三章蒸馏和吸收塔设备

第一章 绪论

1.1塔设备概述

塔设备是石油、化工、轻工等各工业生产中仅次与换热设备的常见设备。在上述各工业生产过程中，常常需要将原料中间产物或粗产品中的各个组成部分（称为组分）分离出来作为产品或作为进一步生产的精制原料，如石油的分离、粗酒精的提纯等。这些生产过程称为物质分离过程或物质传递过程，有时还伴有传热和化学反应过程。传质过程是化学工程中一个重要的基本过程，通常采用蒸馏、吸收、萃取。以及吸附、离子交换、干燥等方法。相对应的设备又可称为蒸馏塔、吸收塔、萃取塔等。

在塔设备中所进行的工艺过程虽然各不相同，但从传质的必要条件看，都要求在塔内有足够的时间和足够的空间进行接触，同时为提高传质效果，必须使物料的接触尽可能的密切，接触面积尽可能大。为此常在塔内设置各种结构形式的内件，以把气体和液体物料分散成许多细小的气泡和液滴。根据塔内的内件的不同，可将塔设备分为填料塔和板式塔。

在板式塔中，塔内装有一定数量的塔盘，气体自塔底向上以鼓泡喷射的形式穿过塔盘上的液层，使两相密切接触，进行传质。两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。

不论是填料塔还是板式塔，从设备设计角度看，其基本结构可以概括为：

（1）塔体，包括圆筒、端盖和联接法兰等；

（2）内件，指塔盘或填料及其支承装置；

（3）支座，一般为裙式支座；

（4）附件，包括人孔、进出料接管、各类仪表接管、液体和气体的分配装置，以及塔外的扶梯、平台、保温层等。

塔体是塔设备的外壳。常见的塔体是由等直径、等壁厚的圆筒及上、下椭圆形封头所组成。随着装置的大型化，为了节省材料，也有用不等直径、不等壁厚的塔体。塔体除应满足工艺条件下的强度要求外，还应校核风力、地震、偏心等载荷作用下的强度和刚度，以及水压试验、吊装、运输、开停车情况下的强度和刚度。另外对塔体安装的不垂直度和弯曲度也有一定的要求。

支座是塔体的支承并与基础连接的部分，一般采用裙座。其高度视附属设备（如再沸器、泵等）及管道布置而定。它承受各种情况下的全塔重量，以及风力、地震等载荷，因此，应有足够的强度和刚度。

《化工原理-下》课程教学大纲

课程编号：CHET2017

课程类别：学科基础课程

授课对象：化学工程与工艺专业

开课学期：春季

学 分： 2学分

主讲教师：朱秀林、程振平、张正彪等

指定教材：夏清，陈长贵 主编，《化工原理》（下册），天津科学技术出版社，2006年

第七章 蒸馏

课时：6周，共12课时 教学内容

第一节 两组分溶液的气液平衡

一、相律和相组成

教学要点：相律，质量分数与摩尔分数的换算

二、两组分理想物系的气液平衡

教学要点：用饱和蒸气压表示气液平衡关系，相对挥发度，t-x-y图，x-y图

三、两组分非理想物系的气液平衡

教学要点：恒沸组成，t-x-y图，x-y图 第二节 平衡蒸馏和简单蒸馏

一、平衡蒸馏

教学要点：平衡蒸馏的流程及计算

二、简单蒸馏 第三节 精馏原理和流程

一、精馏原理及操作流程

教学要点：部分汽化与冷凝，精馏段，提馏段 第四节 两组分连续精馏的计算

一、理论板的概念及恒摩尔流的假定

教学要点：理论板，恒摩尔液流，恒摩尔气流 二、物料衡算和操作线方程

教学要点：全塔物料衡算，精馏段的操作线方程，提馏段的操作线方程 三、进料热状况的影响

教学要点：加料板，进料热状况参数

四、理论板的求法

教学要点：逐板计算法，图解法，进料方程

五、几种特殊情况时理论板层数的求法

教学要点：直接蒸气加热，多侧线塔

六、回流比的影响及其选择

教学要点：全回流，最少理论板层数，芬斯克方程，最小回流比，适宜回流比的选择

七、简捷法求理论板层数，塔高和塔径的计算

教学要点：吉利兰图及应用，塔高的计算，塔径的计算

八、连续精馏装置的焓衡算及精馏塔的操作和调节

教学要点：冷凝负荷，再沸器的热负荷，精馏过程的节能，影响精馏操作的主要因素，

精馏塔的控制和调节 第五节 间歇精馏

一、回流比恒定时间歇精馏的计算

教学要点：确定理论板层数，瞬间xD和xW的关系，釜液量的计算

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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：

Demin

eexyR

yx代入已知数据：

babb

*

minbb20%0.8

/yyyyL

Gxym

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

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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L0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

石油炼化常用工艺流程及其设备

从原油到石油的基本途径一般为：

①将原油先按不同产品的沸点要求，分割成不同的直馏馏分油，然后按照产品的质量标准要求，除去这些馏分油中的非理想组分；

②通过化学反应转化，生成所需要的组分，进而得到一系列合格的石油产品。

石油炼化常用的工艺流程为常减压蒸馏、催化裂化、延迟焦化、加氢裂化、溶剂脱沥青、加氢精制、催化重整。

（一）常减压蒸馏

1、基本概念：

常减压蒸馏是常压蒸馏和减压蒸馏的合称，基本属物理过程：原料油在蒸馏塔里按蒸发能力分成沸点范围不同的油品（称为馏分），这些油有的经调合、加添加剂后以产品形式出厂，相当大的部分是后续加工装置的原料。

常减压蒸馏是炼油厂石油加工的第一道工序，称为原油的一次加工，包括三个工序：a.原油的脱盐、脱水；b.常压蒸馏；c.减压蒸馏。

2、生产工艺：

原油一般是带有盐份和水，能导致设备的腐蚀，因此原油在进入常减压之前首先进行脱盐脱水预处理，通常是加入破乳剂和水。

原油经过流量计、换热部分、沏馏塔形成两部分，一部分形成塔顶油，经过冷却器、流量计，最后进入罐区，这一部分是化工轻油（即所谓的石脑油）；一部分形成塔底油，再经过换热部分，进入常压炉、常压塔，形成三部分，一部分柴油，一部分蜡油，一部分塔底油；

剩余的塔底油在经过减压炉，减压塔，进一步加工，生成减一线、蜡油、渣油和沥青。 各自的收率：石脑油（轻汽油或化工轻油）占1%左右，柴油占20%左右，蜡油占30%左右，渣油和沥青约占42%左右，减一线约占5%左右。

常减压工序是不生产汽油产品的，其中蜡油和渣油进入催化裂化环节，生产汽油、柴油、煤油等成品油；石脑油直接出售由其他小企业生产溶剂油或者进入下一步的深加工，一般是催化重整生产溶剂油或提取萃类化合物；减一线可以直接进行调剂润滑油；

3、生产设备：

常减压装置是对原油进行一次加工的蒸馏装置，即将原油分馏成汽油、煤油、柴油、蜡油、渣油等组分的加工装置。原油蒸馏一般包括常压蒸馏和减压蒸馏两个部分。