第9章精馏

化⼯原理-第九章-液体精馏化⼯原理-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章液体精馏一、选择题1．在精馏实验中，达到稳定后，塔顶气相的温度读数明显偏高，若测温仪表本身无问题，那么主要问题是（）。

A．塔釜的加热功率过大B．塔顶冷凝器的冷却水流量太小C．釜内料液中轻组分浓度过低，或其他原因造成塔顶物料中轻组分浓度太低。

【答案】C2．当分离沸点较高而且又是热敏性混合液时，精馏操作压力应采用（）；分离常温常压为气体的混合物时，操作压力应采用（）。

A．减压，加压B．加压，减压C．减压，常压【答案】A3．常压下釆用简单蒸馏与平衡蒸馏分离某液体混合物，在原料初始组成与汽化率相同的条件下，简单蒸馏所得馏出物中易挥发组分的平均组成为x D1，平衡蒸馏的组成为x D2，则（）。

A．x D1＜x D2B．x D1＝x D2D1D2D．不能判断【答案】C4．精馏中引入回流，下降的液相与上升的气相发生传质，使上升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气相，B．气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气相，但其中易挥发组分较多，D．液相中易挥发组分进入气相和气相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。

【答案】D5．精馏过程的操作线为直线，主要基于（）。

A．塔顶泡点回流B．理想物系C．恒摩尔流假设D．理论板假定【答案】C6．当精馏塔操作压力降低时，物系的相对挥发度会（），此时若其它操作条件不变，塔顶馏出液组成将（）。

A．增大C．不变D．不确定【答案】A；A7．一操作中精馏塔，若保持（塔釜上升蒸气量）不变，而增大回流比R，则（）。

A．x D增大，x W增大B．x D增大，x W减小C．x D减小，x W增大D．x D减小，x W减小【答案】A8．二元溶液连续精馏计算中，进料热状态的变化将引起以下线的变化（）。

A．平衡线B．操作线和q线C．平衡线和操作线D．平衡线与q线【答案】B9．设计精馏塔时，若将塔釜由原来的直接蒸汽加热改为间接蒸汽加热，而保持进料量、进料热状况、塔顶馏出液量、馏出液浓度及回流比等不变，则提馏段操作线斜率（），残液浓度（）。

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。

4.什么是传质简要说明传质有哪些方式传质是体系中由于物质浓度不均匀而发生的质量转移过程。

3.在传质理论中有代表性的三个模型分别为双膜理论、溶质渗透理论、表面更新理论。

5. 根据双膜理论两相间的传质阻力主要集中在相界面两侧的液膜和气膜中，增加气液两相主体的湍流程度，传质速率将增大。

8、操作中精馏塔，保持F,q,xF,D不变，（1）若采用回流比R小于最小回流比Rmin，则x D减小，xW增大（2）若R增大，则xD增大, xW减小 ,L/V增大。

9、连续精馏塔操作时，增大塔釜蒸汽用量，而回流量及进料状态F,xF,q不变，则L/V变小，xD变小，xW变小。

10、精馏塔设计时采用的参数F,q,xF,D,xD,R均为定值，若降低塔顶回流液的温度，则塔内实际下降液体量增大，塔内实际上升蒸汽量增大，精馏段液汽比增大，所需理论板数减小。

11、某精馏塔的设计任务：原料为F,xF，要求塔顶为xD，塔底为xW，设计时若已定的塔釜上升蒸汽量V’不变，加料热状况由原来的饱和蒸汽改为饱和液体加料，则所需理论板数N T 增加，精馏段上升蒸汽量V 减少，精馏段下降液体量L 减少，提馏段下降液体量L’不变。

（增加、不变、减少）12、操作中的精馏塔，保持F,q，xD,xW,V’,不变，增大xF,，则：D变大,R变小,L/V变小（变大、变小、不变、不确定）1.何种情况下一般选择萃取分离而不选用蒸馏分离萃取原理: 原理利用某溶质在互不相溶的溶剂中的溶解度利用某溶质在互不相溶的溶剂中的溶解度互不相溶的溶剂中的不同，用一种溶剂(溶解度大的）不同，用一种溶剂(溶解度大的）把溶质从另一种溶剂（溶解度小的）中提取出来，从另一种溶剂（溶解度小的）中提取出来，再用分液将它们分离开来。

分液将它们分离开来再用分液将它们分离开来。

萃取适用于微溶的物质跟溶剂分离,蒸馏原理：利用互溶的液体混合物中各组分的沸点不同，利用互溶的液体混合物中各组分的沸点不同，给液体混合物加热，使其中的某一组分变成蒸气再给液体混合物加热，冷凝成液体，从而达到分离提纯的目的。

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。

思考题•精馏过程设计时，P增大，泡点，α，对分离。

P增大塔顶温度上升，塔釜温度上升。

若要降低塔釜温度，则可降低塔釜。

•精馏与蒸馏的区别——精馏有，蒸馏无。

平衡蒸馏与简单蒸馏的区别——前者，后者。

•摩尔流假定，主要依据各组分的。

但精馏段与提馏段的摩尔流量由于由于的不同而不一定相等。

•精馏过程设计时，P增大，泡点升高，α减小，对分离不利。

P增大塔顶温度上升，塔釜温度上升。

若要降低塔釜温度，则可降低塔釜压力。

•精馏与蒸馏的区别——精馏有回流，蒸——前者是连续过程，后者是间歇过程馏无回流。

平衡蒸馏与简单蒸馏的区别。

•摩尔流假定，主要依据各组分的摩尔潜热相等。

但精馏段与提馏段的摩尔流量由于由于进料状态q的不同而不一定相等。

9.5.4.2 多股加料浓度不同的料液在同一塔内分离。

回流比减小时，三操作线均向平衡线靠拢。

挟点位置有多种可能。

混合加料不利，能耗增加。

线与平衡线交点处。

例：图示为双组分混合液精馏塔。

塔顶采用全凝器, 泡点回流, 回流比为8。

系统相对挥发度α=2.5。

由塔上部抽出的侧线液相产品量为θ kmol/s, 其组成x θ= 0.9 。

进料F=10kmol/s, x f =0.5, 进料状态系饱和液体。

塔顶馏出液D=2kmol/s, x D =0.98,塔底残液组=0.05。

试求:成x w =0.05。

试求:(1)抽出液量θ;(2)由第三块理论板下降液体组成。

解：(1) F =D +θ+WF x f =Dx D +θx θ+W x w代入数据: 10=2+θ+W……(1)10×0.5=2×0.98+θ×0.9+W ×0.053.04=0.9θ+0.05W ……(2)联解(1)、(2), θ=3.106 kmol/s无回流的回收塔操作线x D 为max例如图所示的回收塔。

F=100kmol/h ，x f =0.4 (摩尔分率，下同)，泡点进料，要求塔顶轻组分回收率为0.955，x W =0.05，系统的α=3。

第九章 习题相平衡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：t P A +−=206.213225.142408240.6log 0 乙苯tP B +−=43.20958.144508232.6log 0苯乙烯式中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 /。

1、在连续精馏塔中，分离某二元理想溶液，其平均相对挥发度为2。

进料为气-液混合物进料，液相分率为0.5，进料中易挥发的平均组成为x F=0.35。

要求塔顶中易挥发的组成为0.93（以上均为摩尔分率），料液中易挥发组分的96%进入馏出液中。

取回流比为最小回流比的1.242倍。

试计算：（1）塔底产品组成；
（2）写出精馏段操作线方程；
（3）写出提馏段操作线方程；
（4）假定各板效率为0.5，从塔底数起的第一块板上，上升蒸汽的组成为多少？
2、在一常压连续操作的精馏塔中分离某双组分混合液，已知该物系的平均相对挥发度为 3.2。

进料量为1000kmol/h，饱和蒸汽进料，进料中易挥发物的组成x F=0.4。

要求塔顶产品中易挥发组成x D=0.9（以上均为摩尔分率），料液中易挥发组分的90%由塔顶馏出。

取回流比为3.5。

塔釜采用间接加热，塔顶采用全凝器。

试计算：（1）精馏段和提馏段上升的蒸汽量；
（2）从塔顶数起的第二块理论板上升的蒸汽组成为多少？
（3）现因结垢导致再沸器换热能力下降，若维持原来的进料量、进料组成、进料热状况和塔顶产品量不变，分析塔顶产品浓度和塔底产品浓度将如何变化？
3、如图所示，组成不同的两股原料液都以泡点状态从两个不同部位加入某精馏塔。

已知：x F=0.38，x D=0.95，x S=0.57，x W=0.02。

以上均为轻组分的摩尔分数。

S=0.22F。

操作条件下体系的平均相对挥发度为2.5。

试求：（1）塔顶易挥发组分的回收率；（2）为达到上述分离要求所需要的最小回流比。

第九章 蒸馏1．在密闭容器中将A 、B 两组分的理想溶液升温至82 ℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为*A p = kPa 及*B p ＝ kPa ，取样测得液面上方气相中组分A 的摩尔分数为。

试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。

解：本题可用露点及泡点方程求解。

()()()()95.085.416.10785.416.107总总*B*A 总*B 总*A A 总*AA =-=--==p p p p p p p p x p p y － 解得 76.99＝总p kPa8808.085.416.10785.4176.99*B*A *B =--=--=p p p p x 总本题也可通过相对挥发度求解571.285.416.107*B *A ===p p α由气液平衡方程得()()8808.095.01571.295.095.01=-+=-+=y y y x α()()[]kPa 76.99kPa 8808.0185.418808.06.1071A *BA *A =-+⨯=-+x p x p p ＝总 2．试分别计算含苯（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100 kPa 和10 kPa 的相对挥发度和平衡的气相组成。

苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系为24.22035.1206032.6lg *A +-=t p58.21994.1343078.6lg *B +-=t p 式中p ﹡的单位为kPa ，t 的单位为℃。

苯—甲苯混合液可视为理想溶液。

（作为试差起点，100 kPa 和10 kPa对应的泡点分别取94.6 ℃和31.5 ℃）解：本题需试差计算 （1）总压p 总＝100 kPa 初设泡点为94.6℃，则191.224.2206.9435.1206032.6lg *A =+-=p 得 37.155*A =p kPa同理 80.158.2196.9494.1343078.6lg *B =+-=p 15.63*B =p kPa4.03996.015.6337.15515.63100A ≈=--=x或 ()kPa04.100kPa 15.636.037.1554.0=⨯+⨯＝总p则 46.215.6337.155*B *A ===p p α 6212.04.046.114.046.2)1(1=⨯+⨯=-+=x x y αα（2）总压为p 总＝10 kPa通过试差，泡点为31.5℃，*A p =，*B p ＝203.3313.502.17==α 681.04.0203.214.0203.3=⨯+⨯=y随压力降低，α增大，气相组成提高。