化工原理第四版下冊蒸餾

『壹』 化工原理蒸餾什麼情況下理論板數最小

當迴流比為無窮即不進料不產出時，理論板數最小，最小理論板數可以通過作圖法得到或通過芬斯克方程得到

『貳』 化工原理課程設計 精餾 苯與氯苯 前言怎麼寫

一．前言
1.精餾與塔設備簡介
蒸餾是分離液體混合物的一種方法，是傳質過程中最重要的單元操作之一，蒸餾的理論依據是利用溶液中各組分蒸汽壓的差異，即各組分在相同的壓力、溫度下，其探發性能不同（或沸點不同）來實現分離目的。例如，設計所選取的苯-甲苯體系，加熱苯（沸點80.2℃）和甲苯（沸點110.4℃）的混合物時,由於苯的沸點較甲苯為低,即苯揮發度較甲苯高,故苯較甲苯易從液相中汽化出來。若將汽化的蒸汽全部冷凝，即可得到苯組成高於原料的產品，依此進行多次汽化及冷凝過程，即可將苯和甲苯分離。這多次進行部分汽化成部分冷凝以後，最終可以在汽相中得到較純的易揮發組分，而在液相中得到較純的難揮發組分，這就是精餾。
在工業中，廣泛應用精餾方法分離液體混合物，從石油工業、酒精工業直至焦油分離，基本有機合成，空氣分離等等，特別是大規模的生產中精餾的應用更為廣泛。
蒸餾按操作可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾、精餾、特殊精餾等多種方式。按原料中所含組分數目可分為雙組分蒸餾及多組分蒸餾。按操作壓力則可分為常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓（真空）蒸餾。此外，按操作是否連續蒸餾和間歇蒸餾。工業中的蒸餾多為多組分精餾，本設計著重討論常壓下的雙組分精餾，即苯-甲苯體系。
在化學工業和石油工業中廣泛應用的諸如吸收，解吸，精餾，萃取等單元操作中，氣液傳質設備必不可少。塔設備就是使氣液成兩相通過緊密接觸達到相際傳質和傳熱目的的氣液傳質設備之一。
塔設備一般分為階躍接觸式和連續接觸式兩大類。前者的代表是板式塔，後者的代表則為填料塔。
篩板塔在十九世紀初已應用與工業裝置上，但由於對篩板的流體力學研究很少，被認為操作不易掌握，沒有被廣泛採用。五十年代來，由於工業生產實踐，對篩板塔作了較充分的研究並且經過了大量的工業生產實踐，形成了較完善的設計方法。篩板塔和泡罩塔相比較具有下列特點：生產能力大於10.5%，板效率提高產量15%左右；而壓降可降低30%左右；另外篩板塔結構簡單，消耗金屬少，塔板的造價可減少40%左右；安裝容易，也便於清理檢修。本設計討論的就是篩板塔。

2.體系介紹
苯，沸點為80.2℃；氯苯，沸點為110.4℃，是非常重要的化工原料，都為無色、無毒，有一定致癌性的最常見的有機溶劑，因其良好的理化性能，而被廣泛地應用於化工、日化、醫葯等行業。苯-甲苯體系為完全互溶雙液理想系統。
氯苯（A）～苯（B）二組分體系在 下的氣～液平衡數據

3.篩板塔的特點
篩板塔板簡稱篩板，結構持點為塔板上開有許多均勻的小孔。根據孔徑的大小，分為小
孔徑篩板(孔徑為3—8mm)和大孔徑篩板(孔徑為10—25mm)兩類。工業應用小以小孔徑
篩板為主，大孔徑篩板多用於某些特殊場合(如分離粘度大、易結焦的物系)。
篩板的優點足結構簡單，造價低；板上液面落差小，氣體壓降低，生產能力較大；氣體分散均勻，傳質效率較高。其缺點是篩孔易堵塞，不宜處理易結焦、粘度大的物料。
應予指出，盡管篩板傳質效率高，但若設計和操作不當，易產生漏液，使得操作彈性減
小，傳質效率下降．故過去工業上應用較為謹慎。近年來，由於設計和控制水平的不斷提高，
可使篩板的操作非常精確，彌補了上述不足，故應用日趨廣泛。在確保精確設計和採用先進控制手段的前提下，設計中可大膽選用。

『叄』 化工原理重點筆記

化工原理重點筆記如下：

流體流動、流體輸送機械、流體流過顆粒和顆粒層的流動、非均相混合物的分離、傳熱、蒸發傳質分離過程概論、吸收、蒸餾、氣液傳質設備、液液萃取、乾燥、吸附分離、膜分離和其他分離方法等。化工，即化學工業。

《化工原理》基本概念、主要公式 第一章 基本概念：連續性假定 質點 拉格朗日法 歐拉法 定態流動 軌線與流線 系統與控制體 粘性的物理本質 質量守恆方程。

流體流動離心泵和傳熱這兩大塊是重點。相比之下過濾和蒸發沒有那麼重要。

流體流動，傳熱，吸收，精餾，乾燥，萃取。等等前4個重要一些。

『肆』 求解一道化工原理題，有關蒸餾計算的

『伍』 求化工原理知識點提要

一、流體力學及其輸送

1.單元操作:物理化學變化的單個操作過程，如過濾、蒸餾、萃取。

2.四個基本概念:物料衡算、能量衡算、平衡關系、過程速率。

3.牛頓粘性定律:F=±τA=±μA/dy，(F:剪應力;A:面積;μ:粘度;/dy:速度梯度)。

4.兩種流動形態:層流和湍流。流動形態的判據雷諾數Re=ρ/μ;層流-2000-過渡-4000-湍流。

5.連續性方程:A1u1=A2u2;伯努力方程:gz+p/ρ+1/2u2=C。

6.流體阻力=沿程阻力+局部阻力;范寧公式:沿程壓降:Δpf=λlρu2/2d，沿程阻力:Hf=Δpf/ρg=λl
u2/2dg(λ:摩擦系數);層流時λ=64/Re，湍流時λ=F(Re，ε/d)，(ε:管壁粗糙度);局部阻力hf=ξu2/2g，(ξ:局部阻力系數，情況不同計算方法不同)

7.流量計:變壓頭流量計(測速管、孔板流量計、文丘里流量計);變截面流量計。
8.離心泵主要參數:流量、壓頭、效率、軸功率;工作點(提供與所需水頭一致);安裝高度(氣蝕現象，氣蝕餘量);泵的型號(泵口直徑和揚程);氣體輸送機械:通風機、鼓風機、壓縮機、真空泵。

二、非均相機械分離

1.顆粒的沉降:層流沉降速度Vt=(ρp-ρ)gdp2/18μ，(ρp-ρ:顆粒與流體密度差，μ:流體粘度);重力沉降(沉降室，H/v=L/u，多層;增稠器，以得到稠漿為目的的沉澱);離心沉降(旋風分離器)。

2.過濾:深層過濾和濾餅過濾(常用，助濾劑增加濾餅剛性和空隙率);分類:壓濾、離心過濾，間歇、連續;濾速的康采尼方程:u=(Δp/Lμ)ε3/5a2(1-ε)2，(ε:濾餅空隙率;a:顆粒比表面積;L:層厚)。

三、傳熱

1.傳熱方式:熱傳導(傅立葉定律)、對流傳熱(牛頓冷卻定律)、輻射傳熱(四次方定律);熱交換方式:間壁式傳熱、混合式傳熱、蓄熱體傳熱(對蓄熱體的周期性加熱、冷卻)。

2.傅立葉定律:dQ= -λdA ，(Q:熱傳導速率;A:等溫面積;λ:比例系數; :溫度梯度);
λ與溫度的關系:λ=λ0(1+at)，(a:溫度系數)。

3.不同情況下的熱傳導:單層平壁:Q=(t1-t2)/[b/(CmA)]=溫差/熱阻，(b:壁厚;Cm=(λ1-λ2)/2);
多層平壁:Q=(t1-tn+1)/ [bi /(λiA)];單層圓筒:Q=(t1-t2)/[b/(λAm)]，(A:圓筒側面積，C=
(A2-A1)/ln(A2/A1)); 多層圓筒:Q=2πL(t1-t n+1)/ [1/λi [ln(ri+1/ri) ]。

4.對流傳熱類型:強制對流傳熱(外加機械能)、自然對流傳熱、(溫差導致)、蒸汽冷凝傳熱(冷壁)、液體沸騰傳熱(熱壁)，前兩者無相變，後兩者有相變;牛頓冷卻定律:dQ=hdAΔt，(Δt>0;h:傳熱系數)。

5.吸收率A+反射率R+透射率D=1;黑體A=1，鏡體R=1，透熱體D=1，灰體A+R=1; 總輻射能E=Eλdλ，(Eλ:單色輻射能;λ:波長);
四次方定律:E=C(T/100)4=εC0(T/100)4，(C:灰體輻射常數;C0:黑體輻射常數;ε=C/C0:發射率或黑度);
兩物體輻射傳熱:Q1-2=C1-2φA[(T1/100)4-(T2/100)4]，(φ:角系數;A:輻射面積;C1-2=1/[(1/C1)+(1/C2)-(1/C0)])

6.總傳熱速率方程:dQ=KmdA，(dQ:微元傳熱速率;Km:總傳熱系數;A:傳熱面積);
1/K=1/h1+bA1/λAm+A1/h2A2，(h1，h2:熱、冷流體表面傳熱系數)。

7.換熱器:夾套換熱器、蛇管式換熱器、套管式換熱器、列管式換熱器。

四、蒸餾

1.蒸餾分類:操作方式:連續蒸餾、間歇蒸餾;對分離的要求:簡單蒸餾、平衡蒸餾(閃蒸)、精餾、特殊精餾;壓力:常壓蒸餾、加壓蒸餾、減壓蒸餾;組分:雙組分蒸餾和多組分蒸餾(精餾)，常用精餾塔。

2.雙組分溶液氣液相平衡:液態泡點方程:xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]，(xA:液態組分A的摩爾分數;p
(t):壓強關於溫度的函數); 氣態露點方程:yA=pA/p=[pA(t)/p]×[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)];
平衡常數KA=yA/xA，理想溶液:KA=p°A/p，即組分飽和蒸氣壓和總壓之比;
揮發度:υA=pA/xA，相對揮發度:αAB=υA/υB，最終可導出氣液平衡方程:y=αx/[1+(a-1)x]; 氣液平衡相圖:p-x圖(等溫)
、t-x(y)圖(等壓)、x-y圖。

3.平衡蒸餾:qn(F)，xF加熱至泡點以上tF，減壓氣化，溫度達到平衡溫度te，兩相平衡qn(D)，yD和qn(W)，xW;
物料衡算:yD=qxW/(q-1)-xF/(q-1)，(液化率:q=qn(W)/qn(F));
熱量衡算:tF=te+(1-q)γ/Cp,m，(Cp,m:原液的摩爾定壓熱容;γ:原液的摩爾氣化潛熱);平衡關系:yD=αxW/[1+(α-1)xW]。

4.簡單蒸餾:持續加熱至釜液組成和餾出液組成達到規定時停止; 關系式:ln[n(F)/n(W)]=
{ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(α-1); 總物料衡算:n(F)=n(W)+n(D);易揮發組分衡算:n(F)xF
=n(W)xW+n(D)xD; 推出:xD= [n(F)xF-n(W)xW]/[n(F)-n(W)]。

5.精餾:多次部分氣化部分冷凝(連續、間歇)，泡點不同採取不同的壓力操作，塔板數從上至下記;
塔頂易揮發組分回收率:ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%，釜中不易揮發組分回收率:ηW=qn(W)(1-xW)/[qn(F)(1-xF)]×100%;
精餾段總物料衡算:qn(V)=qn(D)+qn(L);精餾段易揮發組分衡算:qn(V)yn+1=qn(D)xD+qn(L)xn;(V:各層上升蒸汽量;D:塔頂餾出液量;L:各板下降的液量;yn+1:第n+1塊板上升的蒸汽中易揮發組分的摩爾分數;xn:第n塊板下降的液體中易揮發組分的摩爾分數)，精餾段操作線方程:yn+1=Rxn/(R+1)
+xD/(R+1)，(迴流比R= qn(L)/qn(D));
提餾段段總物料衡算:qn(L』)=qn(V』)+qn(W);提餾段易揮發組分衡算:qn(L』)x』m=qn(V』)y』m+1 +qn(W)xW
;(W:釜液量)，提餾段操作線方程:y』m+1= qn(L』)x』m/qn(V』)-qn(W)xW/qn(V』);
總的物料衡算:qn(F)+qn(V』)+qn(L)=qn(V)+qn(L』)，乘上各焓值Hx即為熱量衡算，qn(V)=qn(V』)+(1-q)qn(F)，(精餾進料熱狀態參數q=(HV-HF)/(HV-HL)，即單位原料液變為飽和蒸汽所需要的熱量與單位原料液潛熱之比);
進料方程:y=qx/(q-1)-xF/(q-1);理論塔板的計算逐板法和圖解法，迴流比R增大理論塔板數減小，解析法:全迴流理論塔板數Nmin={lg[xD(1-xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1，(am:全塔平均揮發度);
最小迴流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)，(xq，yq:進料時)，R實=(1.1-2.0) Rmin; 全塔效率ET為理論塔板數與實際塔板數之比;
間歇精餾:分批精餾，一次進料待釜液達到指定組成後，放出殘液，再次加料，用於分離量少而純度要求高的物料，每批精餾氣化物質的量n(V )=
(R+1)n(D)，所需時間τ=n(V)/qn(V); 特殊精餾:恆沸精餾(加第三組分，形成新的低恆沸物，增大相對揮發度)
、萃取精餾(加第三組分，增大相對揮發度)、加鹽萃取精餾、分子蒸餾(針對高分子量、高沸點、高粘度、熱穩定性極差的有機物)。

五、吸收

1.吸收劑的要求:對溶質的溶解度大，對其他成分溶解度小、易於再生、不易揮發、粘度低、無腐蝕性、無毒不易燃、價低，吸收率η=(mA除/mA進)×100%≈[
(y1-y2)/y1]×100%，(y1，y

2:進塔和出塔混合氣中A的摩爾分數)。

3.稀溶液中亨利定律:c*A=HpA，(c*A:溶解度;H:溶解度系數;pA:氣相分壓);p*A=ExA，(xA:液相中溶質摩爾分數;E:亨利系數);y*=mx，(平衡常數m=E/p);E=ρs/HMs，(ρs，Ms:純溶劑密度和相對分子質量)。

4.費克定律:jA=-DABdcA/dz，(jA:擴散速率;DAB:組分A在組分B中的擴散系數;dcA/dz:組分A在擴散方向z上的濃度梯度);
等分子擴散速率:NA= jA=D(pA,1-pA,2)/RTz;單向擴散:NA=D(pA,1-pA,2)p/RTz
pB,m，(p/pB,m:漂流因子，pB,m=
(pB,2-pB,1)/ln(pB,2/pB,1)，即對數平均值);同理，NA=D(cA,1-cA,2)c/zcB,m。

5.吸收塔操作線方程:qn(L)/qn(V)=(y1-y2)/(x1-x2)，(qn(V):二元混合氣摩爾流量;qn(L):液相摩爾流量;x，y:任意一截面液氣相摩爾流量);
最小液氣比[qn(L)/qn(V)]min=(y1-y2)/(x*1-x2),qn(L)/qn(V)= (1.1-2.0) [qn(L)/qn(V)]min;
低濃度時填料塔高度h=qn(V) [dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L)
[dx/(x*-x)]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL，(K:傳質系數;S:塔截面積;a:單位體積填料有效接觸面積;NOG=
[dy/(y-y*)]:氣相總傳質單元數;HOG =qn(V)/KyaS:氣相總傳質單元高度);
相平衡線為直線時:NOG=ln[(1-S』)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S』]/(1-S』)，NOL=ln[(1-A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+A]/(1-A)，(吸收因數:A=1/S』=
qm(V)/mqm(V))。

6.填料塔:液體上進下出，氣體下進上出，其中設有液體在分布器，可使其均勻分布於填料表面，塔頂可按轉除末器。

六、乾燥

1.絕對濕度δ=0.622pV/(p-pV)，(pV:水蒸汽分壓);相對濕度φ=
pV/pS，(pS:水蒸汽飽和分壓);濕焓I=Ig+δIv，(Ig:絕干空氣的焓;Iv:水蒸汽的焓)。

2.物料的干基濕含量X=m水/m絕干，是基濕含量ω=m水/m總×100%，ω=X/(1+X);物料分類:非吸濕毛細孔物料、吸濕多孔物料和膠體無孔物料;物料與水分:總水分、平衡水分、自由水分、非結合水分、結合水分。

3.乾燥過程物料衡算:qm,c(X1-X2)=qm,L(δ2-δ1)=qm,W，(qm,c:絕對乾料的質量流量;qm,L:絕干空氣質量流量;qm,W:乾料蒸發出水分的質量流量)，即濕物料減少水分等於干空氣中增加的水分;
熱量衡算:q=qD+qP=qm,L(I2-I0)+qm,c(I』2-I』1)+qL，(qD:單位時間乾燥器熱量;qP:單位時間預熱氣熱量;qL:單位時間熱損失;I2:出乾燥器的空氣的焓;I0:進預熱器的空氣的焓;I』2，I』1:進出乾燥器物料的焓)，qD=qm,L(I1-I0)
=qm,L(1.01+1.88δ0) (t1-t0)，qD=qm,L(I2-I1)+qm,c(I』2-I』1)+qL;
乾燥器熱效率:η=qd/qP×100%，(qd=qm,L(1.01+1.88δ0) (t1-t2))。

4.乾燥速率U=h(t-tW)/rtw，(h:對流表面傳熱系數;t:恆定乾燥條件下空氣平均溫度;tW:初始狀態空氣濕球溫度;r:飽和蒸汽冷凝潛熱);
恆速乾燥階段時間:τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS，(Xc:臨界濕含量;S:乾燥面積)，降速乾燥階段時間:τ2=qm,c(Xc-X*)ln[(Xc-X*)/(
X2-X*)]/UcS。

5.乾燥器分類:廂式乾燥器、隧道乾燥器、轉筒乾燥器、帶式乾燥器、轉鼓乾燥器、噴霧乾燥、流化床乾燥器、氣流乾燥器、微波高頻乾燥。

七、新型分離技術

1.超臨界萃取:以超臨界流體作萃取劑(密度接近於液體，而粘度接近於氣體，擴散系數位於兩者之間)，其具有很強的選擇性和溶解能力，傳質速率大;流程可分為:等溫法、等壓法和吸附吸收法。

2.膜分離技術:微濾、超濾、納濾、反滲透、透析、電滲析、氣膜膜分離、滲透氣化(溶質發生相變化，再透過側以氣相狀態存在)。