化工基本知识摘要.doc

1、什么是沸点？答：某液体在一定压力作用下沸腾时的温度叫该液体在该压力下的沸点，如甲醇的沸点是64.564.7（1amt）。4、什么是露点？5 y5 * B+ ! l. M答：把气体混合物在压力不变的条件下降温冷却，当冷却到某一温度时，产生的第一个微小的液滴，此温度叫做该混合物在指定压力下的露点温度，简称露点。处于露点温度下的气体称为饱和气体。从精馏塔顶蒸出的气体温度，就是处在露点温度下。值得注意的是：第一个野地不是纯组分，塔时露点温度下与气相平衡的液相，其组成有相平衡关系决定。由此可见，不同组成的气体混合物，塔的露点是不同的。+ P5 v7 L$ E* D7 h _/ n$ s ?5、什么是泡点？. m7 b! z8 + j答：液体混合物在一定压力下加热到某一温度时，液体中出现的第一个很小的气泡，即刚开始沸腾时的温度叫该液体在指定压力下的泡点温度，简称泡点。处于泡点温度下的液体称为饱和液体，即精馏塔的釜温温度。应该说明，这第一个很小的气泡，也不是纯组分，它的组成也是有相平衡关系决定的。7什么是潜热？/ |( 2 x3 m9 c! z0 Y+ z8 * W0 V答：单位重量的纯物质在相变（在没有化学反应的条件下，物质发生了相态的改变，称相变。如水结成冰或水汽化成水蒸气等成为相变过程。）过程吸收或放出的热叫潜热。如1公斤水由液态受热变成水蒸气的过程中所吸收的热叫水的汽化潜热，常用单位为千卡/公斤。值得注意的是，在相变时温度和压力都是不变的，否则不能称之为潜热。因此，在说潜热数值时，要说明在什么温度什么压力下，进行何种相变过程。如1公斤水在760毫米汞柱压力，100摄氏度下汽化，汽化潜热为539.6千卡。相反，在此条件下，水蒸汽冷凝释放出来的热，称为冷凝潜热，数值与上相等。混合物的潜热可以实测或计算，其数值的大小除了和组分的性质有关外，还和组分的含量有关，不是一个固定的数值。; i|) D4 2 d* t9 l+ I1 k8、什么是显热？U5 i! B) K7 + _* 答：纯物质在不发生相变和化学反应的条件下，因温度的改变而吸收或放出的热量叫显热。8 g* T0 Q% y6 |2 C- R! X8 p; G2、什么叫汽化？答：物质由液相转化为气相的过程叫汽化。3、什么叫冷凝？答：物质由气相转化为液相的过程叫冷凝。11、什么叫精馏？什么叫蒸馏？答：精馏是将由挥发度不同的组分所组成的混合液，在精馏塔内同时多次地部分汽化和多次部分冷凝，使其分离成几乎纯态的过程。蒸馏是根据各组分的沸点不同，而分离出较纯组分的一种操作。12、精馏是怎样分类的？答：（）按操作方式分为间歇、连续精馏；（）按操作条件不同，分为加压精馏，常压精馏，减压精馏；（）按原理分为一般精馏、特殊精馏。特殊精馏包括恒沸精馏，萃取精馏，水蒸汽精馏，分子精馏。13、特殊精馏分那几类？特点是什么？答：三类：蒸汽精馏、恒沸精馏、萃取精馏。其特点是在混合液中加入某一组分，扩大原料液中不同组分沸点的差异，从而达到分离的目的。14、常见的精馏塔有哪些形式？答：填料塔和板式塔。填料塔又分为填料塔、多管填料塔、浮阀填料塔。板式塔又分为泡罩塔、浮阀塔、筛板塔、浮动板塔、斜孔板塔。15、影响精馏操作的主要原因有哪些？答：除设备问题外，还有塔的温度、压力（塔顶、塔底）、进料状态、进料组成、进料温度、塔内蒸汽上升速度、再沸器的加热量、塔底排出量、回流比。16、精馏操作应掌握哪些平衡？答：物料平衡，热量平衡，汽液平衡。17、塔内上升蒸汽的速度对精馏操作有什么影响？答：合适的塔内上升蒸汽速，可使蒸汽与液体有充分的接触时间，保证热量和质量的有效传递。如蒸汽速度大，则汽液两相接触时间短，塔的分离效率降低，而且直接影响传质效率，使产品不合格。在塔内蒸汽速度超过一定限度时，将破坏塔的操作，导致液泛。如果速度太低，又会使塔板效率显著下降，严重时会导致液体泄露。18、精馏操作中常用哪几中回流方法？各有什么特点？答：（1）内回流：用内置式冷凝器将塔顶气相轻组分冷凝，这种回流方法用于无塔顶产品采出的精馏塔；（2）外回流：塔顶气相采出物冷凝后，一部分加压返回到塔顶回流，一部分做产品采出，这种回流法用于回流比经常调整，塔顶气相冷凝液作为产品的精馏；（3）入料回流（仅有提馏段）：入料口在最顶一块塔板，无专门回流线，入料兼收做回流，进行传质传热。适用于气相要求不大严格的提馏塔。19、在实际生产中怎样调节回流比？答：（1）塔顶产物中重组分含量增加，质量下降，要适当增大回流比。（2）塔的负荷过低，为了保证塔内一定的上升蒸汽速度，应适当加大回流比。（3）当精馏液的轻组分下到提馏段，造成塔下部温度降低时，可以适当减小回流比，将塔底温度提高。20、掌握物料平衡在精馏操作中有何意义？答：物料平衡是质量和能量守恒在化工生产中的应用。在精馏操作中，随时掌握精馏的物料平衡是极为重要的，如果不掌握平衡会形成进料多，采出少，或进料少，采出多的不正常操作，影响产品质量和数量，因此为了使精馏塔处于最佳操作条件，提高产品质量，降低能耗，杜绝跑料，在实际操作中，必须掌握物料平衡。21、怎样进行塔底，塔顶温度调节？答：塔底温度调节：（1）改变塔底加热蒸汽量。（2）保持恒定的入料量及组成。（3）控制好操作压力和入料温度。塔顶温度调节：（1）改变回流比。（2）调节塔底温度。（3）塔顶压力控制要稳定。（4）改变回流液温度。22、控制好塔底液面的意义是什么？怎样调节？答：（1）塔底液面的稳定是保证精馏塔稳定平衡操作的重要条件。只有塔底液面稳定，才能保证塔底传热稳定，以及由此决定的塔底温度，塔内上升蒸汽量，塔底液面组成等的稳定，从而确保塔的正常操作。（2）调节：当压力不变的情况下，降低釜温就改变了塔底汽液的平衡组成，底液量大如果采出不变也会使底液增多，出现这种情况应首先恢复底温至正常。 进料量增大，底液排量应相对增大，否则液面会升高。如果调节失灵，应改手动调节或旁路调节，同时联系仪表处理。一般情况下，多采用釜液的排出量来控制。23、分析塔釜温度过高或过低的原因是什么？如何调整？答：过高：（1）蒸汽量大，减小蒸汽量。（2）回流量小，增大回流量。（3）釜液位过高，适当降低液位。（4）冷却水量小，回流温度高，适当调整冷却水量。过低：（1）蒸汽量小，适当加大蒸汽量。（2）回流量大，应减少回流量。（3）塔压力过低，调整塔压。（4）塔釜液位低，适当调整液位。精馏操作基本知识) T% |. L& x) Z1、 何为相和相平衡：( L7 ; S9 V4 O9 V, z8 n f答：相就是指在系统中具有相同物理性质和化学性质的均匀部分，不同相之间往往有一个相界面，把不同的相分别开。系统中相数的多少与物质的数量无关。如水和冰混合在一起，水为液相，冰为固相。一般情况下，物料在精馏塔内是气、液两相。. V4 b: t, N. q* 5 a 在一定的温度和压力下，如果物料系统中存在两个或两个以上的相，物料在各相的相对量以及物料中各组分在各个相中的浓度不随时间变化，我们称系统处于平衡状态。平衡时，物质还是在不停地运动，但是，各个相的量和各组分在各项的浓度不随时间变化，当条件改变时，将建立起新的相平衡，因此相平衡是运动的、相对的，而不是静止的、绝对的。比如：在精馏系统中，精馏塔板上温度较高的气体和温度较低的液体相互接触时，要进行传热、传质，其结果是气体部分冷凝，形成的液相中高沸点组分的浓度不断增加。塔板上的液体部分气化，形成的气相中低沸点组分的浓度不断增加。但是这个传热、传质过程并不是无止境的，当气液两相达到平衡时，其各组分的两相的组成就不再随时间变化了。! T3 I+ m YC! G: v4 ?6 M2、何为饱和蒸汽压？T# x( X* A1 X/ T# F& 答：在一定的温度下，与同种物质的液态（或固态）处于平衡状态的蒸汽所产生的压强叫饱和蒸汽压，它随温度的升高而增加。众所周知，放在杯子里的水，会因不断蒸发变得愈来愈少。如果把纯水放在一个密闭容器里，并抽走上方的空气，当水不断蒸发时，水面上方气相的压力，即水的蒸汽所具有的压力就不断增加。但是，当温度一定时，气相压力最中将稳定在一个固定的数值上，这时的压力称为水在该温度下的饱和蒸汽压。9 M2 Q1 - q/ ! h8 g/ t应当注意的是，当气相压力的数值达到饱和蒸汽压力的数值是，液相的水分子仍然不断地气化，气相中的水分子也不断地冷凝成液体，只是由于水的气化速度等于水蒸汽的冷凝速度，液体量才没有减少，气体量也没有增加，气体和液体达到平衡状态。所以，液态纯物质蒸汽所具有的压力为其饱和蒸汽压时，气液两相即达到了相平衡。9 : Z1 9 i9 h% g/ J3、何为精馏，精馏的原理是什么？8 d/ q$ I; Q1 P W! I Q答：把液体混合物进行多次部分汽化，同时又把产生的蒸汽多次部分冷凝，使混合物分离为所要求组分的操作过程称为精馏。 L5 y! N+ o( R5 r% P, H- b1 U为什么把液体混合物进行多次部分汽化同时又多次部分冷凝，就能分离为纯或比较纯的组分呢？对于一次汽化，冷凝来说，由于液体混合物中所含的组分的沸点不同，当其在一定温度下部分汽化时，因低沸点物易于气化，故它在气相中的浓度较液相高，而液相中高沸点物的浓度较气相高。这就改变了气液两相的组成。当对部分汽化所得蒸汽进行部分冷凝时，因高沸点物易于冷凝，使冷凝液中高沸点物的浓度较气相高，而为冷凝气中低沸点物的浓度比冷凝液中要高。这样经过一次部分汽化和部分冷凝，使混合液通过各组分浓度的改变得到了初步分离。如果多次的这样进行下去，将最终在液相中留下的基本上是高沸点的组分，在气相中留下的基本上是低沸点的组分。由此可见，多次部分汽化和多次部分冷凝同时进行，就可以将混合物分离为纯或比较纯的组分。2 5 |% ; |8 P Y* . O1 p液体气化要吸收热量，气体冷凝要放出热量。为了合理的利用热量，我们可以把气体冷凝时放出的热量供给液体气化时使用，也就是使气液两相直接接触，在传热同时进行传质。为了满足这一要求，在实践中，这种多次部分汽化伴随多次部分冷凝的过程是逆流作用的板式设备中进行的。所谓逆流，就是因液体受热而产生的温度较高的气体，自下而上地同塔顶因冷凝而产生的温度较低的回流液体（富含低沸点组分）作逆向流动。塔内所发生的传热传质过程如下1）气液两相进行热的交换，利用部分汽化所得气体混合物中的热来加热部分冷凝所得的液体混合物；2）气液两相在热交换的同时进行质的交换。温度较低的液体混合物被温度较高的气体混合物加热二部分汽化。此时，因挥发能力的差异（低沸点物挥发能力强，高沸点物挥发能力差），低沸点物比高沸点物挥发多，结果表现为低沸点组分从液相转为气相，气相中易挥发组分增浓；同理，温度较高的气相混合物，因加热了温度较低的液体混合物，而使自己部分冷凝，同样因为挥发能力的差异，使高沸点组分从气相转为液相，液相中难挥发组分增浓。9 U8 Y3 N8 i+ z3 r4 5 ; _精馏塔是由若干塔板组成的，塔的最上部称为塔顶，塔的最下部称为塔釜。塔内的一块塔盘只进行一次部分汽化和部分冷凝，塔盘数愈多，部分汽化和部分冷凝的次数愈多，分离效果愈好。1 ?& Z V5 c0 8 E9 G# F/ U. e/ T2 E通过整个精馏过程，最终由塔顶得到高纯度的易挥发组分，塔釜得到的基本上是难挥发的组分。% R, L; l; G0 M/ y! o! o& n1 g. K0 . S( D: ( R, A9什么是回流比; In4 q/ H2 & p) E答：在精馏过程中，混合液加热后所产生的蒸汽由塔顶蒸出，进入塔顶冷凝器。蒸汽在此冷凝（或部分冷凝）成液体，将其一部分冷凝液返回塔顶沿塔板下流，这部分液体叫做回流液；将另一部分冷凝液（或未凝蒸汽）从塔顶采出，作为产品。回流比就是回流液量与采出量的重量比，通常以通常以R来表示，即8 l: m) ?2 n5 9 u k R=L/D0 L6 h) r% J$ z1 P$ u7 式中R-回流比0 N) g+ P: d/ o; + i8 pL-单位时间内塔顶回流液体量，公斤/小时。+ k( R, I _0 eD-单位时间内塔顶采储量，公斤/小时。! i7 o7 t% k% p0 S/ , n10、什么是最小回流比？7 Y; ) P) H( G( A3 答：在规定的分离精度要求下，即塔顶、塔釜采出的组成一定时，逐渐减少回流比，此时所谓的理论板数逐渐增加。当回流比减少到某一数值时，所需的理论板数增加至无数多，这个回流比的数值，成为完成该项预定分离任务的最小回流比。通常操作时的实际回流比取为最小回流比的1.32倍。* O7 m. p9 # + + B* / b; h11、什么是全回流？3 V0 W& Y1 I5 V4 T5 s, H答：在精馏操作中，把停止塔进料、塔釜出料和塔顶出料，将塔顶冷凝液全部作为回流液的操作，成为全回流。全回流操作，多半用在精馏塔的开车初期，或用在生产不正常时精馏塔的自生循环操作中。& R9 i1 U 7 e+ V* h12、最适宜回流比是怎样确定的？5 x4 3 R ! y$ T$ s& i答：对固定分离要求的过程来说，当减少回流比时，运转费用（主要表现在塔釜加热量和塔顶冷量）将减少，所需塔板数将增加，塔的投资费用增大；反之，当增加回流比时，可减少塔板数，却增加了运转费用。因此，在设计时应选择一个最适宜的回流比，以使投资费用和经常运转的操作费用之和在特定的经济条件下最小，此时的回流比称之为最适宜回流比。最适宜回流比取为最小回流比的1.32倍。& M3 b/ a( A; O13、什么是精馏塔的压力降？5 I3 u: f$ ? z; y) G) 9 r答：所谓精馏塔的压力降，就是平时所说的塔釜和塔顶的压力差。对板式塔来说，塔板压降主要是由三部分组成的，即干板压力降、液层压力降和克服液体表面张力的压力降。塔釜与塔顶的压力差是全塔每块塔板压力降的总和。5 D! V6 B+ ; e所谓干板压力降，就把精馏塔内上升的气体（或蒸汽）通过没有液体存在的塔板时，所产生的压力降；当气体穿过每层塔板上的液体层时产生的压力降，叫做液层压力降；气体克服液体表面张力所产生的压力降，叫液体表面张力压力降。, $ |2 3 X4 Z4 b- p! & ?对于固定的塔来说，在正常操作中，塔压力降主要随上升气体的流速大小而变化，有经验表明，塔压力降与气体流速的平方成正比。$ n2 V1 v+ k3 z: _& I+ 14、什么是空塔速度？它与孔速有什么关系？! j6 R% K: h0 K% n2 P6 答：空塔速度是指单位时间内精馏塔上升蒸汽的体积与塔截面积的比，即塔内上升蒸汽在单位时间内流动的距离。单位为米3/秒。米2或米/秒。公式为：W=VsAa& i7 c- 8 9 G9 * Q, N; r式中 W空塔速度，米/秒；; D8 ?2 PR0 O* z$ x0 v Vs上升蒸汽体积流量，米3/秒；) P$ G1 G# r5 F- s Aa塔的总截面积，米2。 g: S% g7 q1 o$ C Aa=0.785D2 （D是塔内径，米）. ?6 U0 x- 1 L0 VW=Vs/0.785D2 # E R$ K* p) N5 N孔速度是指单位时间内通过升气孔道的上升蒸汽的体积与孔道总截面的比，即上升气体穿过升气孔道的流速，单位为米3/秒。米2或米/秒，公式：W孔=Vs/AT9 z, ( f5 5 l+ g |9 $ D 式中：W孔孔速度，米/秒； i6 _i6 h- h2 Q AT升气孔道总截面积，米2。$ ( + f5 k1 z: z5 J因为升气孔道总截面积是由塔板开孔率决定的，设开孔率为，/ V$ B. c; T, S5 u/ Y则式为：W孔=Vs/0.785D2=W/) 3 g% - r. Z空塔速度是影响精馏操作的重要因素之一。对于已经确定的塔来说，如果在允许的范围内提高空塔速度，则能提高塔的生产能力。当空塔速度提高到一定限度时，气液两相在塔板上因接触时间过短，而且会产生严重的雾沫夹带，破坏塔的正常操作。一般是以雾沫夹带量不大于10%来确定空塔速度，称为最大允许速度。+ d4 E, o; i7 C- h9 f当空塔速度过低时，不利于气体穿过孔道，甚至托不住上层塔板的液体，塔板上的液体可以经升气孔倒流至下层塔板，这种现象称之为液体泄漏。泄漏严重时，会降低精馏塔的分离效果，特别是筛板塔、浮阀塔、舌形塔，尤其是这样。: ! J. b/ 4 d3 I, N15、什么是塔的开孔面积?开孔率是怎样确定的? o I# o- H# v答：在精馏塔内流动着从下往上的蒸汽和从上往下的液体，而且它们要同时通过每层塔板。气体通过塔板的通道叫升气孔道，升气孔道的总截面积就是每块塔板的开孔面积。浮阀塔的开孔面积就是所有浮阀孔截面积的总和。; S4 O- F: F$ 开孔截面积的选定，就是根据生产负荷的大小和允许蒸汽的速度确定的。通常所说的开孔率就是选定的开孔面积和空塔总截面积的比值，以表示，即：) J# 6 i F2 q- d5 w=AT/Aa100%; t# 4 n8 f8 a0 U! P1 B! ?( e式中开孔率: b& w3 2 J+ & h/ AT开孔总截面积，米2 Z( c2 M; S1 eAa空塔总截面积，米28 a7 d5 M: l8 X. xE1 K5 ) S有时为了适应塔中各板或各段不同的气体负荷，设计时可以选用不同的开孔率。开孔率不同，其传质效率也不同。另外，开孔率对塔的处理能力也有很大的影响。在相同塔径中，处理能力随开孔率的增加而相应的提高；对于同一处理能力而言，开孔率增加，则塔径可以减小，因此开孔率是设计中的重要指标之一。L4 k3 o8 P8 |: L16、什么是液泛？3 8 G, o0 V# Ey) F答：在精馏操作中，下层塔板上的液体涌至上层塔板，破坏了塔的正常操作，这种现象叫做液泛。& G8 r5 c1 o1 B: g* 液泛形成的原因，主要是由于塔内上升蒸汽的速度过大，超过了最大允许速度所造成的。另外在精馏操作中，也常常遇到液体负荷太大，使溢流管内液面上升，以至上下塔板的液体连在一起，破坏了塔的正常操作的现象，这也是液泛的一种形式。以上两种现象都属于液泛，但引起的原因是不一样的。k# w3 I& i8 T% h+ k17、什么是雾沫夹带？5 c9 9 y8 _4 I7 ?, m答：雾沫夹带是指气体自下层塔板带至上层塔板的液体雾滴。在传质过程中，大量雾沫夹带会使不应该上到塔顶的重组分带到产品中，从而降低产品的质量，同时会降低传质过程中的浓度差，只是塔板效率下降。对于给定的塔来说，最大允许的雾沫夹带量就限定了气体的上升速度。% ?# 9 F1 N. n/ o, I5 + B影响雾沫夹带量的因素很多，诸如塔板间距、空塔速度、堰高、液流速度及物料的物理化学性质等。同时还必须指出：雾沫夹带量与捕集装置的结构也有很大的关系。虽然影响雾沫夹带量的因素很多，但最主要的影响因素是空塔速度和两块塔板之间的气液分离空间。对于固定的塔来说，雾沫夹带量主要随空塔速度的增大而增大。但是，如果增大塔板间的距离，扩大分离空间，则相应提高空塔速度。u$ B2 v7 R2 d9 q* b% g) V18、什么是液体泄漏？5 b3 y7 r& g h; y. a. z8 s& u答：塔板上的液体从上升气体通道倒流入下层塔板的现象叫泄漏。在精馏操作中，如上升气体所具有的能量不足以穿过塔板上的液层，甚至低于液层所具有的位能，这时就会托不住液体而产生泄漏。/ |- Q. 5 o1 - 空塔速度越低，泄漏越严重。其结果是使一部分液体在塔板上没有和上升气体接触就流到下层塔板，不应留在液体中的低沸点组分没有蒸出去，致使塔板效率下降。因此，塔板的适宜操作的最低空塔速度是由液体泄漏量所限制的，正常操作中要求塔板的泄漏量不得大于塔板上液体量的10%。泄漏量的大小，亦是评价塔板性能的特性之一。筛板、浮阀塔板和舌形塔板在塔内上升气速度小的情况下比较容易产生泄漏。6 f/ L1 m! a2 l- t% ! r* B19、什么是操作弹性？. B. / x6 j答：操作弹性是指上升气体速度的最小允许值（负荷下限）到最大允许值（负荷上限）之间的范围。上升气体速度在此范围变动时，精馏塔能在一定的分离效果下，维持正常的操作。 W5 : F; V9 p* zN+ g2 j前面已经谈过，精馏塔的负荷上限是以上升蒸汽的雾沫夹带量不超过蒸汽流量的10%为限制；负荷下限是以塔板上液体的泄漏量不超过液体流量的10%为限制。+ 9 R1 T$ VH一般的说，浮阀塔操作弹性最大，有的试验表明负荷上限与负荷下限之比可达79左右，泡罩塔次之，筛板塔最小。应当注意的是，当上升气体速度变化时，塔板效率要变化，这会引起分离效果发生变化。- b4 O( W- V S z- X2 P5 F4 - r21、什么是物料平衡?物料平衡在精馏操作中的意义是什么?# r; g) z5 2 K$ N. 8 4 s答：物料平衡是质量不灭和转换守恒定律在化工上的应用。对于任何一个生产过程来说，按重量计，物料转化量应为产品生成量和物料损失量之和。2 n* zJ$ & O: $ c! y通过物料衡算，可以知道原料转化为产品的情况及损失量的大小，以便寻求改善的途径。物料衡算对整个过程或过程的某个阶段同样适用；可对参与过程的全部物质进行衡算，也可以对任意组分进行衡算。f8 Z6 M! S8 Q2 P/ E- x在操作中随时掌握精馏塔的物料平衡情况对于一个操作工来说是一个最基本和最起码的要求。物料平衡掌握不好，一种是进料多，采出少；另一种是进料少，采出多。这两种情况都不是正常操作，影响产品的质量和数量。# e( d- C/ ?8 V- e, 6 p, m* 因此，为了使精馏塔处于最佳条件下操作，为了提高产品的质量和数量，降低能耗，减少加工损失，在实际操作中必须经常进行物料衡算，调整操作。# tO: N( B( z) 22、什么是最适宜的进料板位置?- / x* i U: B0 P* 答：最适宜的进料板位置就是指在相同的理论板数和同样的操作条件下，具有最大分离能力的进料板位置或在同一操作条件下所需理论板数最少的进料板位置。! d; R; A: u R L在化学工业中，多数精馏塔都设有两个以上的进料板，调节进料板的位置是以进料组分发生变化为依据的。当进料组分中的轻关键组分比正常操作较低时，应将进料板的位置向下移，以增加精馏段的板数，从而提高精馏段的分离能力。反之，进料板的位置向上移，则是为增加提馏段的板数，以提高提馏段的分离能力。2 X1 0 E: y2 + v总之，在进料板上进料组分中轻关键组分的含量应该小于精馏段最下一块塔板上的轻关键组分的含量，而大于提馏段最上一块塔板上的轻组分的含量。这样就使进料后不至于破坏塔内各层塔板上的物料组成，从而保持平稳操作。3 M/ o/ 4 |b3 h23、什么是塔板效率?+ D9 h: z& o7 o. S% d e: H4 y! a答：在精馏塔的实际操作中，由于受到传质时间和传质接触面积的限制，不能达到气液平衡状态，即塔板上蒸汽中所含的低沸点组分的浓度较与液相达到平衡时的蒸汽中所含的低沸点组分的浓度要低，因此一块实际塔板的作用总不及一块理论塔板的作用。从这个概念出发，塔板效率可以表示为理论板数与实际板数之比。. W9 y/ V6 ! f/ ) - Q8 j* 影响塔板效率的因素主要有：（1）气相与液相交换的快慢；（2）塔板上气液相混合的程度；（3）上升蒸汽夹带液体雾滴进入上层塔板的数量和塔板的液体泄漏量。4 I0 v! w4 t0 S3 g( y* X9 b. F. u上述三方面的因素又受塔板的设计和布置，操作条件以及所处理物料的物理性能等影响。塔板的设计和布置包括：塔板几何尺寸，塔板间距，溢流堰高度，开孔率，升气孔的排列等。操作条件包括：上升蒸汽速度，塔板上液体停留的时间，温度和压力等。处理物料的物理性能包括：相对挥发度，蒸汽与液体的粘度和重度，扩散系数和表面张力等。附带指出，物料的物理性质随塔中操作温度和压力的不同而变化。& p7 v7 u& r0 F1 p) B生产中，选择塔板型式时，塔板应满足如下要求（1）板效率高；（2）生产能力大，即允许的气液相负荷都较高，使尺寸较小的塔能完成较大的生产任务；（3）操作稳定，操作弹性好；（4）经济耐用，消耗钢材少；（5）便于操作和检修。0 a4 T. , d3 q0 o6 |24、什么是填料的当量高度?/ I* l6 K- r b- 答：填料的当量高度也叫填料的等板高度。相当于一层理论板分离程度所需的填料高度，亦可论述为与一层理论塔板的作用相当的填料高度。3 V1 Q. ! w+ e25、什么是填料的喷淋密度?+ uF5 Q. m* e* S I, p8 S2 S9 ?! l% 答：填料的喷淋密度也叫液体的质量速度。每小时每平方米塔的横截面所喷淋的液体千克质量数。* h. u; j9 ( j26、什么是填料层的持液量?0 J* C9 x7 6 ; Z! y答：填料层操作时，在填料空隙中及填料表面上所积存的液量称为持液量，其表示单位为（m3液体/m3塔容积）。持液量可分为两部分：: m/ ! M$ |) t* _% k（1）静持液量：当填料塔停止喷淋液体及停止排滴后塔内所积持的液量称为静持量。净持量只取决于填料的特性和液体的性质，而与液体喷淋量无关。7 z! D8 z 1 m& U6 k( W( r（2）动持量：当填料塔停止喷淋液体后排出来的液体量称为动持量。动持量除了与填料及液体特性有关外，还与液体的喷淋密度有关，但在载点以下时，与气速无关。静持量与动持量之和，即为总持液量。) w7 G( N& k! B! g27、什么是填料塔？有什么优、缺点？( D7 F8 n0 L3 b: X- U答：填料塔在塔内装有一定高度的填料，属于气液连续接触的传质设备。塔内的上升蒸汽沿着填料的孔隙由下而上的流动；塔顶留下的液体沿着填料表面自上而下的流动。气液两相间的物质与热的传递，是借助于在填料表面上形成较薄的液膜表面进行的。7 u8 e& 4 Y; b C& ! S% x填料塔突出的优点是：流体流动的阻力小，结构简单，钢材用量少，造价低，安装检修方便，填料便于用耐腐蚀的材料制成。& q0 Z6 - 5 + ?28、在使用填料时都有哪些要求？- x8 e; % U- x) i% J答：首先，由于填料和塔壁之间的缝隙较填料层中间的缝隙为大，故液体容易向塔壁流动而影响传质效果，通常称这为边壁效应。过去认为，填料直径越大，边壁效应越严重。一般填料塔要求塔径D与填料直径d之比大于10:1。对于高塔而言，则边壁效应更为严重，因此，常用分段填装或用液体再分布起来解决这一问题。一般情况下，填料装填的高度H与填料塔径之比为26是较为适宜。: S1 R ! k$ S( s+ g其次，对填料的排序也有要求。当D/d大于8时，填料最好采用整齐排放。当填料乱堆时，设备内应先加水，然后把填料放到水中，以免破碎造成堵塞，填料装完后，再把水放掉。) E% C. d6 e7 |5 WP5 z第三，当填料塔停车后，应检查填料的破损和污染情况，并决定清洗或更换。2 L8 o6 Y8 t3 R. * _% 32、精馏操作的影响因素有哪些?: K; U / W! A答：除了设备问题以外，精馏操作过程的影响因素主要有以下几个方面：塔的温度和压力（包括塔顶、塔釜和某些有特殊意义的塔板）；进料状态；进料量；进料组成；进料温度；塔内上升蒸汽速度和蒸发釜的加热量；回流量；塔顶冷剂量；塔顶采出量和塔底采出量。塔的操作就是按照塔顶和塔底产品的组成要求来对这几个影响因素进行调节。4 ; x$ x, s& t) % |33、精馏塔操作压力的变化对精馏操作有什么影响?- Y& U! I. r $ h答：塔的设计和操作都是基于一定的压力下进行的，因此一般的精馏塔总是先要保持压力的恒定。塔压波动对塔的操作将产生如下的影响。- M( O+ K, m; h5 w# e0 V/ O1 S（1） 响产品质量和物料平衡# _1 ?/ k2 _6 i, V9 h6 s i4 k改变操作压力，将使每块塔板上的气液相平衡的组成发生改变。压力升高，则气相中的重组份减少，相应的提高了气相中的轻组分的浓度；液相中的轻组分含量增加，同时也改变了气液相的重量比，使液相量增加，气相量减少。总的结果是：塔顶馏分中的轻组分浓度增加，但数量却相对减少；釜液中的轻组分浓度增加，釜液量增加。同理，压力降低，塔顶馏份的数量增加，轻组分浓度降低；釜液量减少，轻组分浓度减少。正常操作中应保持恒定的压力，但若操作不正常，引起塔顶产品中重组分浓度增加时，则可采用适当升高操作压力的办法，使产品质量合格，但此时液相中轻组分的损失增加。) n# 5 $ H N（2） 变组分间的相对挥发度3 O# A: |8 D0 N4 K: D压力增加，组分间的相对挥发度降低，分离效率下降，反之亦然。6 1 & x; R% o# H n. O（3）改变塔的生产能力T% h! _, I) b) Y5 N7 压力增加，组分的重度增大，塔的处理能力增大。7 9 d6 Y8 J/ ?（4）塔压的波动: f* B! t9 U1 k4 R7 a+ A9 h d0 j4 G这将引起温度和组成间对应关系的混乱。我们在操作中经常以温度作为衡量产品质量的间接标准，但这只有在塔压恒定的情况下才是正确的。当塔压改变时，混合物的露点、泡点发生改变，引起全塔的温度分布发生改变，温度和产品质量的对应关系也将发生改变。4 _ A4 O* f4 s! K5 p+ _2 u0 从以上分析来看，改变操作压力，将改变整个塔的工作状况，因此在正常操作中应维持恒定的压力，只有在塔的正常操作受到破坏时，才可以根据上述分析，在工艺指标允许的范围内，对塔的压力进行适当的调整。% C. ii: p4 Z/ n. e a应当指出，在精馏操作过程中，进料量、进料组成和进料温度的改变，塔釜加热蒸汽量的改变、回流量、回流温度、塔顶冷剂量的改变以及塔板的堵塞等，都有可能引起塔压的波动，此时我们应先分析塔压波动的原因，及时处理，使操作恢复正常。3 F1 g/ P6 e$ v, 9 34、进料状态对精馏操作有什么影响?- l+ v* A A4 / P/ o/ q f答：进料情况有五种（1）冷进料；（2）泡点进料；（3）气液混合进料；（4）饱和蒸汽进料；（5）过热蒸汽进料。为了便于分析，令2 ?5 k% e: z# X5 D7 b |: 2 L 每公斤分子进料液体变成饱和蒸所需热量9 Q: M6 w/ % x3 p7 t =# f! e6 R! r r+ A: M 每公斤分子进料的汽化潜热% j/ P% $ / z+ l1 c4 L: w从上式可以看出：冷进料时1，泡点进料时=1，气液混合进料时01，饱和蒸汽进料时=0，过热蒸汽进料时0。 ?9 q4 x2 g& P/ J当进料状况发生变化（回流比、塔顶馏出物的组成为规定值）时，值也将发生变化，这直接影响到提馏段回流量的改变，从而使提馏段操作线方程式改变，进料板的位置也随之改变，线位置的改变，将引起理论塔板数和精馏段、提馏段塔板数分配的改变。对于固定进料状况的某个塔来说，进料状况的改变，将会影响到产品质量及损失情况的改变。 , o8 Y6 K! X% T7 S9 t例如，某塔应为泡点进料，当改为冷液进料时，则精馏段塔板数过多，提馏段塔板数不足，结果是塔顶产品质量可能提高，而釜液中的轻组分的蒸出则不完全。若改为气液混合进料或者饱和蒸汽、过饱和蒸汽进料，则精馏段的塔板数不足，提馏段的塔板数过多，其结果是塔顶产品种重组分含量超过规定，釜液中轻组分含量比规定值低，同时增加了塔顶冷剂的消耗量，减少了塔釜的热剂消耗。$ h. f6 l+ ; k- W6 O生产中多用泡点进料，此时，精馏段、提馏段上升蒸气的流量相等，故塔径也一样，设计计算也比较方便。6 P: 2 s! F4 ( |1 Z3 k35、进料量的大小对精馏操作有什么影响?2 m8 Rp h/ S% r答：进料量的大小对精馏操作的影响可分为下述两种情况来讨论。3 p, X0 r0 B& 5 2 P: q（1）进料量变动范围不超过塔顶冷凝器和加热釜的负荷范围时，只要调节及时得当，对顶温和釜温不会有显著的影响，而只影响塔内上升蒸汽速度的变化。进料量增加，蒸汽上升的速度增加，一般对传质是有利的，在蒸汽上升速度接近液泛速度时，传质效果为最好。若进料量再增加，蒸汽上升速度超过液泛速度时，则严重的雾沫夹带会破坏塔的正常操作。进料量减少，蒸汽上升速度降低，对传质是不利的，蒸汽速度降低容易造成漏液，降低精馏效果。因此，低负荷操作时，可适当的增大回流比，提高塔内上升蒸汽的速度，以提高传质效果。应该说明，上述结论是以进料量发生变动时，塔顶冷剂量或釜温热剂量均能作相应的调整为前提的。A y; R) v$ K! D（2）进料的变动范围超出了塔顶冷凝器或加热釜的负荷范围，此时，不仅塔内上升蒸汽的速度改变而且塔顶温度、塔釜温度也会相应的改变，致使塔板上的气液相平衡组成改变，塔顶和塔釜馏分的组成改变。x) d* & i, $ Z例如，液相进料时，若进料量过大，则引起提馏段的回流也很快增加，在热剂不够的前提下，将引起提馏段温度降低，釜温中轻组分浓度增大，釜液的流量增大，这同时也会引起上升蒸汽中轻组分量增加，致使全塔温度下降，顶部馏出物中的轻组分纯度提高。 |7 1 L, s1 - Y当气液两相混合进料时，若进料量突然增加过快，将使精馏段内蒸汽量突然增加，同时使提馏段内回流液量也突然增加，在冷剂、热剂不够的前提下，前者是精馏段的温度上升，后者是提馏段的温度下降；前者引起塔顶馏分中重组份浓度增加，使产品质量不合格，后者引起塔釜馏份中轻组分的浓度增加，损失加大。4 F+ N # _# V2 : n! I当全部为气相进料，进料量突然增加过大时，首先应想到是精馏段内上升蒸汽的量突然增加，随之而来的是塔顶的气相馏出物量增加，回流比减小，塔顶温度上升，提馏段的温度上升。前者使塔顶产品中重组分含量增加，塔内回流液体中中组份含量也增加；后者使塔底产品中重组份的浓度增加。6 i- v% z0 t! O综上所述，不管进料状况如何，进料量过大的波动，将会破坏塔内正常的物料平衡和工艺条件，造成塔顶、塔釜产品质量不合格或者物料损失增加。因此，应尽量使进料量保持平衡，即使在需要调节时，也应该缓慢进行。& v; F$ v a9 36、进料组成的变化对精馏操作有什么影响?4 m4 ; ! d; s# x, u5 N答：进料组成的变化，直接影响精馏操作，当进料中重组分的浓度增加时，精馏段的负荷增加。对于固定了精馏段板数的塔来说，将造成重组份带到塔顶，使塔顶产品质量不合格。3 Z( T & 0 T, l若进料中的轻组分的浓度增加时，提馏段的负荷增加。对于固定了提馏段塔板数的塔来说，将造成提馏段的轻组分蒸出不完全，釜液中轻组分的损失加大。1 3 G# Z% u( P* o: n; X! U2 同时，进料组成的变化还将引起全塔物料平衡和工艺条件的变化。组份变轻，则塔顶馏分增加，釜液排出量减少。同时，全塔温度下降，塔压升高。组份变重，情况相反。* q0 O. z6 B D: e7 c进料组成变化时，可采取如下措施。) r( H6 F+ P2 G! i! SU（1）改进料口。组份变重时，进料口往下改；组份变轻时，进料口往上改。8 W6 # - W2 A; （2）改变回流比。组份变重时，加大回流比；组份变轻时，减少回流比。7 Z0 j2 R; 0 O0 k. G（3）调节冷剂和热剂量。根据组成变动的情况，相应地调节塔顶冷剂和塔釜热剂量，维持顶、釜的产品质量不变。( . i; Z% | S37、进料温度的变化对精馏操作有什么影响？) H1 5 f) d$ 1 n9 o答：进料温度的变化对精馏操作的影响是很大的。总的来讲，进料温度降低，将增加塔底蒸发釜的热负荷，减少塔顶冷凝器的冷负荷。进料温度升高，则增加塔顶冷凝器的冷负荷，减少塔底蒸发釜的热负荷。当进料温度的变化幅度过大时，通常会影响整个塔身的温度，从而改变气液平衡组成。例如：进料温度过低，塔釜加热蒸汽量没有富余的情况下，将会使塔底馏份中轻组份含量增加。进料温度的改变，意味着进料状态的改变，而后者的改变将影响精馏段、提馏段负荷的改变。因此，进料温度是影响精馏塔操作的重要因素之一。4 T, d% s, w5 + ! ?$ u! u38、塔内上升蒸汽的速度和蒸发釜加热量的波动对精馏操作有什么影响？) s% r t2 S4 A8 Z3 C8 答：塔内上升蒸汽的速度的大小，直接影响着传质效果。板式塔（例如泡罩塔）内上升蒸汽是通过泡罩的齿缝已鼓泡的形式与液体进行热量和质量交换的，一般的说，塔内最大的蒸汽上升的速度应比液泛的速度小一些。工艺上常选择最大允许速度为液泛速度的80%。速度过低会使塔板效率显著下降。7 K: W w( f3 r8 ?+ W7 z7 B) B( f影响塔内上升蒸汽速度的主要因素是蒸发釜的加热量。在釜温保持不变的情况下，加热量增加，塔内上升蒸汽的速度加大；加热量减少，塔内上升蒸汽的速度减小。) h, y8 ; V% N: b% U7 V# T应该注意，加热量的调节范围过大、过猛，有可能造成液泛或漏液。- l4 _7 e5 X/ F4 |6 _ L& B. q6 G39、回流比的大小对精馏操作有什么影响？# * M* g# E9 p7 G5 s; c答：操作中改变回流比的大小，以满足产品的质量要求是经常遇到的问题。当塔顶馏份重组份含量增加时，常采用加大回流的方法将重组份压下去，以使产品质量合格。当精馏段的轻组份下到提馏段造成塔下部温度降低时，可以用适当减少回流比的方法以使釜温度提起来。增加回流比，对从塔顶得到产品的精馏塔来说，可以提高产品质量，但是却要降低塔的生产能力，增加水、电、气的消耗。回流比过大，将会造成塔内物料的循环量过大，甚至能导致液泛，破坏塔的正常操作。3 5 m3 6 S4 F: $ B- a R9 Z40、塔顶冷剂量的大小对精馏操作有什么影响？: D2 # c) e/ , P5 D, fT答：对采用内回流操作的塔（例如冷凝蒸出塔），其冷剂量的大小，对精馏操作的影响是比较显著的；同时，也是影响回流量波动的主要因素。内回流塔的回流量是靠塔顶冷凝器的负荷来调节的。当冷剂量无相变时，冷凝器的负荷主要有冷剂量进入的多少来调节。如果操作中冷剂量减少，塔顶温度升高，从而流量减少，塔顶温度升高，塔顶产品中重组份的含量增加，纯度下降；如冷剂量增加，情况正相反。当冷剂有相变时，即液体冷剂蒸发吸热，在冷剂量充分的情况下，调节冷剂蒸发压力高低所带来的回流量变化，将更为灵敏。+ r/ u4 N Y2 |6 i, g对于外回流的塔，同样会由于冷剂量的波动，在不同程度上影响精馏塔的操作。例如，冷剂量的减少，将使冷凝器的作用变差，冷凝液量减少，而在塔顶产品的液相采出量作定值调节时，回流量势必减少。假如冷凝器还有过冷作用（即通常所说的冷凝冷却器）时，则冷剂量的减少，还会引起回流液温度的升高。这些都会使精馏塔的顶温升高，塔顶产品中重组份含量增多，质量下降。% k4 L3 5 h( V j41、塔顶采出量的大小对精馏操作有什么影响？% j, l; R% A1 9 k2 U答：精馏塔塔顶采出量的大小和该塔进料量的大小有着相互对应的关系，进料量增加，采出量应增大。* J2 s; Q& ?- V( |5 d$ w采出量只有随进料量变化时，才能保持塔内固定的回流比，维持塔的正常操作，否则将会破坏塔内的气液平衡。6 G* , L5 O, X8 D例如，当进料量不变时，若塔顶采出量增大，则回流比势必减少，引起各板上的回流液量减少，气液接触不好，传质效率下降；同时操作压力也下降，各板上的气液相组成发生变化。结果是重组份背带到塔顶，塔顶产品的质量不合格。8 p2 d- C) o$ B, G9 h, L; La- J在强制回流的操作中，如果进料量不变，塔顶采出量突然增大，则易造成回流液贮槽抽空。回流液一中断，顶温就升高，这同样也会影响塔顶产品的质量下降。; n- w. N; k* ( w# v+ W如果进料量加大，但塔顶采出量不变，其后果是回流比增大，塔内物料增多，上升蒸汽速度增大，塔顶与塔釜的压差增大，严重时会引起液泛。2 S u2 ?# + Z5 d7 Q8 F& 42、塔底采出量的大小对精馏操作有什么影响？) b) d$ _8 M& h# u8 j2 j答：塔釜保持稳定的液面，是维持釜温恒定的首要条件。塔釜液面的变化，又主要决定于塔底采出量的大小。! J n1 _6 r+ u, D9 J当塔底采出量过大时，会造成塔釜液面降低或抽空。这将是通过蒸发釜的釜液循环量减少，从而导致传热不好，轻组分蒸不出去，塔顶、塔釜的产品均不合格。如果是利用列管式蒸发釜，由于循环液量太大，使釜液经过上半部列管时形成过热蒸汽，表现为挥发管的气体温度较高，而釜温却较低。如果塔底采出量过小，将会造成塔釜液面过高，增加了釜液循环阻力，同样造成传热不好，釜温下降。4 ) a! p; 2 B9 J另外，维持一定的釜液面还起着液封的作