第五章蒸馏
化工生产中所处理的原料、中间产物、粗产品等几乎都是由若干组分所组成的混合物，而且其中大部分是均相物系。生产中常需要将这些混合物分离成为较纯净或几乎纯态的物质(组分)。
对于均相物系，必须要造成一个两相物系，才能将均相混合物分离，并且是根据物系中不同组分间的某种物性的差异，使其中某个组分或某些组分从一相向另一相转移以达到分离的目的。
通常将物质在相间的转移过程称为传质过程或分离操作。
化学工业中常见的传质过程有蒸馏、吸收、萃取及干燥等单元操作。
蒸馏就是藉液体混合物中各组分挥发性的差异而进行分离的一种操作。
蒸馏这种操作是将液体混合物部分气化，利用其中各组分挥发度不同的特性来实现分离的目的。这种分离操作是通过液相和气相间的质量传递来实现的。
通常，将沸点低的组分称为易挥发组分，沸点高的组分称为难挥发组分。
蒸馏过程可以按不同方法分类：
按操作流程可分为间歇和连续蒸馏；
按蒸馏方式可分为简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏和特殊精馏等；
按操作压强可分为常压、加压和减压精馏；
按待分离混合物中组分的数目可分为两(双)组分和多组分精馏。
第一节双组分理想溶液的气液平衡
蒸馏是气液两相间的传质过程，因此常用组分在两相中的浓度(组成)偏离平衡的程度来衡量传质推动力的大小。传质过程是以两相达到相平衡为极限的。
由此可见，气液相平衡关系是分析蒸馏原理和进行设备计算的理论基础。
5—1—1 拉乌尔定律和相律
一、拉乌尔定律
根据溶液中同分子间与异分子间的作用力的差异，可将溶液分为理想溶液和非理想溶液两种。实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律，即：
（5—1）
（5—1a）
式中p ——溶液上方组分的平衡分压，Pa；
p0——同温度下纯组分的饱和蒸汽压，Pa，
x——溶液中组分的摩尔分率。
(下标A表示易挥发组分、B表示难挥发组分)
为简单起见，常略去上式中的下标，习惯上以：
x表示液相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－x)表示难挥发组分的摩尔分率；
y表示气相中易挥发组分的摩尔分率，以(1－y)表示难挥发组分的摩尔分率。
二、相律
相律表示平衡物系中的自由度数、相数及独立组分数间的关系，即：
（5—2）
式中F——自由度数；
C——独立组分数；
Φ——相数；
2——表示外界只有温度和压强这两个条件可以影响物系的平衡状态。
对两组分的气液平衡物系，其中组分数为C = 2，相数为Φ = 2，故由相律可知该平衡物系的自由度数为2。
由于气液平衡中可以变化的参数有四个：即温度t、压强P、一组分在液相和气相中的组成x和y，即在t、P、x和y四个变量中，任意确定其中的二个变量，此平衡状态也就被唯一地确定了。
由此可知，两组分气液平衡物系中只有两个自由度。
又若再固定某个变量(例如压强P，通常蒸馏可视为恒压下操纵)，则该物系仅有一个独立变量t，而其它变量都是t的函数。因此两组分的气液平衡可以用一定压强下的t—x—y或x—y的函数关系或相图来表示。
5—l—2 两组分气液平衡相图
一、沸点—组成（t－x－y）图
蒸馏操作通常在一定的压强下进行，溶液的沸点则随组成而变。
溶液的沸点——组成图是分析蒸馏原理的理论基础。
在总压P＝101.33 kPa下，苯—甲苯混合液的沸点—组成图(t—x—y)如图5—1所示。
图5—1 苯—甲苯混合液的t—x—y图
图中以t为纵坐标，以液相组成x或气相组成y为横坐标。
图中有两条曲线：
上方曲线为t—y线，表示混合液的沸点和平衡气相组成y之间的关系。此曲线称为饱和蒸汽线或露点线。
下方曲线为t—x线，表示混合液的沸点和平衡液相组成x之间的关系。此曲线称为饱和液体线或泡点线。
上述的两条曲线将t—x—y图分成三个区域：
泡点线以下的区域代表没有沸腾的液体，称为液相区，
露点线上方的区域代表过热蒸汽，称为过热蒸汽区；
二曲线包围的区域表示气液同时存在，称为气液共存区。
若将温度为t1、组成为x1 (图中点A所示)的混合液加热，当温度升高到t2 (点J )时，溶液开始沸腾，此时产生第一个气泡，相应的温度称为泡点温度，因此饱和液体线又称泡点线。
同样，若将温度为t4、组成为y1 (点B)的过热混合蒸汽冷却，当温度降到t3 (点H)时，混合气开始冷凝产生第一滴液体，相应的温度称为露点温度，饱和蒸气线又称露点线。
通常，t—x—y关系的数据由实验测得；
对于理想溶液，t—x—y关系的数据也可用纯组分的饱和蒸汽压数据，按拉乌尔定律式（5—1）及理想气体分压定律（p = P y）进行计算。
对于非理想溶液，若非理想程度不严重，其t—x—y图与理想溶液的相仿；若非理想程度严重，可能出现恒沸组成（即出现恒沸点）。
非理想溶液可分为两类，即与理想溶液发生正偏差的溶液及负偏差的溶液。
各种实际溶液与理想溶液的偏差程度是不同的。
例如：乙醇—水、正丙醇—水等物系是具有很大正偏差溶液的典型例子；
硝酸—水、氯仿—丙酮等物系是具有很大负偏差溶液的典型例子。
下图（a）为乙醇—水混合液的t—x—y图。
图（a）图（b）
由图可见，液相线和气相线在点M重合，即点M所示的两相组成相等。
常压下点M的组成为0.894，称为恒沸组成；相应的温度为78.15℃，称为恒沸点。此溶液称为恒沸液。
因恒沸点M的温度较任何组成下溶液的泡点都低，故这种溶液称为具有最低恒沸点的溶液。
图（b）是乙醇—水混合液的x—y图，平衡线与对角线的交点M与图（a）的
点M相对应，该点溶液的相对挥发度等于1。
下图（c）为硝酸—水混合液的t—x—y图。
图（c）图（d）
该图与图（a）相似，不同的是在恒沸点N处的温度（121.9℃）比任何组成下该溶液的泡点都高，故这种溶液称为具有最高恒沸点的溶液。图中点N所对应的恒沸组成为0.383。
图（d）是硝酸—水混合液的x—y图，平衡线与对角线的交点与图（c）中的点N相对应，该点溶液的相对挥发度等于1。
同一种溶液的恒沸组成随压强而变（其中组成又决定了温度），乙醇—水系统的变化情况如下表所示。
由表可见，在理论上可以用改变压强的方法来分离恒沸液。
例如：乙醇101.3kPa，78.150C时，存在一恒沸点，液相中乙醇的摩尔分率为0.894，如采用加压操作（假定压强为198.3kPa），则恒沸点变为95.30C，液相中乙醇的摩尔分率则为0.890。但是实际使用时，则应考虑经济性和操作可能性。
各种恒沸液的恒沸组成的数据，可由有关手册中查得。
例1：苯(A)与甲苯(B)的饱和蒸汽压和温度关系数据如本题附表1所示。
试根据表中数据作P =101. 33kPa下，苯—甲苯混合液的t—x—y图。
该溶液可视为理想溶液。
附表1
解：因苯—甲苯混合液遵循拉乌尔定律，即可按式（5—1）
和式（5—1a）：
求得p A和p B。
由于溶液上方的总压等于各组分的分压之和，即：
解得：
（a）
当系统总压不高时，气相可视为理想气体。由分压定律知：
将上式代入式（5—1），略去x及y的下标，整理得：
（b）
由于总压P为定值（P =101.33 kPa），故可任选一温度t，查得该温度下，各纯组分的饱和蒸汽压P A0及p B0；
再利用式（a）算出液相组成x，即为标绘t—x线的数据；
同时可用式（b）算出气相组成y，即为标绘t—y线的数据。
根据饱和蒸汽压和温度的关系数据（见本题附表），以t = 95℃时为例，查得该温度下苯的饱和蒸汽压P A0 = 155.7 kPa，甲苯的饱和蒸汽压P B0 = 63.3 kPa；代入式（a）、（b）计算如下：
其它温度下的计算结果列于下附表2：
附表2
根据以上计算出列于表格的结果，即可标绘得到苯—甲苯混合液的t—x—y图。如图5—1所示。
二、液气平衡组成x—y图
蒸馏计算中，经常应用到一定压强下的x—y图。
下图5—2为苯—甲苯混合液在P＝101.33kP下的x—y图。
图中以x为横坐标，y为纵坐标，曲线表示液相组成和与之平衡的气相组成间的关系。
图5—2 苯—甲苯混合液的x—y图
图中曲线上任意点D表示组成为x1的液相与组成为y1的气相互成平衡，且表示点D有一确定的状态。图中对角线为y = x的直线，作查图时参考用。
对于大多数溶液，两相达到平衡时y总是大于x，故平衡线位于对角线上方，平衡线偏离对角线愈远，表示该溶液愈易分离。
x—y图可以通过t—x—y图做出。
从t—x—y图中具体读出x—y的数据的方法如下：
根据t—x—y图中的横坐标某点x（或y）值，垂直上升到泡点线（或露点线），然后水平向右（或向左）移到露点线（或泡点线），再垂直下降到横坐标，此点的坐标读数就是与之对应的y（或x）。
图5—2就是依据图5—1上相对应的x和y的数据标绘而成的。
常见的两组分溶液在常压下的x—y平衡数据，可从物理化学或化工手册中查取。
5—1—3 相对挥发度
除了相图以外，气液平衡关系还可用相对挥发度来表示。
纯液体的挥发度υ是指该液体在一定温度下的饱和蒸汽压。
溶液中各组分的挥发度υ可用它在蒸汽中的分压和与之平衡的液相中的摩尔分率之比来表示，即：
（5—3）
（5—3a）
由于溶液中组分的挥发度是随温度而变的，因此在使用上不甚方便，故引出相对挥发度的概念。
习惯上将溶液中易挥发组分的挥发度对难挥发组分的挥发度之比，称为相对挥发度，以αAB或α表示，则有：
（5—4）
若操作压强不高，气相遵循道尔顿分压定律，上式可改写为：
（5—5）
通常，将式（5—5）作为相对挥发度的定义式。
相对挥发度的数值可由实验测得。
对理想溶液，相对挥发度则有：
（5—6）式（5—6）表明，理想溶液中组分的相对挥发度，等于同温度下两纯组分的饱和蒸汽压之比。
由于p0A及p0B均随温度沿相同方向而变化，因而两者的比值变化不大，故一般可将α视为常数，计算时可取平均值。
例如：苯与甲苯在900C时，p0苯=135.5，p0甲苯=54；在1000C时，p0苯=179.2，p0甲苯=74.3；则在900C时，α=135.5/54=2.5；在1000C时，α=179.2/74.3=2.4；这两者的比值变化不大。
如果两纯组分的沸点在接近的情况下(或操作温度的上下限温度在接近的情况下)，物系的相对挥发度α1与α2差别不大，则可取：
（5—7）
若两纯组分沸点接近，物系的相对挥发度α1与α2相差较大，但其差别仍小于30%，则可取：
（5—8）
对于两组分溶液，当总压不高时，由式（5—5）可得：
或：
由上式求解出y A，并略去下标，可得：
（5—9）
若α为已知时，可利用式（5—9）求得x—y的关系，式（5—9）称为气液相平衡方程。
可以用相对挥发度α值的大小来判断某混合液是否能用蒸馏方法加以分离以及分离的难易程度。
相对挥发度α为常数时，溶液的相平衡曲线如图5—3所示：
图5—3 相对挥发度α为定值的相平衡曲线（恒压）
若α＞1，表示组分A较B容易挥发，α愈大，分离愈易。
若α = 1，从式（5—9）可知y＝x，即气相组成等于液相组成（成对角线），此时不能用普通蒸馏的方法分离该混合液，也即存在恒沸点。
例2：利用上例1所给出的苯和甲苯的饱和蒸汽压数据，计算温度为85℃和105℃时，该溶液的相对挥发度及平均相对挥发度，再求上述温度下的气液平衡组成，并与上例1中的相应值作比较。
解：因苯—甲苯混合液可视为理想溶液，故相对挥发度可用式（5—6）计算：
850C时：查例1附表知：p A0 = 116.9，p B0 = 46.0；
1050C时：查例1附表知：p A0 = 2042，p B0 = 86.0；
平均相对挥发度按式（5—7）计算：
根据计算出的平均相对挥发度，用式（5—9）计算相应的x与y值。
即：
求题述温度下的气液平衡组成：
为了便于与上例1进行比较，上式中的x值应取与上例1中温度为85℃及105℃时的对应值，即：
850C时：查例1表2知：x = 0.78，y = 0.900，
而将x = 0.78代入上式计算得y：
1050C时：查例1表2知：x = 0.13，y = 0.262，
而将x = 0.13代入上式计算得y：
计算结果表明，用平均相对挥发度求得的平衡数据与上例题的结果基本一致。
第二节精馏原理
蒸馏按其操作方式可分为简单蒸馏、闪蒸、精馏等。
简单蒸馏、闪蒸仅是进行一次部分气化和冷凝的过程，故只能部分地分离液体混合物；
精馏是进行多次部分气化和部分冷凝的过程，可使混合液得到几乎完全的分离。
多次进行部分汽化或部分冷凝以后，最终可以在汽相中得到较纯的易挥发组分，而在液相中得到较纯的难挥发组分。这就叫做精馏。
一、精馏过程
图5—4为连续精馏塔。
图5—4 连续精馏过程
精馏原理
料液自塔的中部某适当位置连续地加入塔内，塔顶设有冷凝器将塔顶蒸汽冷凝为液体。冷凝液的一部分回到塔顶，称为回流液，其余作为塔顶产品(馏出液)连续排出。
在塔内上半部(加料位置以上)上升蒸汽和回流液体之间进行着逆流接触和物质传递。
塔底部装有再沸器(蒸馏釜)以加热液体产生蒸汽，蒸汽沿塔上升，与下降的液体逆流接触并进行物质传递，塔底连续排出部分液体作为塔底产品。
在塔的加料位置以上，上升蒸汽中所含的重组分向液相传递，而回流液中的轻组分向气相传递。如此物质交换的结果，使上升蒸汽中轻组分的浓度逐渐升高。只要有足够的相际接触表面和足够的液体回流量，到达塔顶的蒸汽将成为高纯度的轻组分。
塔的上半部完成了上升蒸汽的精制，即除去其中的重组分，因而称为精馏段。
在塔的加料位置以下，下降液体(包括回流液和加料中的液体)中的轻组分向气相传递，上升蒸汽中的重组分向液相传递。这样，只要两相接触面和上升蒸汽量足
够，到达塔底的液体中所含的轻组分可降至很低，从而获得高纯度的重组分。
塔的下半部完成了下降液体中重组分的提浓，即提出了轻组分，因而称为提馏段。
一个完整的精馏塔应包括精馏段和提馏段，在这样的塔内可将一个双组分混合物连续地、高纯度地分离为轻、重两组分。
回流是构成气、液两相接触传质的必要条件，没有气液两相的接触也就无从进行物质交换。
另一方面，组分挥发度的差异造成了有利的相平衡条件( y＞x )。这使上升蒸汽在与自身冷凝回流液之间的接触过程中，重组分向液相传递，轻组分向气相传递。
相平衡条件y＞x使必需的回流液的数量小于塔顶冷凝液量的总量，即只需要部分回流而无需全部回流。这样，才有可能从塔顶抽出部分冷凝液作为产品。
精馏过程的基础仍然是组分挥发度的差异。
下图5—5所示的为间歇精馏流程。
图5—5 间歇精馏流程
间歇精馏与连续精馏不同的是原料是一次加入塔釜中，而不是连续地加入精馏塔中，因此间歇精馏只有精馏段而没有提馏段。
同时，因间歇精馏中釜液浓度不断地变化，故得到的产品组成也逐渐变低。当釜中的液体达到规定的组成后，精馏操作即被停止。
第三节双组分连续精馏塔的计算
双组分连续精馏塔的工艺计算主要包括以下内容：
(1) 确定产品的流量和组成。
(2) 确定精馏塔的类型，根据塔型，求算理论板层数。
(3) 确定塔高和塔径。
(4) 对板式塔，进行塔板结构尺寸的计算及塔板流体力学验算。
(5) 计算冷凝器和再沸器的热负荷，并确定两者的类型和尺寸。
5—3—1 理论板的概念及恒摩尔流的假定
所谓理论板是指离开这一种板的气液两相互成平衡，而且塔板上的液相组成可视为均匀一致。
例如，对第n层理论板而言，离开该板的液相组成x n与气相组成y n符合平衡关系。实际上，由于塔板上气液间接触面积和接触时间是有限的，因此在任何型式的塔板上气液两相都难以达到平衡状态，也就是说理论板是不存在的。
理论板仅是作为衡量实际板分离效率的依据和标准，它是一种理想板。
通常，在设计中先求得理论板层数，然后用塔板效率予以校正，即可求得实际板层数。
实际板层数= 理论板层数/ 塔板效率
数学表达式为：
N P = N T / E （5—10）
若已知某系统的气液平衡关系，则离开理论板的气液两相组成y n与x n之间的关系即已确定。如再能知道由任意板下降液体的组成x n及由它的下一层板上升的蒸汽组成y n＋1之间的关系，从而塔内各板的气液相组成可逐板予以确定，由此即可求得在指定分离要求下的理论板层数。
而y n＋1与x n间的关系是由精馏条件所决定的，这种关系可由物料衡算求得，并称之为操作关系。
由于精馏过程是既涉及传热又涉及传质的过程，相互影响的因素较多，为了便于导出表示操作关系的方程式，需作以下两项假设：
(1)恒摩尔气化
精馏操作时，在精馏塔的精、提馏段内，每层板的上升蒸汽摩尔流量都是相等的；但两段的上升蒸汽摩尔流量却不一定相等。即：
V1 = V2 = ……= V n = V = 定值
V1′= V2′= ……V m′= V′= 定值
式中V——精馏段中上升蒸汽的摩尔流量，kmol／h；
V′——提馏段中上升蒸汽的摩尔流量，kmo1／h；
(下标表示塔板序号)。
(2)恒摩尔液流
精馏操作时，在精馏塔的精、提馏段内，每层板下降的液体摩尔流量都是相等的；但两段的液体摩尔流量却不一定相等。即：
L1 = L2 = ……= L n = L = 定值
L1′= L2′= ……= L m′= L′= 定值
式中L——精馏段中下降液体的摩尔流量，kmol／h；
L′——提馏段中下降液体的摩尔流量，kmo1／h；
(下标表示塔板序号)。
上述两项假设常称之为恒摩尔流假定。
在塔板上气液两相接触时，若有一千摩尔的蒸汽冷凝相应就有一千摩尔的液体气化，这时恒摩尔流的假定才能成立。为此，必须满足以下条件：
(1) 各组分的摩尔气化潜热相等。
(2) 气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略。
(3)塔设备保温良好，热损失可以忽略。
精馏操作时，恒摩尔流虽是一项假设，但有些系统能基本上符合上述条件，因此，可将这些系统在塔内的气液两相视为恒摩尔流动。
5—3—2 物料衡算和操作线方程
一、全塔物料衡算
通过全塔物料衡算，可以求出精馏产品的流量（D、W），组成（x D、x W）和进料流量（F），组成（x F）之间的关系。
对图5—6所示的连续精馏塔作全塔物料衡算，并以单位时间为基准：
图5—6 精馏塔的物料衡算
总物料衡算： F = D＋W （5—11）
易挥发组分衡算：Fx F = Dx D＋Wx W （5—12）
式中F——原料液流量，kmol / h；
D——塔顶产品(馏出液)流量，kmol／h；
W——塔底产品(釜残液)流量，kmol／h；
x F ——原料液中易挥发组分的摩尔分率；
x D——馏出液中易挥发组分的摩尔分率；
x W——釜残液中易挥发组分的摩尔分率。
在精馏计算中，分离程度除用两种产品的摩尔分率表示外，有时还用回收率表示，回收率是指回收了原料中易挥发(或难挥发)组分的百分数。
塔顶易挥发组分的回收率η：
（5—13）塔底难挥发组分的回收率η：
（5—13a）
例3：将5000 kg／h含正戊烷0.4 (摩尔分率，下同)和正已烷0.6的混合液在连续精馏塔中分离，要求馏出液含正戊烷0.98，釜液含正戊烷不高于0.03，求馏出液、釜液的流量D与W，以及塔顶易挥发组分正戊烷的回收率η。
解：正戊烷的分子式为C5H12，分子量为72
正已烷的分子式为C6H14，分子量为86
原料液的平均分子量：
M F = 0.4×72 + 0.6×86 = 80.4 kg / kmol
所以：
F = 5000 / 80.4 = 62.2 kmol / h
根据式（5—11）和式（5—12）知：
F = D + W
Fx F = Dx D + Wx W
联立解得：
所以：
W = F－D = 62.2－24.6 = 37.6 kmol / h
按式（5—13）求塔顶易挥发组分正戊烷的回收率η：
二、精馏段操作线方程
按下图5—7虚线范围(精馏段的第n＋1层板以上塔段及冷凝器)作物料衡算：
总物料衡算：V = L＋D （5—14）
易挥发组分衡算：Vy n＋1 = Lx n＋Dx D（5—15）
式中x n——精馏段第n层板下降液体中易挥发组分的摩尔分率；
y n＋1——精馏段第n＋1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分率。
V——精馏段中上升蒸汽摩尔流量，kmol / h；
L——精馏段中下降液体的摩尔流量，kmol / h；
D——塔顶产品(馏出液)流量，kmol／h；
x D——馏出液中易挥发组分的摩尔分率。
图5—7 精馏段操作线方程式的推导
将式（5—14）代入式（5—15），可得：
（5—16）
上式等号右边两项的分子及分母同时除以D，则：
令R = L / D，（R称为回流比）代入上式得：
（5—17）
式（5—16）与式（5—17）均称为精馏段操作线方程式。
根据恒摩尔流假定，L为定值，且在稳定操作时D及x D为定值。故R也是常量，其值一般由设计者选定。
此两式表示在一定操作条件下，精馏段内自任意第n层板下降的液相组成X n 与其相邻的下一层板(如第n＋1层板)上升的气相组成y n＋l之间的关系。
式（5—17）在x—y直角坐标图上为直线，其斜率为R／(R＋1)，截距为x D／(R＋1)。
三、提馏段操作线方程
按图5—8虚线范围(提馏段第m层板以下塔段，以及再沸器)作物料衡算：
图5—8 提馏段操作线方程式的推导
总物料衡算：L?= V?＋W （5—18）
易挥发组分衡算：L?x m?= V?y?m＋1＋Wx W（5—19）
式中x m′——提馏段第m层板下降液体中易挥发组分的摩尔分率；
y?m＋1——提馏段第m＋1层板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分率。
L′——提馏段中下降液体的摩尔流量，kmo1／h；
V′——提馏段中上升蒸汽的摩尔流量，kmo1／h；
W——塔底产品(釜残液)流量，kmol／h；
x W——釜残液中易挥发组分的摩尔分率。
将式（5—18）代入式（5—19），并整理可得：
（5—20）
式（5—20）称为提馏段操作线方程式。
此式表示在一定操作条件下，提馏段内自任意第m层板下降液体组成x m′与
其相邻的下层板(第m＋1层)上升蒸汽组成y m＋1′之间的关系。
根据恒摩尔流的假定，L′为定值，且在稳定操作时，W和x W也为定值，故式（5—17）在x—y图上也是直线。
提馏段的液体流量L′不如精馏段的回流液流量L那样易于求得，因为L′除了与L有关外，还受进料量及进料热状况的影响。
5—3—3 进料热状况的影响
在实际生产中，加入精馏塔中的原料液可能有以下五种不同的热状况：
(1) 温度低于泡点的冷液体。
(2) 泡点下的饱和液体（刚好泡点温度的饱和液体）。
(3) 温度介于泡点和露点之间的气液混合物。
(4) 露点下的饱和蒸汽（刚好露点温度的饱和蒸汽）。
(5) 温度高于露点的过热蒸汽。
由于不同进料热状况的影响，使从进料板上升的蒸汽量及下降的液体量发生变化，也即上升到精馏段的蒸汽量及下降到提馏段的液体量发生了变化。
图5—9定性地表示在不同的进料热状况下，由进料板上升的蒸汽与由此板下降的液体间的摩尔流量关系。
图5—9 进料热状况对进料板上、下各流股的影响
对于冷液进料，提馏段内回流液流量L′包括以下三部分：
(1) 精馏段的回流液流量L；
(2) 原料液流量F；
(3) 为把原料液加热到板上温度，必然会有一部分从提馏段上升的蒸汽V′被冷凝下来，其冷凝液也成为L′的一部分。如图5—9（a）所示。由于这部分蒸汽
蒸馏练习 下册 第一章蒸馏 概念 1、精馏原理 2、简捷法 3、漏液 4、板式塔与填料塔 公式 全塔物料衡算【例1－4】、 精馏段、提馏段操作线方程、 q 线方程、 相平衡方程、 逐板计算法求理论板层数和进料版位置（完整手算过程） 进料热状况对汽液相流量的影响 2．连续精馏塔的塔顶和塔底产品摩尔流量分别为D 和W ，则精馏段液气比总是小于1，提馏段液气比总是大于1，这种说法是否正确？全回流时，该说法是否成立？为什么？ 正确；全回流时该说法不正确；因为，D=W=0，此时是液汽比的极限值，即 1==''V L V L 4.简述有哪几种特殊精馏方法？它们的作用是什么？ 1.恒沸精馏和萃取精馏。对于形成恒沸物的体系，可通过加入第三组分作为挟带剂，形成新的恒沸体系，使原溶液易于分离。对于相对挥发度很小的物系，可加入第三组分作为萃取剂，以显著改变原有组分的相对挥发度，使其易于分离。 5．恒沸精馏原理 6．试画出板式塔负荷性能图，并标明各条极限负荷曲线表示的物理意义，指出塔板适宜的操作区在哪个区域是适宜操作区。（5分） 1.漏液线（气体流量下限线）（1分） 2.雾沫夹带线（气体流量上限线）（1分） 3.液相流量下限线（1分） 4.液相流量上限线（1分） 5.液泛线（1分） 最适宜的区域为五条线相交的区域内。 7．进料热状况参数
8、平衡蒸馏原理 9、液泛的定义及其预防措施 10、简述简捷法求解理论板层数的主要步骤。 11、什么是理想物系？ 四 计算题 1、用一精馏塔分离苯-甲苯溶液（α=2.5）,进料为气液混合物，气相占50%（摩尔分率,下同），进料混合物中苯占0.60，现要求塔顶、塔底产品组成分别为0.95和0.05,回流比取最小回流比的1.5倍,塔顶分凝器所得冷凝液全部回流，未冷凝的蒸汽经过冷凝冷却器后作为产品，试求：塔顶塔底产品分别为进料量的多少倍？（2）塔顶第一理论板上升的蒸汽组成为多少？ 2、某连续精馏塔的操作线方程分别为：精馏段：263.0723.01+=+n n x y 提馏段：0187.025.11-=+n n x y 设进料为泡点液体，试求上述条件下的回流比，以及馏出液、釜液和进料的组成。 3、在连续精馏塔中分离苯和甲苯二元混合溶液，原料液流量为5000kg/h ，组成为含苯0.3（质量分率，下同），塔顶馏出液中苯的回收率为88%，要求塔釜含苯不高于0.05，求馏出液及釜残液的摩尔流量及摩尔组成。(苯的相对分子量为78 ，甲苯92) 解：336.0927.0783.0783 .0=+= F x 0584.092 95 .07805.07805.0=+= w x 3 .87)336.01(92336.078=-?+?=+=FB B FA A F x M x M M h kmol F /3.573 .875000 == （5分） 3.57==+F W D （1）
化工原理学习指导 第6章 蒸馏 计算题答案 6-31 某二元混合物蒸汽，其中轻、重组分的摩尔分数分别为0.75和0.25，在总压为300kPa 条件下被冷凝至40℃，所得的汽、液两相达到平衡。求其汽相摩尔数和液相摩尔数之比。已知轻、重组分在40℃时的蒸汽压分别为370kPa 和120kPa 。 解：两相中，720.0120 370120 3000B 0A 0 B =--=--= p p p p x 888.0300 720.03700 A A =?===x p p p p y 设汽相摩尔量为V ，液相摩尔量为L ，总量为F ，则 L V F += Lx Vy Fx F += 由以上两式可得： 217.075 .0888.072 .075.0F F =--=--=x y x x L V 事实上，汽液平衡体系中，两相的摩尔量比值服从杆杠定律。 6-32 苯和甲苯组成的理想溶液送入精馏塔中进行分离，进料状态为汽液共存，其两相组成分别如下：5077.0F =x ，7201.0F =y 。用于计算苯和甲苯的蒸汽压方程如下： 8 .2201211 031.6lg 0A +- =t p 5 .2191345 080.6lg 0B +- =t p 其中压强的单位为Pa ，温度的单位为℃。试求：（1）该进料中两组份的相对挥发度为多少？（2）进料的压强和温度各是多少？（提示：设进料温度为92℃） 解：（1）混合物中两组分的相对挥发度：49.25077 .015077 .07201.017201.011F F F F =--=--=x x y y α （2）设进料温度为92℃，则 16.28 .220921211 031.6lg 0 A =+-=p kPa 38.1440A =p 762.15 .219921345 080.6lg 0B =+- =p kPa 83.570B =p 由此求得体系的相对挥发度为：496.283 .5738 .144'0B 0A == =p p α 其值与（1）中所求相对挥发度足够接近，故可认为进料温度为92℃。 体系总压为：()()kPa 77.1015077.0183.575077.038.1441F 0 B F 0A =-?+?=-+=x p x p p 6-33 一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某层塔板上的气、液相组成分别为0.83和0.70，与之相邻的上层塔板的液相组成为0.77，而与之相邻的下层塔板的气相组成为0.78
第六章 蒸 馏 相平衡 【6-1】苯(A)和甲苯(B)的饱和蒸气压数据如下。 温度 /℃ 苯饱和蒸气压 ()/B p kPa 甲苯饱和蒸气压 ()/B p kPa 温度 /℃ 苯饱和蒸气压 ()/B p kPa 甲苯饱和蒸气压 ()/B p kPa 80.1 84 88 92 96 101.33 113.59 127.59 143.72 160.52 38.8 44.40 50.60 57.60 65.55 100 104 108 110.6 179.19 199.32 221.19 234.60 74.53 83.33 93.93 101.33 根据上表数据绘制总压为101.33kPa 时苯一甲苯溶液的-t y x -图及y x -图。此溶液服从拉乌尔定律。 解 计算式为 ,00 00 B A A B p p p x y x p p p -==- 计算结果见下表 苯-甲苯溶液的t x y --计算数据 温度()/t ℃ 00 B A B p p x p p -=- 0 A p y x p = 80.1 84 88 92 96 100 104 108 110.6 1.0 (10133444) 082311359444-=- (10133506) 065912759506-=- (10133576) 050814372576-=- (101336566) 0376160526566-=- (101337453) 0256179197453-=- (101338333) 0155199328333-=- (101339393) 0058221199393 -=- 1.0 (11359) 0823092310133 ?= (12759) 0659083010133 ?= (14372) 0508072110133 ?= (16052) 0376059610133 ?= (17919) 0256045310133 ?= (19932) 0155030510133 ?= (22119) 0058012710133 ?= 苯-甲苯溶液的t y x --图及y x -图，如习题6-1附图1与习题6-1附图2所示。
单项选择题 (每题2分,共50题) 成绩查询 第九章 蒸馏 1. 蒸馏是利用各组分______不同的特性实现分离的目的。 A ：溶解度 B ：等规度 C ：挥发度 D ：调和度 2. 在二元混合液中，沸点低的组分称为______组分。 A ：可挥发 B ：不挥发 C ：难挥发 D ：易挥发 3. 某真空操作精馏塔，因故真空度减小，而F ，D ，xf ，q ，加料位置，回流比R 都不变。则塔底残液xw______。 A ：变小 B ：变大 C ：不变 D ：不确定 4. 某二元混合物，其中A 为易挥发组分，液相组成xA=0.6相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成yA=0.7，相应的露点为t2，则：____。 A ：t1 ＝t2 B ：t1＜ t2 C ：t1＞ t2 D ：不能判断 5. 某二元混合物，其中A 为易挥发组分。液相组成xA=0.4，相应的泡点为t1；汽相组成yA=0.4相应的露点为t2。则： ____ A ：t1 ＝t2 B ：t1 ＜t2 C ：t1＞ t2 D ：不能判断 6. 原料的数量和浓度相同，用简单蒸馏得汽相总组成为xD1，用平衡蒸馏得汽相总组成为xD2。若两种蒸馏方法所得的汽相量相同，则： ____ A ：xD1 ＞xD2 B ：xD1 ＝xD2 C ：xD1＜xD2 D ：不能判断 7. 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是______________。 A ：液相中易挥发组分进入汽相； B ：汽相中难挥发组分进入液相； C ：液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D ：液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。 8. 精馏理论中，“理论板”概念提出的充分而必要的前提是_____。 A ：塔板无泄漏 B ：板效率为 100% C ：离开塔板的气液达到平衡 D ：板上传持推动力最大 9. 下列哪几条是指导精馏塔操作线方程的前提？ 甲：恒摩尔流； 乙：平衡精馏； 丙：板式塔； 丁： 过程稳定（定常）。 A ：甲、乙 B ：甲、丁 C ：丙、丁 D ：乙、丙 10. 已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为_____。
化工原理蒸馏试题Newly compiled on November 23, 2020
蒸馏 一.填空题 1.蒸馏是分离____________的一种方法，蒸馏分离的依据是 _______________________________。 2.气液两相呈平衡状态时，气液两相温度_______，但气相组成________液相组成。 3.气液两相组成相同时，则气相露点温度________液相泡点温度。 4.在精馏过程中，增大操作压强，则物系的相对挥发度________，塔顶温度_________，塔釜温度_______，对分离过程___________。 5.两组分溶液的相对挥发度是指溶液中_______的挥发度对________的挥发度的比值，a=1表示_______。 6.所谓理论板是指该板的气液两相____________，且塔板上_________________。 7.某两组分物系，其相对挥发度α=3，对第n，n-1两层理论板，在全回流条件下，已知x n=， 则y n-1=_________________。 8.某精馏塔的温度精馏段操作线方程为y=+，则该精馏塔的操作回流比是____________，馏出液组成为____________________。 9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是_____________和_________________。 10.在总压为温度为95℃下，苯与甲苯的饱和蒸汽分别为== kPa，则平衡时苯的液相组成为 =_________，气相组成为y=______________，相对挥发度为α=____________。 11.精馏塔有____________进料热状态，其中__________进料q值最大，进料温度____泡点。 12.在操作的精馏塔中，测得相邻两塔板的两相四个组成为，，，.则=_________， =________，=_________，=_______. 13.对于不同的进料热状态，，与的进料关系为 （1）冷液进料，_________，___________ （2）饱和液体进料，_________，__________ （3）气液混合物进料，_________，___________ （4）饱和蒸汽进料，_________，__________ （5）过热蒸汽进料,_________，___________ 14.某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则：回流比等于_________，馏出液量等于____________，操作线方程为_______________。 15.板塔式的流体力学性能包括________，_________，________，_________， ________，_________。 16.塔板负荷性能图由________，________，________，_________，__________五条线组成，五条线围成的区域为_________，操作点应在_________。 17.加大板间距，则液泛线_________；减少塔板开孔率，则漏液线_________；增加降业管面积，则液相负荷上限线__________。 18.塔板的操作弹性是指___________________________________________________。 二选择题 1.精馏操作时，增大回流比，其他操作条件不改变，则精馏段液气比L/V（），馏出液组成（），釜残液组成（）。
第六章 蒸 馏 相平衡 【 6-1 】苯 (A) 和甲苯 (B) 的饱和蒸气压数据如下。 温度 苯饱和蒸气压 甲苯饱和蒸气压 温度 苯饱和蒸气压 甲苯饱和蒸气压 /℃ o o /℃ o o ( p B ) / kPa ( p B ) / kPa ( p B ) / kPa ( p B ) / kPa 100 84 104 88 108 92 96 根据上表数据绘制总压为时苯一甲苯溶液的 t - y x 图及 y x 图。此溶液服从拉乌尔定律。 解 计算式为 p p B 0 p A 0 x 0 0 , y x p A p B p 计算结果见下表 苯- 甲苯溶液的 t x y 计算数据 温度 (t ) / ℃ p p B 0 p A 0 x p B 0 yx p A 0 p 101 33 44 4 0 823 113 59 0 823 0 923 . . . 84 113 59 44 4 . 101 33 . . . . . 101 33 50 6 0 659 127 59 0 659 0 830 88 . . . 127 59 50 6 . 101 33 . . . . . 101 33 57 6 0 508 143 72 0 508 0 721 92 . . . 143 72 57 6 . 101 33 . . . . . 101 33 65 66 160 52 96 . . 0 376 . 0 376 0 596 160 52 65 66 101 33 . . . . . . 100 101 33 74 53 0 256 179 19 0 256 0 453 . . . 179 19 74 53 . 101 33 . . . . . 104 101 33 83 33 0 155 199 32 0 155 0 305 . . . 199 32 83 33 . 101 33 . . . . . 108 101 33 93 93 0 058 221 19 0 058 0 127 . . . 221 19 93 93 . 101 33 . . . . . 苯 - 甲苯溶液的 t y x 图及 y x 图，如习题 6-1 附图 1 与习题 6-1 附图 2 所示。
蒸馏 一. 填空题 1.蒸馏是分离 __均相混合物的一种方法，蒸馏分离的依据是______挥发度差异_____。 2. 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度_相同______，但气相组成____大于____液相组成。 3. 气液两相组成相同时，则气相露点温度________液相泡点温度。3.大于 4. 在精馏过程中，增大操作压强，则物系的相对挥发度________，塔顶温度_________，塔釜温度_______，对分离过程___________。 4. 下降 升高 升高 不利 5. 两组分溶液的相对挥发度是指溶液中_______的挥发度对________的挥发度的比值，a=1表示_______。 5.易挥发组分 难挥发组分 不能用蒸馏方法分离 6. 所谓理论板是指该板的气液两相____________，且塔板上_________________。 6.互呈平衡 液相组成均匀一致 7. 某两组分物系，其相对挥发度α=3，对第n ，n-1两层理论板，在全回流条件下，已知x n =0.3，则y n-1 =_________________。 7. 0.794 8. 某精馏塔的温度精馏段操作线方程为y=0.75x +0.24，则该精馏塔的操作回流比是____________，馏出液组成为____________________。 8. R=3 96.0=D x 9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是_____________和_________________。 9.塔顶易挥发组分含量高 塔底压力高于塔顶 10. 在总压为103.3kPa 温度为95℃下，苯与甲苯的饱和蒸汽分别为0A p =155.7kPa 0B p =63.3 kPa ，则平衡时苯的液相组成为x =_________，气相组成为y=______________，相对挥发度为α=____________。 10. 411.0=x 632.0=y α=2.46 11. 精馏塔有____________进料热状态，其中__________进料q 值最大，进料温度F t ____泡点b t 。11. 五种 冷液体 小于 12. 在操作的精馏塔中，测得相邻两塔板的两相四个组成为0.62，0.70，0.75，0.82.则n y =_________，n x =________，1+n y =_________，1+n x =_______. 12. 82.0=n y 70.0=n x 75.01=+n y 62.01=+n x 13. 对于不同的进料热状态， q x ，q y 与F x 的进料关系为 （1）冷液进料，q x _________F x ， q y ___________F x （2）饱和液体进料，q x _________F x ， q y __________F x （3）气液混合物进料， q x _________F x ， q y ___________F x （4）饱和蒸汽进料，q x _________F x ， q y __________F x （5）过热蒸汽进料, q x _________F x ， q y ___________F x 13. （1）＞ ＞ （2）= ＞ （3）＜ ＞ （4）＜ = （5）＜ ＜
蒸馏练习 下册 第一章蒸馏 概念 1、精馏原理 2、简捷法 3、漏液 4、板式塔与填料塔 公式 全塔物料衡算【例1－4】、 精馏段、提馏段操作线方程、 q 线方程、 相平衡方程、 逐板计算法求理论板层数和进料版位置（完整手算过程） 进料热状况对汽液相流量的影响 2．连续精馏塔的塔顶和塔底产品摩尔流量分别为D 和W ，则精馏段液气比总是小于1，提 馏段液气比总是大于1，这种说法是否正确？全回流时，该说法是否成立？为什么？ 正确；全回流时该说法不正确；因为，D=W=0，此时是液汽比的极限值，即 1==''V L V L 4.简述有哪几种特殊精馏方法？它们的作用是什么？
1.恒沸精馏和萃取精馏。对于形成恒沸物的体系，可通过加入第三组分作为挟带剂，形成新的恒沸体系，使原溶液易于分离。对于相对挥发度很小的物系，可加入第三组分作为萃取剂，以显著改变原有组分的相对挥发度，使其易于分离。 5．恒沸精馏原理 6．试画出板式塔负荷性能图，并标明各条极限负荷曲线表示的物理意义，指出塔板适宜的操作区在哪个区域是适宜操作区。（5分） 1.漏液线（气体流量下限线）（1分） 2.雾沫夹带线（气体流量上限线）（1分） 3.液相流量下限线（1分） 4.液相流量上限线（1分） 5.液泛线（1分） 最适宜的区域为五条线相交的区域内。7．进料热状况参数 8、平衡蒸馏原理 9、液泛的定义及其预防措施 10、简述简捷法求解理论板层数的主要步骤。 11、什么是理想物系？ 四计算题 1、用一精馏塔分离苯-甲苯溶液（ =2.5）,进料为气液混合物，气相占50%（摩尔分率,下同），进料混合物中苯占0.60，现要求塔顶、塔底产品组成分别为0.95和0.05,回流比取最小回流比的1.5倍,塔顶分凝器所得冷凝液全部回流，未冷凝的蒸汽经过冷凝冷却器后
一．选择题 1．蒸馏是利用各组分（）不同的特性实现分离的目的。C A 溶解度； B 等规度； C 挥发度； D 调和度。 2．在二元混合液中，沸点低的组分称为（）组分。C A 可挥发； B 不挥发； C 易挥发； D 难挥发。 3．（）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。A A 液相回流； B 进料； C 侧线抽出； D 产品提纯。 4．在（）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。C A 冷凝器； B 蒸发器； C 再沸器； D 换热器。 5．再沸器的作用是提供一定量的（）流。D A 上升物料； B 上升组分； C 上升产品； D 上升蒸气。 6．冷凝器的作用是提供（）产品及保证有适宜的液相回流。B A 塔顶气相； B 塔顶液相； C 塔底气相； D 塔底液相。 7．冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（）回流。B A 气相； B 液相； C 固相； D 混合相。 8．在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（）。C
A 浮阀板； B 喷射板； C 加料板； D 分离板。 9．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（ ）。 B A 精馏段； B 提馏段； C 进料段； D 混合段。 10．某二元混合物，进料量为100 kmol/h ，x F = ，要求塔顶x D 不小于， 则塔顶最大产量为（ ）。 (则W=0) B A 60 kmol/h ； B kmol/h ； C 90 kmol/h ； D 100 kmol/h 。 11．精馏分离某二元混合物，规定分离要求为D x 、w x 。如进料分别为1F x 、 2F x 时，其相应的最小回流比分别为1min R 、2min R 。当21F F x x >时，则 （ ）。 A A ．2min 1min R R <； B ．2min 1min R R =； C ．2min 1min R R >； D ．min R 的大小无法确定 12． 精馏的操作线为直线，主要是因为（ ）。 D A ． 理论板假定； C. 理想物系； B ． 塔顶泡点回流； D. 恒摩尔流假定 13． 某二元混合物，其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时相应的 泡点为1t ，气相组成3.0=A y 时相应的露点为2t ， 则（ ） D A ．21t t =； B ．21t t <； C ．21t t >； D ．无法判断 14． 某二元混合物，其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时泡点为1t ， 与之相平衡的气相组成75.0=A y 时，相应的露点为2t ，则 （ ）。 A
化工原理蒸馏部分模拟 试题及答案 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
化工原理蒸馏部分模拟试题及答案 一、填空 1精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现 先降后升的变化过程。 2精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。 3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中, 冷液体进料的q值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远 , 分离所需的总理论板数最少。 4相对挥发度α=1，表示不能用普通精馏分离分离，但能用萃取精馏或恒沸精馏分离。 5某二元混合物，进料量为100kmol/h，x F=，要求得到塔顶x D不小于，则塔顶最大产量为 kmol/h 。 6精馏操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底上升蒸气。 7负荷性能图有五条线，分别是液相上限线、液相上限线、雾沫夹带线、漏液线和液泛线。 二、选择 1 已知q=，则加料中液体量与总加料量之比为 C 。 A :1 B 1: C 1:1 D :1 2 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 D 。 A 液相中易挥发组分进入汽相； B 汽相中难挥发组分进入液相； C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。 3 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成x A=，相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成y A=，相应的露点为t2，则A A t1=t2 B t1
化工原理蒸馏部分模拟试题及答案 一、填空 1精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先降后升的变化过程。 2精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。 3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中, 冷液体进料的q值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远 , 分离所需的总理论板数最 少。 4相对挥发度α=1，表示不能用普通精馏分离分离，但能用萃取精馏或恒沸精馏分离。5某二元混合物，进料量为100kmol/h，x F=0.6，要求得到塔顶x D不小于0.9，则塔顶最大产量为 66.7 kmol/h 。 6精馏操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底上升蒸气。 7负荷性能图有五条线，分别是液相上限线、液相上限线、雾沫夹带线、漏液线和液泛线。 二、选择 1 已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为 C 。 A 1.1:1 B 1:1.1 C 1:1 D 0.1:1 2 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 D 。 A 液相中易挥发组分进入汽相； B 汽相中难挥发组分进入液相； C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。 3 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成x A=0.6，相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成y A=0.7，相应的露点为t2，则???A??? A t1=t2 B t1
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 B o A 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 y x p 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 o A A x p p = ，B o B 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 = ,o p p x B B B y = 因为 1x x B =+A 所以 1p y p y 0B B A =??? ? ??+o A p 即 11250.55145 0.45=?? ? ??+p 可解得 p =133.3 kPa 则液相组成 414.014545.03.133y A =?== o A A p p x
谭天恩版化工原理第十章蒸馏复习题 一．填空题 1.蒸馏是分离的一种方法，其分离依据是混合物中各组 分的，分离的条件是。 答案:均，挥发性差异，造成气液两相系统（每空1分，共3分） 2.在t-x-y图中的气液共存区内，气液两相温度，但气相组成液 相组成，而两相的量可根据来确定。 答案: 相等，大于，杠相液体混合物杆规则（每空1分，共3分） 3.当气液两相组成相同时，则气相露点温度液相泡点温度。 答案:大于（每空1分） 4.双组分溶液的相对挥发度α是溶液中的挥发度对的挥发度之 比，若α=1表示。物系的α值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈对角线。 答案:易挥发组分，难挥发组分，不能用普通蒸馏方法分离远离（每空1分，共4分） 5.工业生产中在精馏塔内将过程和过程有机结合 起来而实现操作的。而是精馏与普通精馏的本质区别。 答案:多次部分气化，多次部分冷凝，回流（每空1分，共3分） 6.精馏塔的作用是。 答案:提供气液接触进行传热和传质的场所。（2分） 7.在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为，其作用是；加料板以下的 塔段（包括加料板）称为________，其作用是。 答案:精馏段（1分）提浓上升蒸汽中易挥发组分（2分）提馏段提浓下降液体中难挥发组分（2分）（共6分） 8.离开理论板时，气液两相达到状态，即两相相等，____互成平衡。 答案: 平衡温度组成（每空1分，共3分） 9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1）和 （2）。 答案: 塔顶易挥发组分含量高塔底压力高于塔顶（每空2分，共4分）
10. 精馏过程回流比R 的定义式为 ；对于一定的分离任务来说，当R= 时，所需理论板数为最少，此种操作称为 ；而R= 时，所需理论板数为∞。 答案:R= D L ∞ 全回流 R min （每空1分，共4分） 11. 精馏塔有 进料热状况，其中以 进料q 值最大，进料温度____泡点温度。 答案: 五种 冷液体 小于（每空1分，共3分） 12. 某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于____，馏出液流 量等于 ，操作线方程为 。 答案: ∞ 零 y n+1=x n （每空1分，共3分） 13. 在操作的精馏塔中，第一板及第二板气液两相组成分别为y 1,x 1及y 2,x 2；则它们的大小 顺序为 最大， 第二， 第三，而 最小。 答案: y 1 y 2 x 1 x 2 (每空1分，共4分） 14. 对于不同的进料热状况，x q 、y q 与x F 的关系为 （1）冷液进料：x q x F ，y q x F ； （2）饱和液体进料：x q x F ，y q x F ； （3）气液混合物进料：x q x F ，y q x F f ； （4）饱和蒸汽进料：x q x F ，y q x F ； （5）过热蒸汽进料：x q x F ，y q x F ； 答案:大于 大于（1分）等于 大于（1分）小于 大于（1分）小于 等于（1分）小于 小于（1分）（共5分） 15. 精馏操作时，增大回流比R ，其他操作条件不变，则精馏段液气比 V L （ ），馏出液组成x D ( ),釜残液组成x W ( ). A 增加 B 不变 C 不确定 D 减小 答案: A A D 二. 选择题（每空1分，共3分） 1.精馏塔的设计中，若进料热状况由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体进料，其他条件维持不变，则所需的理论塔板数N T （ ），提馏段下降液体流量L /（ ）。 A 减小 B 不变 C 增加 D 不确定 答案: A C （每空1分，共2分） 2. 对于饱和蒸汽进料，则有L '（ ）L ，V '（ ）V 。 A 等于 B 小于 C 大于 D 不确定
第六章蒸馏 蒸馏定义： 蒸馏分类： 易挥发组分 难挥发组分 有回流蒸馏（精馏） 无回流蒸馏：简单蒸馏（间歇操作） 平衡蒸馏（连续操作） 特殊蒸馏：萃取蒸馏、恒沸蒸馏 按操作压力可分为加压、常压和减压蒸馏 两组分精馏和多组分精馏 第一节双组分溶液的气液相平衡 一、溶液的蒸汽压与拉乌尔定律 纯组分的蒸汽压与温度的关系： 拉乌尔定律：在一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分的分压等于纯组分在该温度下的饱和蒸气压与它在溶液中的摩尔分数的乘积。 p =p A0x A A （6-2） p =p B0x B=p B0(1－ B x ) （6-3） A 式中p A、p B——溶液上方A，B组分的平衡分压，Pa； p0——在溶液温度下纯组成的饱和蒸汽压，随温度而变，其值可用安托尼(Antoine)公式计算或由相关手册查得，Pa； x 、x B——溶液中A，B组分的摩尔分数。 A
二、理想溶液气液平衡 （一）t-y-x图 1．沸点－组成图（t－ x－ y图） （1）结构以常压下苯-甲苯混合液t－ x－ y图为例，纵坐标为温度t，横坐标为液相组成x A和汽相组成y A（x，y均指易挥发组分的摩尔分数）。下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线，上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线。两条曲线将整个t－ x－ y图分成三个区域，液相线以下称为液相区。汽相线以上代表过热蒸汽区。被两曲线包围的部分为汽液共存区。 t－ x－ y图数据通常由实验测得。对于理想溶液，可用露点、泡点方程计算。 （2）应用在恒定总压下，组成为x，温度为t 1 （图中的点A）的混合液升温 至t 2 (点J)时，溶液开始沸腾，产生第一个汽泡，相应的温度t2称为泡点，产生的第 一个气泡组成为y 1(点C)。同样，组成为y、温度为t 4 （点B）的过热蒸汽冷却至温 度t 3 （点H）时，混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相应的温度t3称为露点，凝结 出第一个液滴的组成为x 1 (点Q)。F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。 图苯－甲苯物系的t－ x－ y图图苯－甲苯物系的y－ x图应用t－ x－ y图，可以求取任一沸点的气液相平衡组成。当某混合物系的总组成与温度位于点K时，则此物系被分成互成平衡的汽液两相，其液相和汽相组成分别用L、G两点表示。两相的量由杠杆规则确定。 操作中，根据塔顶、塔底温度，确定产品的组成，判定是否合乎质量要求；反
化工原理蒸憎部分模拟试题及答案 一、填空 1精馆过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。精馆设计中，回流比越大,所需理论板越少，操作能耗増加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先降后升的变化过程。 2精馆设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馆釜中所需加热 煞汽消耗?!增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径増大（増大、减小）。 3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中，冷液体进料的a值最大，提馆段操作线与平衡线之间的距离最远 ,分离所需的总理论板数_t ± ____ O 4相对挥发度a =1,表示不能用普通精憎分离分离，但能用萃取精憎或恒沸精锚分离。 5某二元混合物，进料量为100kmol/h, XF=0.6,要求得到塔顶XD不小于0. 9,则塔顶最大产量为 66.7kmol/h 。 6精馆操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馆操作的必要条件包括 塔顶液相回流和塔底上升蒸气。 7负荷性能图有五条线,分别是液相上限线、液相上限线、_i 沫夹带线、漏液线和液泛线 二、选择 1已知q=l. 1,则加料中液体量与总加料量之比为_。 A 1. 1： 1 B 1:1. 1 C 1:1 D 0. 1:1 2精馆中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 D 。 A 液相中易挥发组分进入汽相； B 汽相中难挥发组分进入液相； C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。 3某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成XL0.6,相应的泡点为与之相平衡的汽相组成y.?=0.7,相应的靈点为t2,则_A_ A ti=t2 B tXta C ti〉t2 D 不确定 4某二元混合物，进料量为100kmol/h, x,.-0. 6,要求得到塔顶血不小于0. 9,则塔顶最大产量为—B—° A 60kmol/h B 66.7kmol/h C 90kmol/h D 不能定 5精馆操作时，若F、D、xi., q、R、加料板位置都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成血变化为_B_ A 变小B变大 C 不变 D 不确定 6在一二元连续精馅塔的操作中，进料量及组成不变，再沸器热负荷恒定，若回流比减少，则塔顶温度 A ,塔顶低沸点组分浓度 B ,塔底温度 C ,塔底低沸点组分浓度 A o A 升高 B 下降 C 不变 D 不确定 7某二元混合物，a=3,全回流条件下X.F0. 3,则yn-.=_B_o A 0.9 B 0.3 C 0.854 D 0.794
蒸馏习题参考答案 【7-1】 苯和甲苯在92℃时的饱和蒸汽压分别为143.73kPa 和57.6kPa ，苯-甲苯的混合液中苯的摩尔分数为0.4。试求：在92℃混合液中各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸汽组成。此溶液可视为理想溶液。[苯57.492kPa 、甲苯34.56kPa 、系统压力92.025kPa 、0.625y =苯、0.375y =甲苯] 解： 根据拉乌尔定律，理想溶液上方的平衡分压为 143.730.457.49257.60.634.5692.05257.492/92.0520.62510.6250.375A A A B B B A B A A B p p x kPa p p x kPa P p p kPa p y P y ==?===?==+== ===-= 【7-2】 在连续精馏塔中分离苯（A ）和甲苯（B ）两组分理想溶液。现场测得：塔顶全凝器，第一层理论板的温度计读数为83℃，压力表读数D 5.4kPa p =；塔釜温度计读数为112℃，压力表读数W 12.0kPa p =。试计算塔顶、塔釜的两产品组成和相对挥发度。两纯组分的饱和蒸汽压用安托尼方程计算。当地大气压为101.3kPa 。 （安托尼方程表达式为：0lg A-B p t C =+；苯：A=6.03055、B=1121.033、C=220.79；甲苯：A=6.07954、B=1344.8、C=219.482） [0.976x =D 、 2.573α=D ：W 0.0565x =、W 2.338α=] 解：（1）塔顶馏出液的组成及相对挥发度D a 对于理论板，气液相组成互为平衡，两相温度相等，塔顶第一层理论的气相组成即馏出液组成。 将83D t =℃代入安托尼方程求得 001211.033lg 6.03055- =2.04483220.79=110.7kPa p p =+∴苯苯
化工原理蒸馏试题精编 W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】
蒸馏 一.填空题 1.蒸馏是分离____________的一种方法，蒸馏分离的依据是 _______________________________。 2.气液两相呈平衡状态时，气液两相温度_______，但气相组成________液相组成。 3.气液两相组成相同时，则气相露点温度________液相泡点温度。 4.在精馏过程中，增大操作压强，则物系的相对挥发度________，塔顶温度 _________，塔釜温度_______，对分离过程___________。 5.两组分溶液的相对挥发度是指溶液中_______的挥发度对________的挥发度的比值，a=1表示_______。 6.所谓理论板是指该板的气液两相____________，且塔板上_________________。 7.某两组分物系，其相对挥发度α=3，对第n，n-1两层理论板，在全回流条件下， 已知x n =0.3，则y n-1 =_________________。 8.某精馏塔的温度精馏段操作线方程为y=0.75+0.24，则该精馏塔的操作回流比是____________，馏出液组成为____________________。 9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是_____________和 _________________。
10.在总压为103.3kPa温度为95℃下，苯与甲苯的饱和蒸汽分别为=155.7kPa=63.3 kPa，则平衡时苯的液相组成为=_________，气相组成为y=______________，相对挥发度为α=____________。 11.精馏塔有____________进料热状态，其中__________进料q值最大，进料温度 ____泡点。 12.在操作的精馏塔中，测得相邻两塔板的两相四个组成为0.62，0.70，0.75，0.82.则=_________，=________，=_________，=_______. 13.对于不同的进料热状态，，与的进料关系为 （1）冷液进料，_________，___________ （2）饱和液体进料，_________，__________ （3）气液混合物进料，_________，___________ （4）饱和蒸汽进料，_________，__________ （5）过热蒸汽进料,_________，___________ 14.某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则：回流比等于 _________，馏出液量等于____________，操作线方程为_______________。 15.板塔式的流体力学性能包括________，_________，________，_________， ________，_________。 16.塔板负荷性能图由________，________，________，_________，__________五条线组成，五条线围成的区域为_________，操作点应在_________。