第三章 精 馏(分离工程,叶庆国)
五、任现职以来业绩综述
五、任现职以来业绩综述一、教学方面：1.教学：本人担任讲师工作28年，一直在教学一线讲授公共基础课程，先后在烟台大学讲授4门本科理论课，一门研究生学位课。
主要包括：本科公共基础必修课“化工原理”，专业必修课“化工热力学”，专业限选课“化工分离技术”；专业选修课“化工过程分析与合成”，研究生学位课“高等化工分离”，另指导本科“化工原理实验”，“化学工程专业实验”。
“化工课程设计”，各类实习、毕业论文等。
2.参编教材：与青岛科技大学、山东师范大学等院校合编本科教材“分离工程”，2009年2月由化学工业出版社出版，本人编写七章中的两章，该书2011年3月获“2010年中国石油和化学出版物（教材奖）一等奖”，2012年获青岛科技大学校级优秀教村一等奖。
3.2011年11月参加山东省教育厅教学项目“山东省高等学校省级精品课程”,6万元，4/8.二、科研方面：1.项目：主持横向课题两项，累计到款经费115万；参加纵向课题两项，累计金额70万，横向课题四项，累计到款金额75万。
（1）主持洛阳炼化宏达实业有限责任公司“12万吨/年碳四分离技术”，65万元，课题号HY13H030，１/6;（2）主持泰州东联化工有限公司“8万吨/年甲乙酮装置碳四分离工艺技术” 50万，课题号HY12H024，１/6;（3）参加国家级项目，科技部“二甲醚氧氯化法制取氯乙烯新工艺开发”45万，课题号HY08H31,3/5;（4）参加省级项目，山东省科技厅“干熄焦联产甲醇合成气技术开发”25万，课题号HY12K24, 3/9。
另有作为第二位和主要参加人员的横向课题“棕榈油合成氯化石蜡”等企业项目共计四项，累计到费金额75万无。
2.论文：任取期间共发表论文17篇，其中第一位6篇（核心期刊2篇），第二位7篇（核心期刊1篇），第三位4篇（核心期刊4篇）。
3.获奖:（1）“有关皮革组织学系列研究“2005年获山东省教育厅山东高等学校优秀科研成果奖，自然科学类叁等奖（第三位）（2）“葡萄酒泥中甘露糖蛋白提取及应用研究“2009年获烟台市科学技术进步奖三等奖（第四位）4.专利：（1）专利号ZL 201410362383，4/6；（2）专利号ZL201110343178，4/6；（3）专利号：ZL201110343103.4，4/6；（4）专利号ZL03145171.3，4/4；（5）专利号201610141729X，3/6。
焦油蒸馏课程设计说明书 (修复的)
年处理12万吨煤焦油加工工艺初步设计姓名：姚文智专业：化学工程与工艺班级：工艺0803班学号：2008002196１绪论 (2)第一章设计任务书 (3)第二章焦油加工主要设备 (3)第三章设计计算 (4)3.1 设计方案的确定 (4)3.2 贮槽体积的计算 (4)3.3 脱盐用碳酸钠溶液量 (4)第四章管式加热炉的计算 (5)4.1 管式加热炉物料衡算 (5)4.2 一次蒸发温度 (6)4.3 有效耗热量 (6)4.3.1 焦油的第一段加热 (7)4.3.2 焦油的第二段加热 (7)4.3.3 有效热负荷 (8)第五章一段蒸发器的计算及设计 (8)5.1 物料衡算 (8)5.2 塔径计算 (9)第六章二段蒸发器的计算及设计 (9)6.1 物料衡算 (9)6.2 塔径计算 (10)第七章精馏塔计算 (11)7.1 蒽油塔的计算 (11)7.1.1 物料衡算 (11)7.1.2 平均摩尔质量 (11)7.1.3 摩尔流率 (12)7.1.4 关键组分计算 (12)7.1.5 相对挥发度的计算 (12)7.1.6 塔板数的计算 (14)7.1.7 进料位置的计算 (14)7.1.8 塔径和塔高的计算 (14)7.2 馏分塔的计算 (16)7.2.1 物料衡算 (16)7.2.2 塔板数的计算 (17)7.2.2.1 下段的计算 (18)7.2.2.2 中段的计算 (20)7.2.2.3 上端的计算 (21)7.2.2.4 总塔板数的计算 (22)7.2.3 馏分塔塔径计算 (22)7.2.4 馏分塔高度计算 (23)7.3 进出口管径的计算 (23)参考文献 (25)２煤焦油是重要的焦化产品，含有多种宝贵的化工原料，是芳烃、多环芳烃和杂环化合物的重要来源，其中有些产品不可能或不可能经济地从石油化工原料中获得，如工业上使用的咔唑和喹啉几乎全部出自煤焦油，蒽、苊、芘世界总需求量的90%以上也是由煤焦油工业来提供的,另外煤焦油沥青还是冶金用电极是重要原料。
精馏 化工分离工程课件(邓修,吴俊生版)
精馏化工分离工程课件（邓修，吴俊生版）
精馏是一种常见的化工分离技术，其原理基于不同物质在不同温度下的饱和蒸气压不同。
在精馏过程中，混合物经过加热后蒸发，然后重新冷却，不同成分的液体在冷却过程中重新凝结，从而实现分离纯化的目的。
精馏的基本原理：
在混合物中，每种成分都有自己的蒸气压，其大小会随温度的变化而不同。
在混合物中，如果某种成分的蒸气压高于其他成分，那么加热后这种成分会先汽化，沿着塔的上部上升。
在上升的过程中，气体会逐渐冷却，有些部分会重新凝结为液体，从而实现在塔内不同层次上的分离。
精馏的过程：
精馏通常分为两个部分：蒸馏和返馏。
蒸馏：将混合物加热，产生蒸气，蒸气随着温度的升高上升至精馏塔顶部，顶部常常设置冷却管，蒸气在冷却管中冷却后变成液体，稳定成分会从顶部出口流出。
返馏：在精馏塔中，每个塔层下部都设置了平衡管，平衡管上的液体可以通过塔内回流管返回至塔顶部。
回流液通过与蒸发液混合，并在塔内再次分离，从而实现更彻底的分离。
精馏在工业上的应用非常广泛，特别是在石油、化工、药品和精细化工等领域。
以下列举几种典型的应用：
石油精制：通过石油精馏，可以分离不同石油馏分，如汽油、柴油、燃料油等。
化工产品生产：如工业醇、苯、甲醇、二甲醚等，产量大，生产成本低。
药品生产：大量药品的制备过程中需要进行精馏纯化，例如乙醇、甲醇和其他有机溶剂。
精细化工：通过精馏技术，可以制造高品质化工产品，如纯度高的气氛氧化钯。
分离工程 叶庆国 - 副本
< 1 T < TB 进料为过冷液体， = 1 T TD 进料处于露点， 1
Zi ki
> 1 T < TD 可能为汽液两相区， <1
< 1 T > TD 进料为过热蒸汽 计算时，所指定的温度应在泡露点温度之间，这样才会出现汽液两相，否则只会是单相不必进行等温闪蒸 的计算。只有 (Z i ki ) > 1 和 ki Z i < 1 时，混合物始处于汽液两相区（0< <1），需要进行等温闪蒸的 计算。
(1) 什么叫露点，精馏塔顶温度如何处理？
露点温度（压力）是在恒压（温）下冷却气体混合物，当气体混合物开始冷凝出现第一个液滴时的温度
（压力），简称露点。精馏塔塔顶温度即为对应塔顶汽相组成的露点。
(2) 怎样判断混合物在 T，P 下的相态，若为两相区其组成怎样计算？
对进料作如下检验。
kiZi
= 1 T TB 进料处于泡点， 0 > 1 T > TB 可能为汽液两相区， >0
xi , yi 并根据 P2 , T2 查出 H iV , H iL ，求出 HV , H L ，
v1*
H1 HV
HL HL
b、作 T2 v* 等焓平衡线，交点即为 t2 ，v，由此求出
V , L, xi , yi ② 手算或计算机计算
思路： P1,T1 H1 设T2 k 2 N R迭代 v xi , yi HV ,HL H 2 H 2 H1 0 y 结束
算法迭代变量的排列原则，最好是使内层循环中迭代变量的收敛值将是下次内层循环运算的最佳初值，因
此的宽沸程闪蒸，由于 v 对 T 的取值不敏感，所以 v 作为内层迭代变量较为合理。
(4) 简述绝热闪蒸计算的计算方法。
分离工程试题库,叶庆国
化学工程与工艺教学改革系列参考书分离工程试题库叶庆国钟立梅主编化工学院化学工程教研室前言化学工程与工艺专业所在的化学工程与技术一级学科属于山东省“重中之重”学科，一直处于山东省领先地位，而分离工程是该专业二门重要的必修专业课程之一。
该课程利用物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等基础基础知识中有关相平衡热力学、动力学、分子及共聚集状态的微观机理，传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系分离和提纯技术。
传统的教学方法的突出的弊端就是手工计算工程量大，而且结果不准确。
同时由于现代化化学工业日趋集成化、自动化、连续化，学生能学到的东西越来越少。
所以，传统的教学模式不能满足现代化工业生产对高水平工业工程师的需求，开展分离工程课程教学方法与教学手段课题的研究与实践，对我们的学生能否承担起现代化学工业的重任，与该课程的教学质量关系重大，因此对该门课程进行教学改革具有深远意义。
分离工程课程的改革主要包括多媒体辅助教学课件的开发、分离工程例题与习题集、分离工程试题库的编写等工作。
目前全国各高校化学工程与工艺专业使用的教材一般均为由化学工程与工艺专业委员会组织编写的化工分离过程(陈洪钫主编，化学工业出版社)，其他类似的教材已出版了十余部。
这些教材有些还未配习题，即便有习题，也无参考答案，而至今没有一本与该课程相关的试题库的出版，因此编写这样一本学习参考书，既能发挥我校优势，又符合形势需要，填补参考书空白，具有良好的应用前景。
分离工程试题库与课程内容紧密结合，贯穿目前已出版的相关教材，包括填空、选择、名词解释、问答和计算题多种题型，有解题过程和答案，为学生的课堂以及课后学习提供有力指导。
编者2006年3月目录前言.................................................. 目录. (I)第一部分填空题 0第二部分选择题 (5)第三部分名词解释 (11)第四部分问答题 (13)第五部分计算题 (16)参考答案 (43)第一部分 填空题1. 分离作用是由于加入（ ）而引起的，因为分离过程是（ ）的逆过程。
04级分离工程试卷A
2006/2007二 化工分离工程A化工学院 化工04级1~8班, 化工06A~B 班（答案写在答题纸上，写在试题纸上无效）一、简答题（30分）1、 说明分离过程的特征和与分离工程的区别？2、简述逐板计算时什么情况下的计算起点从塔釜到塔顶和计算结束的选择原则。
3、说明固定床吸附分离的机理？4、组分的吸收因子是怎样定义的，推导i 衡方程。
5、图中A 塔的操作压力为3MPa ，塔底产品经节流阀后很快进入B 塔。
B 塔的操作压力为1.0 MPa 1） 液体经节流后会发生哪些变化？2）如果B 塔的操作压力为0.5 MPa 时，1.0 MPa 下的情况不同？6、萃取精馏的原理是什么？说明影响萃取剂选择性的因素有哪些。
二、论述题（30分）1、说明采用严格计算分离过程的三对角矩阵法和流量加和法各采用何种方法计算每块塔板的温度，为什么？ 给出MESH 方程。
2、恒沸精馏的基本原理，怎样用三角相图来求解恒沸剂的用量。
说明沸点相近和相对挥发度相近是否为同一概念。
3、说明确定多组分分离顺序的经验法所包含的主要规则。
用普通精馏将3C 、4i C -、4C 和3C +组成混合物（其相对挥发性按排列顺序递减）分离成四个产品，给出可能分离的顺序方案。
三、计算题（40分）1、已知某乙烷塔，塔操作压力为2.9MPa ，塔顶采用全凝器，并经分析得塔顶产品组成（摩尔求塔顶温度。
（10分）2、丙烯精馏塔分离如下混合物：课程考试试题学期 学年 拟题学院（系）: 适用 专 业:组分 丙烯（1） 丙烷（2） 异丁烷（3）%（mol ） 78.11 21.05 0.84假设此混合物以饱和液态加入塔中，要求塔顶产品精丙烯中丙烯浓度%5.99≥（摩尔），塔底产品丙烷中丙烯浓度%5≤。
塔压约 1.7MPa,相对挥发度1218.112=α、0000.122=α、5418.032=α。
试分别用清晰分割与非清晰分割方法估算馏出液流量及各组分在两产品中的组成。
第四章-气体吸收-分离工程-叶庆国主编PPT课件
m M
n N
a A
b B
，其值在理想溶液时为1，
则有
K
Ka K
cMm cNn cAa cBb
同时服从相平衡关系 pA HAcA
1
联立上述两式有
pA
H
.
A
cMm cNn KcBb
a
11
因为液相中单纯溶解的A的浓度必然高于 有化学反应后溶液中A的浓度，所以伴有 化学反应的平衡分压必定低于物理溶解 时的平衡分压，即溶解度变大。
对于易溶气体，亨利定律仅适用于 较低浓度范围；
在较高浓度时，其溶解度的值将比 亨利定律计算值低些。
.
8
4.1.2 伴有化学反应的吸收相平衡
当溶质在溶剂中发生解离、缔合或化 学反应时，亨利定律不再适用。
气体溶解于液相时，若与溶液中某些 组分发生化学反应，则该气体溶质的 气液平衡关系既服从相平衡关系，又 服从化学平衡关系。
VVm,2(pp10) RT
.
6
4.1.1 物理吸收的相平衡
对于理想溶液，V
V m ,2
0
V
f 2 H 2 x2
在低压下，用平衡分压p2代替，变成亨
利定律的表达形式 p2 H2'x2
若以浓度c2代替x2，则有 p2 H2c2
.
7
亨利定律仅适用于理想溶液；
对于难溶气体，亨利定律有足够的 正确性；
.
12
.
9
4.1.2 伴有化学反应的吸收相平衡
假设溶质A与溶剂中的B发生反应，其平
衡表示为 aA
HA aAbB Ka mM nN
则其化学反应的平衡常数为
KaaaM m A aaaB bN n ccM m A accB bN n
分离工程精品课程的建设与实践
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｓｒ ｃ ：Ｄｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｐ ｏ ｅ ｓ ｏ ｘ ｅｌ ｎ ｏ ｒ ｅ ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎ ａ ｄ ｐ ａ ｔｃ ｎ ｓ ｐ ｒ ｔ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ｉｇ，ａ ｒｎ ｈ ｒ ｃ ｓ ｆｅ ｃ ｌ ｔ ｃ ｕ ｓ ｏ ｓ ｒ ｃ ｉ ｎ ｒ ｃ ｉｅ ｉ ｅ ａ ａ ｉ ｎ ｉ ｅ ｒｎ ｅ ｏ ｏ
为进一步提高教育人才培养质量和深化教学 改革 ， 教育部制定 了《 ０ ３—２ ０ 年教育振兴行 ２０ ０７ 动计划》其 中重要的组成部分是“ ， 教学质量与教
学 改革工 程 ” 。精 品 课 程建 设 是 “ 量 工程 ” 质 的核 心 内容 。１ ［］ － ３ 分离 工程课 程 是化 学工 程与 工艺 及相 近化 工 类专业 教 学 中一 门 专业 基 础 课 程 ， 建 立 在 物 理 是 化学 、 工 原 理 、 工 热 力 学 、 递课 程 原 理 等技 化 化 传
处理工程实际问题 的能力 ； 培养学生科学的思想 方法 ， 注重实际的求实态度。几年来 ， 分离工程课 题组不断对专业 培养方案 、 课程 的知识点和能力 点进行全面研究分析， 在教学内容 、 教学方法 、 教 学手段、 教材建设和实践教学体系等方面进行 了不 断的探索与实践 。现将我们的心得体会介绍如下。
岗位群 。 分 离 工程课 程 建 设 的教 学 理 念 是 ： 视 基 础 重 理论 ， 化 工 程 理念 ， 强 兼顾 前 沿 发 展 ， 着重 提 高 学 生分 析 问题 与解决 问题 的能 力 。课程 内容注重 基 础性 与 先进性 、 典 与现代 等方 面 的衔 接 ； 知识 经 融
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3.1 多组分精馏
3.1.1 多组分精馏过程分析
3.1.2 多组分精馏的简捷（群法）计算法
精馏：distillation
精馏是多组分分离中最常见的单元操作，它
是利用组分挥发度差异，借助“回流”技术 实现混合液高纯度分离的多级分离操作，即 同时进行多次部分气化和部分冷凝的过程。 实现精馏操作的主体设备是精馏塔。
Nm
L K , D H K ,W lg (1 L K , D )(1 H K , w )
lg L K H K
Fenske公式计算Nm注意事项
• Fenske公式适用于双组份精馏，也适用于多 组分精馏（可以用一对关键组分来求，也可 用任意两组份来求）。 Nm与进料状态、组成的表示方式无关
i ,n i ,n i ,n
Fenske公式计算Nm
对于任意组分
塔顶为全凝器：x i , D 第一个平衡级 平衡关系：y i ,1 K i ,1 x i ,1 操作关系：x i ,1 y i , 2 联立两式：y i ,1
K i ,1 y i , 2
y i ,l
精馏塔的任务：
LK尽量多的进入塔顶馏出 液； HK尽量多的进入塔釜釜液。
关键组分的指定原则
由工艺要求决定
例：ABCD（按挥发度依次减少排列）混合物分离 ◆工艺要求按AB与CD分开： 则：B为LK；C为HK ◆工艺要求先分出A： 则：A为LK；B为HK
分配与非分配组分
根据组分是否在精馏塔的两端都出现，可分为分配 组分(distributing component)和非分配组分 (nondistribution component)。 分配组分：塔顶、塔底同时出现 非分配组分：只在塔顶活塔底出现的组分
多组分精馏物系组成
轻非关键组分（LNK），轻组分 轻关键组分（LK） 中间组分 重关键组分（HK） 重非关键组分（HNK），重组分
轻关键组分和重关键组分
挥发度大的组分，称轻关键组分，LK
( LK绝大多数在塔顶出现，在釜中量严格控制)
挥发度小的组分，称重关键组分，HK
( HK绝大多数在塔釜出现，在顶中量严格控制)
x i , D x J ,W x j , D x j ,W
a N a N 1 … a 2 a 1
Fenske公式计算Nm
则： x i , D x J ,W
xi , w x j , D
a ij , k
a ij
N
a ij , k
x i , D x j ,W xi, w x j , D
x x lg L K , D H K ,W ( x L K , w )( x H K , D )
lg
Nm
x LK x LK x HK D x HK
W
lg L K H K
lg L K H K
Nm
lg d d w LK w HK lg L K H K
a ij
Nm
Fenske公式计算Nm
故：
Nm
lg
x i,D x
j ,w
x
i,w
x
D
j,D
lg ij
lg
x i xj x i x j D
W
lg ij
Fenske公式计算Nm
Fenske公式的几种表示形式：
对于第N个平衡级有：
y i ,1 K i ,1 K i , 2 … K i , N - 1 K i , N x i , N
另一组分j应有：y j ,1 K
j ,1
K
j ,2
… K j,N-1 K j,N x j , N
y i ,1 y j ,1
K i , N K i , N 1 K
特殊精馏
由于混合物各组分的物理性质的特殊性需加 入各种分离剂才可能完成规定的分离要求及 提高分离效率。特殊精馏有： 恒沸精馏 萃取精馏 溶盐精馏
3.1.1 多组分精馏过程分析
3.1.1.1 关键组分：由设计者指定浓度或提出 分离要求的两个组分称为关键组分（key component），一旦这两个组份的组成一定， 其他组分的组成也相应定下来。 （1）轻、重关键组分 （2）分配与非配组分 （3）清晰分割与非清晰分割
Fenske公式计算Nm
第二个平衡级：
平 衡 关 系 ： y i ,2 K i ,2 xi,2 操 作 关 系 ： x i , 2 y i ,3 联 立 得 ： y i , 2 K i ,1 y i ,3
则 ： y i ,1 K i ,1 K i , 2 x i , 2
Fenske公式计算Nm
Nm
Rm 当R 当N R ∞时，N=Nm ∞时，R=Rm
只有当D=0时，R= ∞,
即全回流时。
Fenske公式计算Nm
R-线方程： ni y
y S-线方程： mi
R R 1
L qF
x n 1i
x m 1 i
1 R 1
W
x Di
x Wi
L qF W
L qF W
j,N
…
K i , 2 K i ,1 x i , N K
j ,2
K
j , N 1
K
j ,1
x j,N
Fenske公式计算Nm
令相对挥发度： 对于全凝器，
a ij
Ki K
j
x D y1
x i ,W x j ,W
x N xW
xi ,D x j,D
a N a N 1 … a 2 a 1
R= ∞时，F=W=D=0时，代入。
Fenske公式计算Nm
全回流时，平衡级的序号从上往下排列 L n V n 1
y i , n 1
L 组分i的物料衡算： n x i , n V n 1 x i , n 1
全回流的操作线方程：x i , n
即不论精馏段还是提馏段，对于任意一级来自 下面塔级的上升蒸汽和该级溢流下去的液体组 成相同。相平衡关系： K x K为相平衡常数 y
（关键组分必是分配组分，非关键组分不一定是非分配组分）
芬斯克(Fenske)法计算最少平衡级数
芬斯克公式基于全回流时平衡级最少，交替
使用操作线方程和相平衡方程推倒出来。
全回流时，回流比R无穷大，此时所需平衡
级数最少。
Fenske公式计算Nm
N Fenske公式计算Nm的出发点
R=L/D,