔分离多组分溶液，则需多个精馏塔，分离n个
组分需n-1个塔。
(3) 侧线精馏 有时不要求将全部组分都分离为纯组分或原料液中各组分 的性质和数量差异较大时，可以采用侧线出料口的塔，此 时塔数可减少。
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化工原理中，讨论了二元精馏。而在化工生产实
际中遇到的大部分是多组分物系分离和提纯问题。
是多组分物系分离和提纯问题，由于组分数增多， 增加了过程的复杂性。因此，对于组分物系分离 过程进行定性分析，有助于对于精馏过程深入了 解，是选择分离过程、设计和强化改进分离操作
必不可少的知识。
31
8.2 多组分精馏气-液平衡
机械分离：处理对象是由两相以上所组成的混合物，分离
过程只是简单地进行相分离。如过滤、沉降、离心、旋
风分离等。---非均相 传质分离： 处理对象是多组分均相混合物，其特点是发生
质量传递现象。---均相
传质分离又分为平衡分离过程和速率分离过程。
11
1、 平衡分离过程
是原料中的各组分在相平衡时在两个相中的分配不同而 进行的分离过程。 均相混合物=>两相
产物；4) 原料中的杂质；5) 工艺的物料损耗。
所以，就化学工业而言，清洁工艺的本质是合理利用 资源，减少或消除废料的产生。
7
化工清洁工艺应综合考虑合理的原料选择，反应路
径的洁净化，物料分离技术的选择以及确定合理 的流程和工艺参数等。
清洁工艺首先应避免在工艺过程中生成污染物 即源头解决,再由分离过程解决。
反应产物的分离→合格的产品
废气、废液在排放前→除去有害物→环境保护，并 尽可能将其变为有用之物 清洁工艺，生产工艺和防治污染有机地结合起来， 将污染物减少或消灭在工艺过程中，从根本上解决工 业污染问题。
6
化学工业是工业污染的大户，污染的来源有：1) 未
回收的原料；2) 未回收的产品；3) 有用和无用的副
分离过程
1
学习分离过程的目的：
1. 强调对基本概念的理解—理想气体、理想溶液、泡露点等。
2. 从分离过程的共性出发（Ki）,讨论各分离方法的特征。
3. 为分离过程的选择、特性分析和计算奠定基础。 4. 强调理论联系实际和工程与工艺相结合的观点，强化分析和 设计能力的训练，以提高解决实际问题的能力。
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简单蒸馏流程
冷凝器
冷却水 原料液 蒸汽 蒸馏釜 收集 器
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混合液体连续或多次部分汽化，釜液组成沿 t-x(y)
相图的泡点线变化，可得难挥发组分含量很高而
易挥发组分含量很低的釜液。
混合蒸汽连续或多次部分冷凝，蒸汽组成沿 t-x(y) 相图的露点线变化，可得到易挥发组分含量很高 而难挥发组分含量很低的蒸汽。 精馏过程正是这二者的有机结合。
引入逸度概念后，相平衡条件可改写为
T Ⅰ = TⅡ = TⅢ = … PⅠ = PⅡ = PⅢ =… f iⅠ = fi Ⅱ= fiⅢ (8-1) （8-2） （8-4）
逸度用通过实验直接测得的物理量T、P和组成的关联 式求得。
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多组分体系的气液两相处于平衡状态时，
除两相的温度和压力相同外，
各组分在相间质量传递达到平衡=>改变原混合物浓度。
使均相混合物分成两相一般需要加入分离媒介 （分离剂）。
12
常用的分离媒介有两种：能量媒介ESA和物质媒介MSA。
ESA：指的是传入或传出系统的热或功。
MSA：加入另外一种物质使混合物变成两相。
如 蒸发加入热量；结晶加入冷量；
多组分精馏，相平衡常数可用来计算泡点温度、 露点温度和汽化率等。 （1）泡点温度及平衡气相组成的计算。
在一定压力下加热液体混合物, 当液体开始沸腾第一
个气泡时的温度，叫泡点温度。泡点与液体组成
和压力有关。
46
yi = 1
计算已知液相组成的混合液在一定压力下的泡点需用
视差法。
先假设泡点温度，根据已知的压强和假设温度，求出 平衡常数，再校核是否 yi 等于1，若是, 即表示所假 设的泡点温度正确，否则 yi 〉1说明假设温度过高， 《1时，说明假设温度偏低。 yi
精馏塔釜加入热量，塔顶加入冷量； 吸收加入一种物质-吸收剂，成为两相：气体和吸收液； 萃取加入萃取剂，成为液液两相：萃取相和萃余相； 萃取精馏塔上部加入萃取剂，塔釜加入热量。
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2、 速率分离过程
速率分离过程是靠原料中的不同组分在某种推动力 （压力差、温度差、浓度差、电位差等）的作用下， 经过某种介质（间隔物，如半透膜）时的扩散速率的 差异而实现的分离过程。所处理的原料和产品一般属
(8-3)
即相平衡时平衡各相的温度、压力和各组分的 气液平衡时 TV = TL ；PV= PL ；μV = μL
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在工程计算中化学位不易计算，难以使用，Lewis
提出了逸度的概念。逸度具有压力的因次，∵在
理想气体混合物中组分的逸度等于其分压。在真
实混合物中，逸度可看作修正后的分压。
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分散相或分散物质 非均相混合物 连续相或分散介质 悬浮在空气中的粉尘：分散相粉尘 连续相空气 由于分散相和连续相具有不同的物理性质（如： 尺寸不同、密度不同），可用机械方法分离