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第9章液体精馏 内容小结复习题1 蒸馏概述蒸馏操作是借混合液中各组分挥发性的差异而达到分离目的。
轻组分：混合物中的易挥发组分；重组分：混合物中的难挥发组分例：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：均相液体混合物，挥发性差异，造成气液两相系统精馏操作压力的选择减压蒸馏：降低了液体的沸点。
应用场合：分离沸点较高的热敏性混合液，混合物沸点过高的物系（避免采用高温载热体）。
加压蒸馏：提高冷凝温度避免使用冷冻剂。
应用场合：分离常压下呈气态的物系，馏出物的冷凝温度过低的物系。
举例：脱丙烷塔操作压力提高到1 765kPa时，冷凝温度约为50℃,便可使用江河水或循环水进行冷却，石油气常压呈气态，必须采用加压蒸馏。
2 双组分溶液的气液相平衡例：当混合物在t-x-y图中的气液共存区内时，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: 相等，大于，杠杆规则例：当气液两相组成相同时，则气相露点温度液相泡点温度。
答：大于例：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：易挥发组分，难挥发组分，不能用普通蒸馏方法分离，远离理想溶液的含义例：理想溶液满足拉乌尔定律，也满足亨利定律；非理想稀溶液满足亨利定律，但不满足拉乌尔定律;服从亨利定律并不说明溶液的理想性，服从拉乌尔定律才表明溶液的理想性例：精馏塔分离某二元物系，当操作压强降低时，系统的相对挥发度α_____，溶液的泡点_____，塔顶蒸汽冷凝温度______。
答：增大，减小，减小例. 已知75℃时甲醇(A)、水(B)的饱和蒸汽压为p A0=149.6kPa，p B0=38.5kPa,平衡的气液两相浓度分别为y=0.729，x=0.4,则其相对挥发度之值为_____.(4.035)3 平衡蒸馏与简单蒸馏简单蒸馏过程中,釜内易挥发组分浓度____,其沸点则_____.答：不断降低不断升高4 精馏例：精馏塔的作用是。
第9章液体精馏知识要点液体精馏是将挥发度不同的组分组成的混合液，在精馏塔中同时进行多次部分气化和部分冷凝，使其实现高纯度分离的过程。
实现精馏需要3个条件：①设备条件：精馏塔；②回流条件：塔底气相回流，塔顶液相回流；③相平衡条件：组分的挥发度有差异。
本章讨论重点为双组分精馏过程的计算，主要应掌握的内容包括：相平衡关系的表达和应用；精馏塔的物料衡算和操作关系；回流比的确定；理论板数的求法；影响精馏过程主要因素的分析等。
本章主要知识点间的联系图见下：图9-1 液体精馏一章主要知识点联系图1. 二元物系的气液相平衡关系气液相平衡是蒸馏过程的热力学基础，传质的极限状态。
根据相平衡可以判断过程进行的可能性。
(1) 恒压下二元物系气液相平衡的特点●液相组成与温度一一对应⇔x=f(t)●气相组成与温度一一对应⇔y= f(t)●气液两相组成一一对应⇔y=f(x)(2) 理想物系含义：指由理想气体与理想溶液构成的物系。
它满足理想气体状态方程、道尔顿分压定律和拉乌尔定律。
拉乌尔定律相对挥发度/1/1A A A B B B p x y xp x y xναν-===⋅- (9-1)11y xy xα-=⋅- (气相服从道尔顿分压定律) 相对挥发度α愈是大于1 ，则y 愈是大于x ，物系愈容易分离。
● 泡点方程x -toB ooA Bp p x p p -=- (9-2) ● 露点方程y -to A BA A Bp p p y p p p -=⋅- (9-3) ● 相平衡方程y-x()11xy xαα=+- (9-4)● t -y (x )相图两端点A 与B ：端点A 代表纯易挥发组分A(x =1)，端点B 代表纯难挥发组分B(x =0)。
两线：t -x 线为泡点线，泡点与组成x 有关；t-y 线为露点线，露点与组成y 有关。
3区：t -x 线以下为过冷液体区；t-y 线以上为过热蒸汽区；在t-x 与t -y 线之间的区域为气液共存区，只有体系落在气液共存区才能实现一定程度的分离。
化工原理-第九章-液体精馏（一）测试一一．选择题1． 蒸馏是利用各组分（ ）不同的特性实现分离的目的。
CA 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。
CA 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。
AA 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。
CA 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。
DA 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。
BA 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。
BA 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（ ）。
CA 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（ ）。
BA 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 = 0.6，要求塔顶x D 不小于0.9，则塔顶最大产量为（ ）。
(则W=0) BA 60 kmol/h ；B 66.7 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 （ ）。
AA ．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（ ）。
第9章 液体精馏（选讲）例9-1 理想物系泡点与平衡组成的计算某蒸馏釜的操作压强为106.7kPa ，溶液含苯的摩尔分数为0.2，甲苯的摩尔分数为0.8，求此溶液的泡点和平衡的气相组成。
苯-甲苯组成理想溶液，其安托因方程为苯 8.2201211031.6log 0+-=t p A 甲苯 5.2191345080.6log 0+-=t p B 解：已知x A =0.2，p=106.7kPa ，代入方程000B A B A p p p p x --= 或 0007.10620.0BA B p p p --= 设泡点温度t = 103.9℃，用安托因方程计算饱和蒸汽压苯 8.2209.1031211031.6log 0+-=A p p A o = 200.2 kPa 甲苯 5.2199.1031345080.6log 0+-=B p p B o = 83.3 kPa 2.03.832.2003.837.1067.106000=--=--BA B p p p 假设成立，则375.07.1062.20020.00=⨯==p p x y A A例9-2 简单蒸馏与平衡蒸馏的比较将苯-甲苯混合液中x(苯) = 0.70的溶液加热气化，气化率为1/3。
已知物系的相对挥发度为2.47。
试求简单蒸馏与平衡蒸馏的馏出液的量和组成。
解：（1）简单蒸馏为了计算方便，设总量W 1为100kmol ，W 2为100×2/3=66.7 kmol ，则⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+-=12212111ln ln 11ln x x x x W W αα⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--+-=7.011ln 47.27.0ln 147.217.66100ln22x x 解出 x 2 = 0.633834.07.66100633.07.667.010*******=-⨯-⨯=--=W W x W x W y (2)平衡蒸馏q = 2/310.2213/27.013/23/211+-=---=---=x x q x q qx y F xx x x y 47.1147.2)1(1+=-+=αα 解出 x = 0.642 y = 0.816比较平衡蒸馏和简单蒸馏，在气化率相同的条件下，简单蒸馏得到的气相平均浓度比平衡蒸馏的浓度要大。
第9章 精馏 典型例题例1：逐板法求理论板的基本思想有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液，塔顶设有一平衡分凝器，自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后，液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍，所得液相全部在泡点下回流于塔，所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。
已知产品中含苯0.95（摩尔分率），苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5 。
试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。
解: 884.095.05.15.295.05.115.20000=⨯-=→=+=x x x x y DR=L/D=2905.03/95.0884.0323/95.032:11=+⨯=+=+y x y n n 精馏段方程845.03/95.0793.032793.0905.05.15.2905.05.15.22111=+⨯==⨯-=-=y y y x例2：板数较少塔的操作型计算拟用一 3 块理论板的（含塔釜）的精馏塔分离含苯50%（摩尔分率，下同）的苯-氯苯混合物。
处理量F=100 Kmol/h ，要求 D=45 Kmol/h 且 x D >84%。
若精馏条件为：回流比R=1 ，泡点进料，加料位置在第二块理论板，α=4.10 ，问能否完成上述分离任务？ 解：W=55kmol/h精馏段操作线方程：y n+1=0.5x n +0.42提馏段的操作线方程：Fq D R Wx x F q D R qFRD y w )1()1()1()1(--+---++=将相关数据代入得提馏段操作线方程：134.061.1-=x y 逐板计算：y 1=x D =0.84y 2=0.5×0.56+0.42=0.7057.0134.036.061.13=-⨯=y.22.05584.04550=⨯-=-=WDx Fx x Df w ()56.084.01.31.484.01111=⨯-=--=y y x αα36.07.01.31.470.02=⨯-=x22.024.057.01.31.457.03≥=⨯-=x所以不能完成任务。
第九章液体精馏1 ．精馏操作时，若Ｆ，ｘ ，ｑ，Ｒ均不变，而将塔顶产品量Ｄ增加，其结果是：（）。
（Ａ）ｘ 下降，ｘ 下降；（Ｂ）ｘ 下降，ｘ 上升；（Ｃ）ｘ 下降，ｘ 不变；（Ｄ）ｘ 不变，ｘ 下降。
2 ．某真空操作情馏塔，因故真空度减小，而Ｆ，Ｄ，ｘ ，ｑ，加料位置，回流比Ｒ都不变。
则塔底残液ｘ 变化为：（）（Ａ）变小（Ｂ）变大（Ｃ）不变（Ｄ）不确定3 ．精馏操作时，若Ｆ，Ｄ，ｘ ，ｑ，加料板位置，Ｒ都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成ｘ 变化为：（）（Ａ）变小（Ｂ）变大（Ｃ）不变（Ｄ）不确定4 ．精馏的操作线是直线，主要基于如下原因：（）（Ａ）理论板假定（Ｂ）理想物系（Ｃ）塔顶泡点回流（Ｄ）恒摩尔流假定。
5 ．操作中连续精馏塔，如采用回流比小于最小回流比，则（）（Ａ）ｘ，ｘ均增加（Ｂ）ｘ，ｘ均不变（Ｃ）不能操作（Ｄ）ｘ减小，ｘ增加6 ．两组份的相对挥发度越接近于 1 ，则表示分离该物系越____________（ A ）容易；（B ）困难；（ C ）完全；（ D ）不完全。
7 ．精馏设计时，若回流比 R 增加并不意味产品 D 减小，精馏操作时也可能有类似情况。
此话 ___________ 。
（ A ）对（ B ）错8 ．精馏设计时，采用相同的塔釜蒸发量，则冷液进料比热加料需要较少理论板数。
此话 _______（ 1 ）对（ 2 ）错9 ．某精馏塔的设计任务为：原料为 F 、 x f ，塔顶为 x D ，塔底为 x W ，若塔釜上升蒸汽量不变，加料热状态由原来的饱和蒸汽改为饱和液体，则所需理论板 N T _____。
（ A ）增加（B ）减少（ C ）不变（ D ）不确定10 ．精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质，使上升汽相中的易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是由于 ________ 。
(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。
第9章 精馏 典型例题例1：逐板法求理论板的基本思想有一常压连续操作的精馏塔用来分离苯-甲苯混合液，塔顶设有一平衡分凝器，自塔顶逸出的蒸汽经分凝器后，液相摩尔数为汽相摩尔数的二倍，所得液相全部在泡点下回流于塔，所得汽相经全凝器冷凝后作为产品。
已知产品中含苯0.95（摩尔分率），苯对甲苯的相对挥发度可取为2.5 。
试计算从塔顶向下数第二块理论板的上升蒸汽组成。
解: 884.095.05.15.295.05.115.20000=⨯-=→=+=x x x x y DR=L/D=2905.03/95.0884.0323/95.032:11=+⨯=+=+y x y n n 精馏段方程845.03/95.0793.032793.0905.05.15.2905.05.15.22111=+⨯==⨯-=-=y y y x例2：板数较少塔的操作型计算拟用一 3 块理论板的（含塔釜）的精馏塔分离含苯50%（摩尔分率，下同）的苯-氯苯混合物。
处理量F=100 Kmol/h ，要求 D=45 Kmol/h 且 x D >84%。
若精馏条件为：回流比R=1 ，泡点进料，加料位置在第二块理论板，α=4.10 ，问能否完成上述分离任务？ 解：W=55kmol/h精馏段操作线方程：y n+1=0.5x n +0.42提馏段的操作线方程：Fq D R Wx x F q D R qFRD y w )1()1()1()1(--+---++=将相关数据代入得提馏段操作线方程：134.061.1-=x y 逐板计算：y 1=x D =0.84y 2=0.5×0.56+0.42=0.7057.0134.036.061.13=-⨯=y.22.05584.04550=⨯-=-=WDx Fx x Df w ()56.084.01.31.484.01111=⨯-=--=y y x αα36.07.01.31.470.02=⨯-=x22.024.057.01.31.457.03≥=⨯-=x所以不能完成任务。
第9章 液体精馏一、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 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 。
8写出相对挥发度的几种表达式 =B A v v /=BB A A x p x p //=BA B A x x y y //=oB o A p p /。
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 1.1:1B 1:1.1C 1:1D 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=t2B t1<t2C t1>t2D 不确定4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⎽⎽⎽B⎽⎽⎽。
第九章题库相平衡1． 总压为101.3kPa 下，用苯、甲苯的安托因方程（见例9-1），求（1）温度为108℃及81℃时，苯对甲苯的相对挥发度；（2）用上述计算的相对挥发度的平均值αm ，计算苯－甲苯的汽液平衡数据，并与书末附表所列的实验值作比较（列表）。
2． 乙苯、苯乙烯混合物是理想物系，纯组分的蒸汽压为： 乙苯 tP A +-=206.213225.142408240.6log苯乙烯 tP B +-=43.20958.144508232.6log式中P 0的单位是kPa ，t 为℃。
试求：（1）塔顶总压为8kPa 时，组成为0.595（乙苯的摩尔分率）的蒸汽的温度。
（2）与上述汽相成平衡的液相组成。
3．乙苯、苯乙烯精馏塔中部某一块塔板上总压为13.6kPa ，液体组成为0.144（乙苯的摩尔分率）试求：（1） 板上液体的温度；（2） 与此液体成平衡的汽相组成。
4．总压为303.9kPa （绝对）下，含丁烷0.80、戊烷0.20（摩尔分率）的混合蒸汽冷凝至40℃，所得的液、汽两相成平衡。
求液相和汽相数量（摩尔）之比。
已知丁烷（A ）和戊烷（B ）的混合物是理想物系，40℃下纯组分的饱和蒸汽压为：P A 0=373.3kPa ；P B 0=117.1kPa 。
5．某二元混合液100kmol ，其中含易挥发组分0.40。
在总压101.3kPa 下作简单精馏。
最终所得的液相产物中，易挥发物为0.30（均为摩尔分率）。
试求：（1） 所得汽相产物的数量和平均组成；（2） 如改为平衡蒸馏，所得汽相产物的数量和组成。
已知物系的相对挥发度为α=3.0。
物料衡算、热量衡算及操作线方程6．某混合液含易挥发组分0.24，在泡点状态下连续送入精馏塔。
塔顶馏出液组成为0.95，釜液组成为0.03（均为易挥发组分的摩尔分率）。
试求：（1） 塔顶产品的采出率D/F ；（2） 采用回流比R=2时，精馏段的液汽比L/V 及提馏段的汽液比L V /；（3） 采用R=4时，求L/V 及V L /。
第9章液体精馏第9章液体精馏1、蒸馏的目的是什么？答：使得发生汽化了的物质中，轻组分的浓度得到增加。
2、蒸馏操作的基本依据是什么？答：在同样条件下，混合物中的各组分挥发性有差异。
3、双组分气液两相平衡共存时自由度为多少？答：22222=+-=+-=φN F4、何谓泡点、露点？对于一定的组成和压力，两者大小关系如何？答：在一定压力下，对于一定组成的液相混合物加热，恰好达到沸腾条件时的温度称为泡点。
在一定压力下，对于一定组成的汽相混合物冷却，恰好达到冷凝条件时的温度称为露点。
在一定压力下，对于一定组成的混合物来说，露点大于泡点。
5、非理想物系何时出现最低恒沸点的恒沸物，何时出现最高恒沸点的恒沸物？答：非理想物系在某一浓度时，若出现蒸汽压的极大值并且两个组分的蒸汽压相等，则此浓度时的混合物称为最低恒沸点的恒沸物。
非理想物系在某一浓度时，若出现蒸汽压的极小值并且两个组分的蒸汽压相等，则此浓度时的混合物称为最高恒沸点的恒沸物。
6、总压对相对挥发度有何影响？答：总压增加，相应混合物的沸点温度增加，两个组分的蒸汽压均增加，相对挥发度反而减小。
7、为什么相对挥发度1=α时，不能用普通精馏的方法分离混合物？答：相对挥发度1=α时，出现x y =，则蒸馏毫无分离的作用。
8、平衡蒸馏与简单蒸馏有何不同？答：平衡蒸馏是定常态操作，闪蒸室里的温度控制在原料混合物露点、泡点之间的某一温度上。
简单蒸馏是非定常态操作，蒸馏釜的温度为釜内液体的泡点温度，随着釜内液体组成的变化（减小），其泡点温度在相应变化（升高），所产生蒸汽的组成相应也在变化（减小）。
9、为什么说回流液的逐板下降和蒸汽逐板上升是实现精馏的必要条件？答：在精馏段，有了回流液的逐板下降，才能在精馏段各块塔板上均存在着气液接触传质。
在提馏段，有了蒸汽的逐板上升，才能在提馏段各块塔板上均存在着气液接触传质，经过每块塔板上的气液接触传质，最终达到高程度的分离。
10、什么是理论板？默弗里板效率有什么意义？答：理论板是假定在塔板上汽液两相有限的接触时间内，传质达到了平衡，离开理论板的汽、液相组成呈现平衡关系。
第九章液体精馏
1.
蒸馏分离的依据是什么？2.
沸点和泡点都是液相达到沸腾时的温度，二者没有本质的不同，对吗？3.
相对挥发度的大小与物系分离的难易有何关系？4.
二元连续精馏过程中，进料状态的变化是否会引起操作线的变化？5.
在板式精馏过程中，进料温度与q值之间有什么关系？对进料板数又有什么影响？6.
精馏塔的塔顶分凝器及塔釜均可当作一块理论塔板，对吗？7.
观察精馏塔的温度分布，发现塔顶温度总是低于塔底温度，这是由于塔底装有再沸器的缘故，对吗？8.
R增大，精馏段操作线斜率、提留段操作线斜率、所需理论板数等如何变化？9.Q值与加料板位置有什么关系？
10.最小回流比只与平衡线的形状有关，对吗？
11.理论板是一理想化的塔板，其特点是什么？
12.精馏过程的核心是什么？精馏过程的代价是什么?
13.精馏过程中若总热耗固定，何种进料状态有利于提高产品分离纯度？
14.精馏塔产品纯度的高低，一般可用什么方法检测出来？如果塔顶产品纯度不符合要求，一般应调节什
么？
15.加料板的位置与达到指定分离任务所需要的理论板数目有无关系？
16.最优加料板位置如何确定？
17.加料热状态参数q的物理意义是什么？
18.全回流的特点是什么？什么情况下采用全回流？
19.在轻组分回收率相同的条件下，比较直接蒸汽加热与间接蒸汽加热，二者所需要的理论板数是否相
同？
20.精馏过程的主要操作费用是什么？
21.恒摩尔流假定的内容是什么？
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