化工基础第六章 精馏

化工基础的名词解释精馏化工基础的名词解释——精馏精馏是化工领域中常用的分离技术，用于将混合物中的组分按照其不同的沸点或挥发性分离出来。

在精馏过程中，液体混合物被加热至其沸点，然后通过冷凝器将蒸汽冷凝成液体，从而实现组分的分离。

首先，我们需要了解几个相关的概念。

一是沸点，指的是物质在一定的压力下由液体状态转变为气体状态所需的温度。

不同的物质由于其分子结构和相互作用的差异，具有不同的沸点。

二是挥发性，指的是物质易于从液体转变为气体的性质。

挥发性取决于物质的表面张力和蒸气压等因素，挥发性高的物质在同一温度下会更容易转变为气体。

精馏的实质是基于物质的沸点差异，将液体混合物中沸点较低的组分先蒸发、冷凝，然后收集，最后将剩下的液体中沸点较高的组分再次进行蒸馏，以此类推，实现组分的逐步分离。

精馏可以分为常压精馏和以降低压力的精馏两种形式。

在常压精馏中，混合物被加热至其组分之一开始蒸发，然后通过冷凝器将蒸汽冷凝，从而获得纯净的蒸馏液。

常压精馏通常适用于沸点差异较大的组分分离，如分离水和酒精。

而在以降低压力的精馏中，我们采用了降低系统压力的手段，从而降低了混合物内各组分的沸点，并实现了对不易在常压下蒸发的组分的分离。

在这种精馏中，蒸汽压越低的组分首先蒸发，并通过冷凝器冷凝为液体，实现相应的分离。

以降低压力的精馏通常适用于挥发性较小的物质分离，如提纯香料或药物。

在精馏过程中，冷凝器的设计与性能十分重要。

冷凝器通常采用了冷却水或者其他冷负荷介质来冷却蒸汽，使其转变为液体。

冷凝器内部有大量的冷凝管道，通过管道内冷却介质的流动，有效地将热量带走，使蒸汽迅速冷凝。

同时，冷凝器还能将蒸汽中与之充分接触的气态成分吸附和稀释，以保证分离效果。

值得一提的是，精馏是一种能耗较高的分离技术。

在实际操作中，我们可以采用一些增加能量利用效率的措施。

例如，在常压精馏中，可以利用回流原理，将部分已经蒸发的液体再次引入塔底，与未蒸发的液体混合，从而实现更为高效的分离。

筛板精馏实验数据记录和处理（二）数据处理(1)全回流塔顶样品折光指数nD ＝1.35→摩尔分率xD=0.9064塔釜样品折光指数nD ＝1.365→摩尔分率xw=0.599进料样品折光指数nD ＝1.367→摩尔分率xw=0.497在平衡线和操作线之间图解理论板全塔效率η=⨯=%100Pt N N (2)部分回流（R=4）塔顶样品折光指数n D ＝1.367塔釜样品折光指数n D ＝1.356进料样品折光指数n D ＝1.367计算得摩尔浓度：X D ＝0.497 ；X w ＝0.908；X f ＝0.497进料温度t f ＝34.2℃；在X f ＝0.497下泡点温度85.62℃精馏段方程：1816.08.011+=+++=x R x x R Ry D进料热状况q ：根据xF 在t —x （y ）相图中可分别查出露点温度t V =89.38℃；和泡点温度t L =85.62℃。

在xF=0.497组成、露点tV=89.38℃下，饱和蒸汽的焓；乙醇和正丙醇在定性温度t=(t V +0)/2=89.38/2=44.69℃下的比热C PA =2.51KJ/Kmol·K ；C PB =2.54KJ/Kmol·K乙醇和正丙醇在露点温度t V 下的汽化潜热r A = 815.79kJ ／kg ；r B = 708.20kJ ／kg在x F =0.497组成、泡点t L =85.62℃下，饱和液体的焓；C PA 、C PB ：乙醇和正丙醇在定性温度t=(t L +0)/2=85.62/2=42.8℃下的比热 C PA =2.58KJ/Kmol·K ；C PB =2.52KJ/Kmol·K在x F =0.497组成、实际进料温度t F =34.2℃下，原料实际的焓根据实验，进料是常温下（冷液）进料，有t F <t L乙醇和正丙醇在定性温度t=(t F +0)/2=34.2/2=17.1℃下的比热C PA =2.86KJ/Kmol·K ；C PB =2.77KJ/Kmol·K混合液体比热Cpm=46×0.497×2.51+60×（1-0.497）×2.54=134.04（kJ/kmol.℃） 混合液体汽化潜热rpm=46×0.497×815.79+60×（1-0.497）×708.2=40024（kJ/kmol ）所以18.14002440024)2.3438.89(04.134)(=+-⨯=+-⨯=m m F B r r t t Cpm q b. q 线方程(进料线方程)：76.2-56.611q Fq q x q x x q qy =---=q 线斜率=-=1q q 6.56 q 线方程与精馏段方程交点计算得：（0.51，0.59）在平衡线和精馏段操作线、提馏段操作线之间图解理论板板数： 全塔效率η=⨯=%100P t N N。

化工基础知识1.什么是精馏？答：在化学工业中，经常要求将含有多种组份的混合溶液分离为接近纯净的单一组份。

精馏就是根据各种组份相对挥发度的不同，多次而且同时运用部分汽化和部分冷凝的方法，使混合溶液得到较完全分离，以获得接近纯组份的操作。

2.什么是泛塔，有什么危害？答：泛塔又称液泛，因加热量过大或真空度变化而引起塔内上升气体流速增大，导致釜底大量液体被带到塔中，随着液位的不断上升，越来越多的填料被液体淹没，最后导致泛塔。

其危害是发生液泛后，塔内压降急剧增大，塔效率急剧降低，精馏塔无法正常工作。

3.按操作压力和操作方式精馏可分为几类？答：按操作压力分有：常压精馏、减压精馏、加压精馏。

按操作方式分有：间歇精馏、连续精馏。

4.什么是表压，什么是真空度？答：比较绝对压力与大气压的数值，若绝对压力高于大气压，高出的部分就是表压；若绝对压力低于大气压，低出的部分就称为真空度。

5.什么是回流？答：回流就是将塔顶上升蒸汽经冷凝器冷凝后的凝液全部或部分的引回塔顶的操作。

6 .填空1atm =( 760) mmHg ；1.0bar =( 0.1) Mpa ; 1atm=101325Pa 7.什么是泡点？答：液体混合物在一定的压力下加热到某一温度时,液体中出现第一个很小的气泡,即刚开始沸腾,则此温度叫该溶液在指定压力下的泡点温度,简称泡点.8 什么是沸点？答：当纯液体的饱和蒸气压等于外压时,液体就会沸腾,此时的温度叫该液体在指定压力下的沸点.9什么是共沸物？答：又称恒沸物，是指两组分或多组分的液体混合物，在恒定压力下沸腾时，其组分与沸点均保持不变。

这实际是表明，此时沸腾产生的蒸汽与液体本身有着完全相同的组成。

共沸物是不可能通过常规的蒸馏或分馏手段加以分离的。

按操作过程的连续性来分精馏过程可分为连续精馏流程、间歇精馏两种流程。

10.在蒸馏分类中，按其操作压力来分，可分为常压蒸馏、加压蒸馏、减压蒸馏三种11 什么叫化工单元操作答：如流体的输送与压缩、沉降、过滤、传热、蒸发、结晶、干燥、蒸馏、吸收、萃取、冷冻、粉碎等一些基本加工过程称为化工单元操作。

第七章 蒸馏第一节 概述7-1-1 蒸馏操作在化工生产中的应用用于均相液体混合物的分离，以达到提纯或回收有用组分的目的。

7-1-2 蒸馏操作的依据蒸馏操作就是借助液体混合物中各组分挥发性的差异，进行气化、冷凝分离液相混合物的化工单元操作。

液体均具有挥发而成为蒸气的能力，但不同的液体在一定温度下的挥发能力各不相同，在蒸馏操作中，将挥发能力强的组分称为易挥发组分或轻组分；将挥发能力弱的组分称为难挥发组分或重组分。

7-1-3 蒸馏过程的分类蒸馏操作的分类方法有很多种，可按照按操作流程、操作压强、蒸馏方式等分类。

第二节 双组分理想溶液的气液相平衡7-2-1 理想物系的气液相平衡理想物系中液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律；气相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。

一、 气液相平衡的函数关系 1、 拉乌尔定律i i i x p p 0=例如，由A 、B 组分组成的混合液：A A A x p p 0=，)1(00A B B BB x p x p p -== 若为理想溶液，又有)1(00A B AB A x p x p p p p A -+=+=，移项得简单蒸馏 平衡蒸馏 一般精馏 特殊精馏双组分蒸馏多组分蒸馏常压蒸馏 减压蒸馏 加压蒸馏间歇精馏连续精馏BA BA p p p p x --=（泡点方程式） 式中：A A py p =（道尔顿分压定律），px p y AA A 0=（露点方程式） 露点方程和泡点方程主要用于计算平衡物系中气液两相组成。

【例7-1】计算混合物系苯（A ）-甲苯（B ）在不同温度条件下平衡时，苯（A ）在气相和液相中的摩尔分数。

2、挥发度及相对挥发度 1） 挥发度挥发度可用蒸气分压和与之平衡的液相中的摩尔分数之比来表示，A 组分的挥发度为AAA x p v =对于理想溶液 0A0A A p x x p v AA == 2） 相对挥发度相对挥发度可用易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度之比表示，BB AA B A //x p x p v v ==α 整理为：)1/()1(///////A A B A B A B B A A B A x y x y x y x y x py x py x p x p v v A A B A B A --=====α即 AAA x x y )1(1-+=αα 略去下标，可得到相平衡方程式：xxy )1(1-+=αα利用相对挥发度的大小，可判断某混合液是否能用普通蒸馏方法分离以及分离的难易程度：若α＞1可用普通蒸馏方法分离；若α=1不能用普通蒸馏方法分离。

第一章1.化工生产中，物料衡算的理论依据是，热量衡算的理论基础是。

2.物理量的单位可以概括为_________和_________两大类。

3.单元操作是化工生产过程中的，根据所遵循的基本原理的不同，可将单元操作分为_________、__________、___________。

4.。

5.6.到7.1.2.真3.通时,读数R表示的是_________或___________。

4.天津和兰州的大气压强分别为101.33kPa和85.3kPa，苯乙烯真空精馏塔的塔顶要求维持5.3kPa的绝对压强，试计算两地真空表的读数（即真空度）。

5.有一密闭反应器，在反应前，旧式压力表上显示压强为0.40kgf·cm-2，反应终了并经冷却后，U形水银压强计示数为250mm（真空度），问该反应器内，反应前后的绝对压强各为多大？6.求空气在真空度为400mmHg、温度为-40℃时的密度。

当地大气压为750mmHg。

7.如图所示，水在管道中流动。

为测得A-A′、B-B′截面的压力差，在管路上方安装一U形压差计，指示液为水银。

已知压差计的读数R＝150mm，试计算A-A′、B-B′截面的压力差。

已知水与水银的密度分别为1000kg/m3和13600kg/m3。

8.用U形压差计测量某气体流经水平管道两截面的压力差，指示液为水，密度为1000kg/m3，读数R为12mm。

为了提高测量精度，改为微差压力计，指示液A为含40％乙醇的水溶液，密度为920kg/m3，指示液C为煤油，密度为850kg/m3。

问读数可以放大多少倍？此时读数为多少？9.思考：如何证明玻璃管内的液位与容器内液位等高？流动基本概念1.雷诺准数的表达式为________________。

当密度ρ＝820kg.m-3,粘度μ=3厘泊的某液体,在内径d=10mm，以流速0.5m.s-1在管中流动时,其雷诺准数等于__________,其流动类型为______.2.某长方形截面的通风管道,其截面尺寸为40×30mm,其当量直径de为______.3.流体体积流量用＿＿＿＿＿来计算；质量流量用＿＿＿＿＿来计算；而流体流速用＿＿＿＿＿来计算。

第六章 精 馏1、正戊烷（ T a =36.1o C ）和正已烷（ T b = 68.7[ o C ] ）的溶液可以认为是理想溶液，已 知两个纯组分的饱和蒸气压（毫米汞柱）和温度（︒C ）的关系如下：︒ 1065 正戊烷lg p 1= 6.852 + t 232.0 ︒ 1172正已烷 lg p 2= 6.878 + t 224.4试计算该二组分溶液的气液相平衡关系（用 y-x 函数关系，或 y-x 相图表示）。

解：二组分沸点的平均值+ t = 36.1 68.7 = 252.4 °C 在52.4°C 时lg p 1°=6.852- 1065 +52.4 232.0=3.107 p 1°=1279.4mm-Hg lg p 2°=6.878- 1172 = 2.644 +52.4 224.4∴ P2°=440.6 mm-HgP . 〈 = 1 = 1279.4 = 12. P 2 〈12x 440.6 2.9042.904x ∴ y=+ 〈 1)x = + 1 ( 12 1 1.904x 2、在常压连 武汉大学-2 09（易挥发组分的摩尔分率，作回流比为（1（2解：（1♣∵♦-27= -27+ -27=-27+ -23911kmol/h组成为0.3，釜残液组成为0.05，操ol/h。

♥Fx f Dx d Wxq x q x q x W n,F f n,D d n,W W-40q (x x ) 100(0.30 0.05)∴qn ,D=X X=0.95 0.05d= 27.78 KmolWhw = 100 27.78 = 72.22kmolh 1（2）求精馏段与提馏段的上升蒸气流量和下降液体流量q n,V 、q n,L 和q n,V 2、q n,L 2① 精馏段∵ R =q n ,L q n ,D =3.5 ∴ = L 3.5q n ,D= ⋅ =97.23 Kmolh∵ q n ,V = q n ,L + q n ,D∴ q n ,V =+-1397.23 27.78=125.01[Kmol ② 提馏段]h∴ 因系泡点进料 ∴ ™ =1 由q n,L ’ = q n,L + ™q n,F = q n,L + q n,FL'=92.23 +100=192.23[Kmol ]由V = q n,V = q 2n,V + (1 ™)q n,F∴ q n,V = q 2n,V=125.01 [ Kmol ]h中含甲醇小于解：∵∴∴ 武汉大学q n,F = q n,D + q n,W作取回= = =∴q q q 235 201.4 33.6[Kmol ]n,W n,F n,D h4、在常压连续精馏塔中，分离甲醇-水溶液。

第六章一、填空1 精馏是利用和的原理完成的。

2 精馏操作的依据是。

精馏操作得以实现的必要条件包括和。

3 某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则精馏段操作线斜率等；提馏段操作线斜率等于；回流比等于；馏出液等于；回流液量等于。

4 某二元理想物系的相对挥发度为2.5，全回流操作时，已知塔内某块理论板的气相组成为0.625，则下层的气相组成为。

5 连续精馏操作时，操作压力越大，对分离越；若进料的气液比为1:4（摩尔）时，q= 。

6 总压为99.7KPa，100℃时笨与甲苯的饱和蒸汽压分别为179.18 KPa和74.53 KPa，平衡时笨的液相组成为，甲苯的气相组成为。

笨与甲苯的相对挥发度为。

7 已知某精馏塔的进料组成为0.34（摩尔分数），回流比为2.5，进料为饱和液体，且知D/F为0.4，提馏段操作线方程截距为0.则馏出液x D为，釜残液x W为，精馏段操作线方程截距为，提馏段操作线方程的斜率为。

二、判断1 在精馏塔内任意1块理论板，其气相露点温度大于液相的泡点温度。

（）2 当分离要求和回流比一定时，进料的q值越大，所需的理论板数越多。

（）3 若以过热蒸汽状态进料时，q线方程斜率>0。

（）4 精馏段操作线方程为y=0.65x+0.4，这是可能的。

（）5 在馏出率相同的条件下，简单蒸馏所得到的流出物的浓度组成低于平衡蒸馏。

（）三选择1 精馏分离某二元混合物，规定分离要求为x D 、x W。

如进料分别为x F1、x F2时，其相应的最小回流比分别为R min1、R min2。

当x F1 > x F2时，则（）A R min1 < R min2B R min1 = R min2C R min1 > R min2D R min的大小无法确定2 某二元混合物，其中A为易挥发组分。

液相组成x A =0.5时泡点为t1，与之相平衡的气相组成y A=0.75时，相应的露点为t2，则（）A t1 = t2B t1 < t2C t1 > t2D 不能判定3 流率为800kmol/h、组成为0.4的二元理想溶液精馏分离，要求塔顶产品组成达到0.7，塔底残液组成不超过0.1，泡点进料，回流比为2.5.要使塔顶采出量达到500 kmol/h，应采取措施（）A增加塔板数 B 加大回流比 C 改变进料热状况 D 增加进料量四计算1 某连续精馏操作分离二元混合溶液，已知精馏段操作线方程为：y=0.80x+0.16，提馏段操作线方程为：y=1.40x—0.02 若进料时，原料为气液相各占一半的混合态，求塔顶及塔底产品产率及回流比。