化工原理(下)复习各章知识点及复习题

第1章蒸馏 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 ( )，溶液的泡点( )，塔顶蒸汽冷凝温度( )。答：增大，减小，减小

3 平衡蒸馏与简单蒸馏

4 精馏

例：精馏塔的作用是。答：提供气液接触进行传热和传质的场所。

例：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：精馏段提浓上升蒸汽中易挥发组分提馏

段提浓下降液体中难挥发组分

例：离开理论板时，气液两相达到 状态，即两相 相等，____互成平衡。

答: 平衡 温度 组成

例：精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1） 和

（2） 。答: 塔顶易挥发组分含量高 塔底压力高于塔顶

加料热状态参数q 的计算

例：已知汽液混合物进料中，汽相与液相的摩尔数之比为3:2，易挥发组分的摩尔分数为0.3，

则q =______。

答：0.4(q=2/(3+2)=0.4)

例：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:

五种 冷液体 小于

对于不同的进料热状况，x q 、y q 与x F 的L 与L , V 与V 的关系为

（1）冷液进料：x q ＞x F ，y q ＞x F ，q>1,L ＞L+F, V ＜V ；

（2）饱和液体进料：x q ＝x F ，y q ＞x F ； q ＝1, L ＝L+F, V=V ；

（3）气液混合物进料：x q ＜x F ，y q ＞x F 0

（4）饱和蒸汽进料：x q ＜x F ，y q ＝x F ； q=0, L =L, V=V +F ；

（5）过热蒸汽进料：x q ＜x F ，y q ＜x F ； q<0, L ＜L, V ＞V +F ；

操作线方程

例：某连续精馏塔, 已知其精馏段操作线方程为y=0.80x+0.172，且塔顶产品量为100

kmol/h ，则馏出液组成=D x _________, 塔顶上升蒸汽量=V _________。答：0.86， 500 kmol/h

例：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: ∞ 零 y n+1=x n

例：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（自塔顶开始

计数), 则它们的大小顺序为 。答: y 1 ＞y 2＞x 1＞x 2

例：精馏的两操作线都是直线，主要是基于 恒摩尔流假设

5 双组分精馏的设计型计算

例：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: D

L ∞ 全回流 R min

例：完成某分离任务需理论板数为N T =7（包括再沸器），若E T =50%，则塔内需实际板数（不

包括再沸器）为（ ）答： 12层 （7-1）/0.5=12

例：在精馏操作中，若进料位置过高，会造成釜残液中易挥发组分含量增高。

例：精馏塔采用全回流时，其两操作线 与对角线重合

最优加料位置

精馏计算中，以下说法正确的是____________。

A.再沸器算一块理论板

B.分凝器算一块理论板

C.加料板算一块理论板

答：A 、B

6 双组分精馏的操作型计算

操作条件变化对产品质量的影响

例：操作间接蒸汽加热的连续精馏塔时，由于某种原因，再沸器中加热蒸汽压力下降而使提馏段上升蒸汽流量V 下降，而进料热状况q 、浓度x F 及进料量F 不变，同时回流量L 恒定，则馏

出液浓度x D 及流量D 、残液浓度x W 的变化趋势为：x D _______、D _______、x W _______。(变大,变

小,不变,不确定) 答：x D 增大、D 减小、x W 增大 解： D=F-W F V L L qF L W D V L W ?=+???↑?↓?=-↓??

不变不变 /L V L V ?↑不变 减小 //()1/(1/)L D L V L L D D L ?=+=+↑不变 减小

假设x D 减小，则x W 减小，此时塔板数将小于实际板数，假设不成立；同理，x D 不变也不成立，

所以x D 增大，x W 也增大。

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L/V （ ），馏出液组成

x D ( )，釜残液组成x W ( )。.答： 增加 增加 减小

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（ ）。答：减小 增加

7 间歇精馏、恒沸精馏与萃取精馏

间歇精馏

间歇精馏往往采用填料塔

间歇精馏为一非定态过程

间歇精馏时全塔均为精馏段

为保持间歇精馏时馏出液组成恒定，其回流比应不断增大

为保持间歇精馏时回流比成恒定，其馏出液组将不断减小

计算题

1.某连续精馏塔进料液中含易挥发组分55%(摩尔百分数，下同)（与此相平衡的汽相组成为75% ），要求塔顶产品含易挥发组分95%，饱和液体进料。试求：(1)求最小回流比。(2)若加料板上液体组成与进料组成相同，回流比为最小回流比的1.5倍时，求进料板上一板流下的液体组成。

***答案*** Rmin=（x D－y e）/（y e－x e）＝(0.95-0.75)/(0.75-0.55)=1，

x F＝x F，y F=[R/(R+1)]x F-1＋x D/(R+1) ， 0.75=[1.5/(1.5+1)] x F-1＋0.95/(1.5+1)， x F-1＝0.62 2. 用连续精馏塔每小时处理100 kmol含苯40%和甲苯60%的混合物，要求馏出液中含苯90%，残液中含苯 1%（组成均以kmol%计）。试求：(1)馏出液和残液各多少kmol.h -1。

(2)饱和液体进料时，已估算出塔釜每小时汽化量为132kmol，问回流比为多少？

***答案*** ①F=D+W Fx F＝Dx D＋Wx W W=56.2kmol.h -1 D=43.8kmol.h -1

②∵q=1 V'=V ∴L=V-D=132-43.8=88.2 R=L/D=88.2/43.6=2.02

3. 用常压精馏塔分离双组分理想混合物，泡点进料，进料量100kmol.h-1，加料组成为50%,塔顶产品组成x D＝95％，产量 D＝50kmol.h-1，回流比R=2Rmin，设全塔均为理论板，以上组成均为摩尔分率。相对挥发度α＝3。求：(1).Rmin(最小回流比) (2).精馏段和提馏段上升蒸汽量。（3）.列出该情况下的精馏段操作线方程。

4.在连续精馏塔中分离两组分理想溶液。已知原料液组成为0.6(摩尔分数，下同)，馏出液组成为0.9，釜残液组成为0.02，泡点进料，物系的平均相对挥发度为3。试求：

(1) 每获得1 kmol/h馏出液时的原料液用量F；（W＝0.52 kmol/h，F＝1.52 kmol/h。）

(2) 若回流比为1.5，它相当于最小回流比的多少倍？（3.99）

(3) 假设原料液加到加料板上后，该板的液相组成仍为0.6，求上升到加料板上的气相组成。

（0.721）

5. 在一双组分连续精馏塔中，已知精馏段操作线方程为271.0715.0+=x y ；q 线方程为

91.081.2-=x y ，求：(1) 回流比及进料热状况参数；

（q ＝1.55） (2) 馏出液及原料液组成； （0.951D x =，0.501F x =）

(3) 若回流比为3，测得从精馏段第二层塔板下降液体的组成为0.82(摩尔分数，下同)，

从第三层塔板上升的蒸汽组成为0.86，则此时的馏出液组成又为多少？（98.0'=D x ）

化工原理吸收复习

基本原理与概念

在总压P 、温度T 一定时的气液平衡关系： 全塔物料衡算；V B (Y 1-Y 2)=Ls(X 1-X 2)

P A *=f （C A ） （由实验确定） 塔顶与塔任一截面间

的物料衡算:

P A *=Ex A 适合低浓度气体 V(y 1-y 2)=L(x 1-x 2)

P A *=C A /H

稀溶液*1 y A *=mX A 吸收操作线方程:

（

亨利定律） Y A *=mX X m mX =-+)1(1 y )22(x V L y x V L -+=

N A =k G (P-P i )=k L (C i -C) K y a(y-y*)Sdh=GSdx=LSdx 推出填料

高度的公式

N A =K G (P-P*)=K L (C*-C) 吸 η=11221

1y V y V y V -=进塔气体中的溶质量

被吸收的溶质量 N A =k y (y-y*)=K x (x*-x) 收 低浓度气体η=12

1y y y -

N A =K y (y-y*)=K x (x*-x) 率η

定义：气体吸收操作中液体流率与气体流率之比。L/V 即操作线斜率，

它可影响吸收质量和本。一个技术指标，亦是一个经济指标。

液气比L/V min ))(2.1~1.1()_______(2*121min )(V L V L x x y y V L =--=操dZ

A dC A

B D A J -=

)(Ai P A P Bm P P G RTZ D C A C N A J A N -=+= )()(A C Ai C L k A C Ai C m C C L Z L D A N -=-=

提高吸收率的两种途径：

增加液气比用新型填料如环鞍型，Mellapak 填料

改变操作条件如改变V 、L 流率或温度、压力

对数平均推动力：)21ln(2

1Y Y Y Y m Y ?-??-?=? 当ΔY 1/ΔY 2小于2时，可用算术平均推动力：22

1Y Y m Y ?+?=?

计算填料层高度Z 的两种方法：

N OG -气相总传质单元数；H OG -气相总传质单元高度

1、 平均推动法（适合平衡线、操作线为直线）Z= H OG *N OG =m X X X a X K L m Y Y Y a Y K V ?-??=?-??2121

2、吸收因数法（适合平衡线为过原点的直线，操作线为直线）：N OG 查图 ；H OG =V/K Y a

3、图解积分法：N OG =?*-12Y Y Y Y dY （图解积分），H OG =a Y K V

?, Z=N OG ×H OG

4、近似图解法：根据传质单元数的定义，由图解法求N OG

理论板数×H 等板高度，Z=N 理/η板×板间距

习题讲解

【例7-1】 操作中的吸收塔，当生产任务一定，若吸收剂用量小于最小用量，则吸收效果____ __ __。

【解题思路】所谓最小液气比及最小吸收剂用量是针对一定的分离任务而言的，当实际液气比

或吸收剂用量小于最小值时，则吸收效果达不到给定的分离要求。

【答案】达不到要求

【例7-2】 对逆流操作的填料吸收塔，当脱吸因数s>1时，若塔高为无穷大，则气液两相将

于塔____达到平衡。

【解题思路】因平衡线的斜率大于操作线的斜率，故操作线无限延长（塔高无限大）时，将 在

高浓度端与平衡线相交，即两相在塔底达到平衡。

【答案】底

【例7-3】321,,s s s 是3种气体在吸收过程中的脱吸因数，已知321s s s >>，且吸收过程

的操作条件相同，试将3种气体按溶解度大小排序如下_______。

【解题思路】操作条件相同，L V 相同，由L

mV s =可知当 321s s s >>有 321m m m >>，而m 值愈大，表明气体溶解度愈小。

【答案】第3种最大，第2种次之，第1种最小

例7-4】欲得到一定浓度的溶液，对易溶气体所需的分压_____,而对难溶气体所需的分压则_____。

【解题思路】由亨利定律P Ex =难溶气体的E 值很大，故需要的分压高，而易溶气体的E 值很小,故需要的分压低。

【答案】较低，很高

【例7-5】 当气体处理量及初、终浓度已被确定，若减少吸收剂用量，操作线的斜率将______，其结果是使出塔吸收液的浓度______，而吸收推动力相应_______。

【解题思路】由题意知V 、1y 、2y 已经确定，减少L 用量意味着液气比减小，因低浓度端 已固定，故操作线斜率变小且向平衡线靠近，使传质推动力变小。又由物料衡算：

=-=-)()(2121x x L y y V 常数 可知当2x 一定时，L 减小，1x 必增大。

【答案】变小；变大；变小

【例7-6】对常压下低浓度溶质的气液平衡系统,当液相总浓度增加时，其相平衡常数m 将 。

【解题思路】由亨利定律 c

c m mx y A == 式中 A c 溶质的浓度，3m kmol ； c 溶液总浓度，3m kmol ；

由题知y ，A c 不变，c 增加，故m 必增大。

【答案】增大

【例7-7】在逆流操作的填料塔中，用纯溶剂吸收某气体混合物中的有害成分。已知

平衡关系为Y=2X ，操作液气比2=V

L ，入塔气中含0.007（摩尔分数，下同），出塔液相浓度为0.003, 则气相总传质单元=OG N 。若将填料塔改为板式塔，则理论板数T N = 。

【解题思路】由物料衡算求2

Y ()???

? ??-=-2121X X L Y Y V 。 02=X

2=V L 007.01=Y 所以 001.0003.02007.0212=?-=-=X V

L Y Y

由于,1==L

mV s 可知平衡线与操作线相互平行，二线间垂直距离处处相等，故用对数平均推动力法求OG N 。

2222Y mX Y Y Y m =-=?=?

2

2121Y Y Y Y Y Y N m OG -=?-==6001.0001.0007.0=- 当1=s 时，有 6==OG T N N

【答案】６；６

自测题

一、填空题

1. 吸收操作的原理是__利用混合气体中各组分在溶剂中溶解度不同____。

2. 对接近常压的低浓度溶质的气液平衡系统，当总压增大时，亨利系数E 将_ B. 不变； ____，相平衡常数m 将___ A. 增大__，溶解度系数H 将__ B. 不变___。

A. 增大；

B. 不变；

C. 减小；

D. 不确定。

3. 在吸收操作中，以液相浓度差表示的吸收塔某一截面上的总推动力为___ 。

4. 等分子反方向扩散通常发生在___精馏____单元操作过程中；一组分通过另一停滞组分的扩散通常发生在___吸收____单元操作过程中。

5. 双膜模型、溶质渗透模型和表面更新模型的模型参数分别是__δ___、_θ____和_____。

6. 增加吸收剂用量，操作线的斜率_____增加________，吸收推动力_增大____________。

7. 脱吸因数的定义式为_mV S L =

，它表示相平衡常数与操作线斜率_之比。 6. 推动力（P －P *）与吸收系数_K G ____相对应。

7一般而言，两组分A 、B 的等摩尔相互扩散体现在 精馏 单元操作中，而A 在B 中的单向扩散体现在 吸收 单元操作中。

8、在传质理论中，最具有代表性的三个模型分别是： 双膜理论 、 溶质渗透理论 、表面更新理论 。在吸收的理论分析中，当前仍采用 双膜理论 模型作为基础。

10、对于难溶气体的吸收过程，其主要阻力在液膜中，其吸收速率由液膜阻力控制。

11、用气相浓度△p 为推动力的传质速率方程有两种,以传质分系数表达的传质速率方程为N A =k G

(p-p i ) ,以总传质系数表达的传质速率方程为 N A =K G (p-p*) .

12、在常压下,20℃时,氨在空气中的分压为114mmHg,与之平衡的氨水浓度为

15(kgNH 3/100kgH 2O).此时亨利系数E= 831.4mmHg ,相平衡常数m= 1.094 .

13、吸收操作中，对吸收剂的要求有 、 、 、 。