第五章 气体的分离分解
第5章气体动理论作业答案
9. 一定量某种理想气体，温度为T1与T2时分子最
可几速率分别为VP1和VP2，分子速率分布函数最
大值分别为f(VP1)和f(VP2) 若T1＞T2,则
A. VP1＞VP2，f(VP1)＞f(VP2)
f ( ) T2
B. VP1＞VP2，f(VP1)＜f(VP2)
T1
C. VP1＜VP2，f(VP1)＞f(VP2)
3.27×104 K。
10．在大气中，随着高度的增加，氮气分子数密度与 氧气分子数密度的比值 增加 。（填增加或减少）
三、计算题
1．设某系统由 N 个粒子组成，粒子速率分布 如图所示．求
（1）分布函数 f ( ) 表达式；
（2）常数
a
以
0
表示式；
（3）速率0~ 0之间、1.50 ~ 20 之间的粒子数；
1 3
N
1．设某系统由 N 个粒子组成，粒子速率分布 如图所示．求
（4）速率在0~
0
之间粒子的平均速率。
0
0
dN
0 dN 0
0 0
Nf
(
)d
0 0
Nf
(
)d
0 0
a
N 0
d
0 0
a
N
d
2
30
0
2．某气体的温度T＝273K，压强P=1.00×103Pa 密度ρ＝1.24×10-2kg•m-3。 (1) 求气体的摩尔质量； (2) 求气体分子的方均根速率； (3) 容器单位体积内分子的总平动动能。
（4）速率在0~
0
之间粒子的平均速率。
解（1）由速率分布图可知，在 0 0
Nf k
0, Nf a
a k
气体分离原理
气体分离原理气体分离是指将混合气体中的不同成分分离出来的过程，其原理主要基于气体分子的大小、形状、极性以及相互作用力的差异。
气体分离技术在工业生产、环保治理以及能源开发利用等领域具有重要的应用价值。
首先，常见的气体分离方法包括膜分离、吸附分离、凝聚分离和化学反应分离等。
其中，膜分离是利用半透膜对不同气体分子的大小和极性进行选择性分离的技术。
通过膜的孔径和表面性质的调控，可以实现对气体分子的精确分离。
吸附分离则是利用吸附剂对气体分子的亲和力进行分离，通过调节吸附剂的种类和性质，可以实现对不同气体成分的有效分离。
凝聚分离是利用气体的凝聚点差异进行分离，通过控制温度和压力等条件，将混合气体中的不同成分分别凝聚出来。
化学反应分离则是利用气体分子间的化学反应特性进行选择性分离，通过调节反应条件和催化剂的选择，可以实现对目标气体的高效分离。
其次，气体分离技术在工业生产中具有广泛的应用。
例如，在石油化工行业，气体分离技术被广泛应用于天然气净化、烃类分离、气体液化等工艺中。
在环保治理领域，气体分离技术可用于废气处理、二氧化碳捕集和利用等方面。
在能源开发利用方面，气体分离技术可以提高天然气、合成气、氢气等能源的纯度和利用效率，推动清洁能源的发展和利用。
最后，随着科技的不断进步和创新，气体分离技术也在不断发展和完善。
新型膜材料的研发、吸附剂的改良、凝聚分离工艺的优化以及新型催化剂的设计，都为气体分离技术的提升和应用拓展提供了新的机遇和挑战。
未来，随着气体分离技术的不断创新和应用，将为人类社会的可持续发展和环境保护作出更大的贡献。
综上所述，气体分离原理是基于气体分子的差异特性进行选择性分离的技术，其在工业生产、环保治理和能源开发利用等领域具有重要的应用价值。
随着科技的不断进步和创新，气体分离技术也在不断发展和完善，为人类社会的可持续发展和环境保护作出贡献。
化工原理第五章
第一节 概 述
二、 蒸发操作的分类
（1）按操作的压力分类，可分为常压、加压或减压 （即真空）蒸发。常压操作时，一般采用敞口设备，二次 蒸发直接排到大气中，所用的设备和工艺条件都较为简单。 采用加压蒸发主要是为了提高二次蒸气的温度，以提高传 热的利用率。同时，可使溶液黏度降低，改善传热效果。 另外，某些蒸发过程需要与前、后生产过程的外部压强相 匹配，如丙烷萃取脱沥青需要在2.8~3.9 MPa下进行，宜 采用加压蒸发。工业上应用较多的是真空蒸发，在冷凝器 后连有真空泵，在负压下将被冷凝的水排出。
第一节 概 述
图5-1 1.加热室 2.分离室 3.混合冷凝室 4.分离器
第二节 单效蒸发及其计算
一、 溶液的沸点和温度差损失
前已述及蒸发是间壁两侧均有相变的恒温传热过程，其
传热的平均温度差Δt为加热蒸气的温度T与溶液的沸点t之间的
差值，即
Δt=T-t
(5-1)
Δt称为有效温度差，二次蒸气的温度T′往往小于溶液的
温度差损失）， ℃；
Δ′——操作压强下由于溶液蒸气压下降而引起的沸点升高， ℃；
F——校正系数，无因次，其经验计算式为
式中 T′——操作压强下二次蒸气的温度， ℃； r′——操作压力下水的汽化热，kJ/kg。
第二节 单效蒸发及其计算
2. 按杜林规则计算
杜林规则说明溶液的沸点和同压强下标准溶液沸点间呈线性关 系。由于容易获得纯水在各种压强下的沸点，故一般选用纯水作为 标准溶液。只要知道溶液和水在两个不同压强下的沸点，以溶液沸 点为纵坐标，以水的沸点为横坐标，在直角坐标图上标绘相对应的 沸点值即可得到一条直线（称为杜林直线）。由此直线就可求得该 溶液在其他压强下的沸点。图5-2是由试验测定的不同组成的 NaOH水溶液的沸点与对应压力下纯水沸点的关系线图，已知任意 压力下水的沸点，可由图查出不同浓度下NaOH的沸点。
高中化学必修二第五章《化工生产中的重要非金属元素》经典测试题(2)
一、选择题1．某小组同学进行铜与浓硫酸反应时，发现有黑色物质产生。
该小组同学猜测，黑色物质中可能含有CuO、Cu2S和CuS。
针对产生的黑色物质，该小组同学继续进行实验探究，获得数据如下表所示。
硫酸浓度/(mol·L -1)黑色物质出现的温度/℃黑色物质消失的温度/℃15约150约23616约140约25018约120不消失下列推测不合理的是A．硫酸浓度越大，黑色物质越易出现、越难消失B．黑色物质消失过程中伴随大量H2S生成C．硫酸浓度为16 mol·L-1时，若先升温至250℃以上，再将铜丝与浓硫酸接触，可以避免黑色物质产生D．若取黑色物质洗涤、干燥后，加稀硫酸，固体质量不变，说明黑色物质中不含CuO 2．下列离子在指定溶液中能大量共存的是A．1.0 mol·L-1的KNO3溶液：H+、Fe2+、Cl-、SO24-B．1.0 mol·L-1的FeCl2溶液：NO3-、Na+、K+、ClO-C．使酚酞变红的溶液中：Na+、Cl-、SO24-、Fe3+D．酸性溶液中：NO3-、SO24-、Fe3+、Mg2+3．用下列装置进行相应实验，能达到实验目的的是A B C D验证浓H2SO4的脱水性、强氧化性制备少量O2，其优点是能随时控制反应的发生和停止证明非金属性强弱：N＞C＞Si配制100 mL一定物质的量浓度的硫酸溶液A ．AB ．BC ．CD ．D4．无色的混合气体甲，可能含NO 、CO 2、NO 2、NH 3、O 2、N 2中的几种，将100mL 甲气体经过如图实验的处理，结果得到酸性溶液，而几乎无气体剩余，则甲气体的组成为A ．NH 3、NO 、O 2B ．NH 3、NO 、CO 2C ．NH 3、NO 2、CO 2D ．NO 、CO 2、N 25．下列叙述Ⅰ和叙述Ⅱ均正确并有因果关系的是 选项 叙述Ⅰ叙述Ⅱ A常温下，碳可与浓硝酸剧烈反应 浓硝酸具有强氧化性 BSiO 2可与氢氟酸反应，又可与氢氧化钠溶液反应 SiO 2是两性氧化物 C新制的氯水使蓝色石蕊试纸变白 氯水具有漂白性 DSO 2可使滴加酚酞的NaOH 溶液褪色 SO 2具有漂白性 6．下列各组物质，不满足组内任意两种物质在一定条件下均能发生反应的是（ ）甲 乙 丙 A ()()32Fe NO aq ()32NH H O aq ⋅()3HNO aq B NaOH(aq) ()3NaHCO aq()24H SO aq C ()2SiO sC(s) ()2H O g D ()2Cl g ()3FeBr aqNaI(aq) A ．A B ．B C ．C D ．D7．对于某些离子的检验及结论一定正确的是 A ．加入稀盐酸产生无色气体，将气体通入澄清石灰水中，溶液变浑浊，一定有CO 23-B ．加入氯化钡溶液有白色沉淀产生，再加盐酸，沉淀不消失，一定有SO 24-C ．用铂丝蘸取少量某溶液进行焰色反应，火焰呈黄色，该溶液一定是钠盐溶液D ．加入氢氧化钠溶液并加热，产生的气体能使湿润红色石蕊试纸变蓝，一定有NH 4+8．依据下图中氮元素及其化合物的转化关系，判断下列说法中不正确的是A．X是N2O5B．用排空气法收集NOC．工业上以NH3、空气、水为原料生产硝酸D．从原理上看，NH3可与NO2反应实现NH3→N2的转化9．研究发现，空气中少量的NO2能作为催化剂参与硫酸型酸雨的形成，NO2在上述过程中的作用，与H2SO4在下述变化中的作用相似的是A．潮湿的氯气通过盛有浓H2SO4的洗气瓶B．硫化氢通入浓H2SO4中C．浓H2SO4滴入蔗糖晶体中D．加入少量的H2SO4使乙酸乙酯水解10．甲、乙、丙、丁四种易溶于水的物质，分别由NH4+、Ba2+、Mg2+、H+、OH-、Cl-、CO23-、SO24-中的不同阳离子和阴离子各一种组成，已知：①将甲溶液分别与其他三种物质的溶液混合，均有白色沉淀生成；②0.1 mol·L-1乙溶液中c(H+)＞0.1mol·L-1；③向丙溶液中滴入AgNO3溶液有不溶于稀HNO3的白色沉淀生成。
高中化学必修二第五章《化工生产中的重要非金属元素》经典题(3)
一、选择题1．下列有关NH 3两个实验说法中正确的是A ．两个实验均表现了NH 3易溶于水B ．两个实验均表现了NH 3易挥发C ．两个实验均表现了NH 3是碱性气体D ．两个实验均表现了NH 3是还原性气体2．下列做法会对人体健康造成较大危害的是 A ．用食醋清洗热水瓶胆内壁附着的水垢(CaCO 3)B ．用小苏打(NaHCO 3)焙制糕点C ．用大量SO 2漂白银耳D ．用消毒液(有效成分NaClO)对餐具进行杀菌消毒3．探究铜和浓硫酸的反应，下列装置或操作错误的是甲 乙 丙 丁 A ．上下移动装置甲中的铜丝体现绿色化学的思想B ．装置乙可用于收集SO 2气体C ．将试管中的液体倒入装置丙中稀释，观察颜色可确定CuSO 4的生成D ．利用装置丁将硫酸铜溶液加热浓缩、冷却结晶，可析出42CuSO 5H O ⋅4．下列离子在指定溶液中能大量共存的是A ．1.0 mol·L -1的KNO 3溶液：H +、Fe 2+、Cl -、SO 24- B ．1.0 mol·L -1的FeCl 2溶液：NO 3-、Na +、K +、ClO - C ．使酚酞变红的溶液中：Na +、Cl -、SO 24-、Fe 3+D ．酸性溶液中：NO 3-、SO 24-、Fe 3+、Mg 2+5．今有一混合物的水溶液，只可能含有以下离子中的若干种：K +、4NH +、Cl -、Mg 2+、Ba 2+、23CO -、24SO -，现取三份100mL 溶液进行如下实验：(1)第一份加入AgNO 3溶液有沉淀产生(2)第二份加足量NaOH溶液加热后，收集到气体0.04mol(3)第三份加足量BaCl2溶液后，得干燥沉淀6.27g，经足量盐酸洗涤、干燥后，沉淀质量为2.33g。
根据上述实验，以下推测正确的是A．K+不一定存在B．Cl-可能存在CO-C．100mL溶液中含0.01mol23D．Ba2+一定不存在，Mg2+可能存在6．下列对于某些离子的检验正确的是COA．某溶液中加入盐酸产生CO2气体，则原溶液中一定含2-3SOB．某溶液中依次加入BaCl2和盐酸溶液，产生白色沉淀，则原溶液中一定含2-4C．某溶液中加入Na2CO3溶液后产生白色沉淀，原溶液中一定含Ca2+D．某溶液中加入NaOH溶液后产生蓝色沉淀，原溶液中一定含Cu2+7．下列说法正确的是A．金属钠着火可以用沙子或是CCl4灭火NH+：取试样少许于试管中，加入足量NaOH溶液加热，用湿润蓝色B．检验某溶液含有4NH+石蕊试纸检验变红色，证明原溶液中有4C．生石灰常常放入在包装袋内，为防止食品氧化变质D．配制一定物质的量浓度的NaOH溶液时，NaOH固体溶解后未恢复到室温就定容，所配制的溶液浓度偏大8．用如图装置探究Cl2和NO2在NaOH溶液中的反应。
气液分离初中化学教案
气液分离初中化学教案教学内容：气液分离教学目标：1. 了解气液分离的原理和方法。
2. 掌握常见的气液分离装置。
3. 能够应用气液分离技术解决实际问题。
教学重点：1. 气液分离的原理和方法。
2. 常见的气液分离装置。
教学难点：1. 如何使用气液分离技术解决问题。
教学准备：1. 教学用具：幻灯片、实验器材等。
2. 教学内容：气液分离的相关知识。
教学过程：一、导入（5分钟）教师介绍气液分离的概念，并引导学生思考：在生活中我们经常会遇到哪些气液混合物？如何将气液分离？二、讲解气液分离的原理和方法（15分钟）1. 教师结合幻灯片介绍气液分离的原理和方法，重点讲解冷凝法、吸收法和过滤法等气液分离的方法。
2. 教师通过实例讲解气液分离技术在工业生产和生活中的应用。
三、讲解常见的气液分离装置（15分钟）1. 教师介绍常见的气液分离装置，如冷凝器、吸收塔和过滤器等，并分别说明其原理和应用。
2. 教师通过示意图和实例向学生展示这些气液分离装置的结构和工作原理。
四、实验演示（15分钟）教师通过实验演示气液分离的方法和过程，让学生亲自操作并观察气液分离的现象，加深他们对气液分离原理的理解。
五、讨论交流（10分钟）教师组织学生讨论气液分离技术在实际生活中的应用，并引导学生思考：气液分离技术对环境保护和资源利用有何重要作用？六、作业布置（5分钟）布置作业：请同学们写一份关于气液分离的实验报告，包括实验目的、过程、结果和总结。
教学反思：通过本次教学，学生应该对气液分离的原理和方法有了更深入的了解，能够应用气液分离技术解决实际问题。
在以后的教学中，可以通过更多的实验演示和案例分析，帮助学生进一步巩固和拓展所学知识。
化工原理--2-8气体吸收
④吸收操作的物料衡算
⑤填料层高度的计算方法
⑥解吸过程计算
⑦传质设备，填料吸收塔
.
6
重点内容： a.物理吸收过程 b.低浓度吸收过程设计计算
本章难点： a.吸收过程的传质机理 b.相平衡关系不同表达式间的换算
.
7
物质的量浓度（摩尔浓度）CA = nA / V 物质的量分数（摩尔分数）xA = nA / n 摩尔比 XA = nA / nB
1+（1-m ）XA
XA —— 液相摩尔比
或 YA* = m XA
*5 E、H、m之间关系 H =E xA/ CA ≈ E MS /ρS
m = E / P总压
E — 亨利系数，N/m2。
.
13
三、相平衡与吸收过程的关系
1、判别传质过程的方向
P
P
PA
A
PB*
PA*
PB
B
xA xA* x
xB* xB
x
上式也可写成：
DC
NA = —— ——（CA1 - CA2 ） Z CBm
式中：CBm—组分B浓度的对数平均值，kmol/m3。
C —混合物的总浓度，kmol/m3，（C =CA + CB ）
**该式同样适用于液相。 .
28
4、分子扩散系数 D， m2/s
物性参数之一，表示物质在介质中的扩散能力。 影响因素：物质的种类
①气、液两相流经吸收设备的能量消耗；
②溶剂的挥发损失和变质损失；
③溶剂再生(解吸)费用，即解吸操作费用。
*以上三项费用中第③项所占比例最大。
.
5
本章基本内容：
本章基本内容:介绍物理吸收过程机理、传质速率方 程及吸收过程的设计计算和操作分析。
(人教版)北京高中化学必修二第五章《化工生产中的重要非金属元素》经典复习题(答案解析)
一、选择题1．设N A 为阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是A ．标准状况下，22.4L 的SO 3的分子数目为N AB ．标准状况下，11.2LNO 和11.2LO 2混合后气体的分子总数为N AC ．足量的Cu 与2mol 浓硫酸H 2SO 4加热充分反应后得到SO 2分子数目为2N AD ．1molCu 与足量的稀硝酸充分反应得到NO 气体分子数目为23N A 2．下列现象或事实可用同一原理解释的是A ．浓硫酸和浓盐酸长期暴露在空气中浓度降低B ．铁在冷的浓硫酸中和铝在冷的浓硝酸中都没有明显变化C ．SO 2、漂白粉、活性炭、过氧化钠都能使红墨水褪色D ．漂白粉和水玻璃长期暴露在空气中变质3．下列实验方案设计正确是A ．用乙醇萃取碘水中的碘单质B ．用焰色反应(焰色试验)鉴别NaCl 和 Na 2SO 4C ．用溶解、过滤的方法分离 KCl 和 MnO 2固体D ．用NaOH 溶液和红色石蕊试纸检验溶液中是否存在NH +44．氮的固定是指A ．植物从土壤中吸收氨肥B ．大豆的根瘤菌将含氮的化合物转变为植物蛋白质C ．将空气中的氮气转变为氮的化合物D ．硝酸和氨气反应生成氨肥5．当我们查看葡萄酒标签上的成分信息时，常发现其成分中含有少量SO 2。
下列关于SO 2的说法正确的是( )A ．SO 2属于非法添加剂，不该添加到葡萄酒中B ．SO 2具有还原性，少量的SO 2可防止葡萄酒氧化变质C ．SO 2具有还原性，不能用浓硫酸干燥D ．SO 2可以使酸性KMnO 4溶液褪色，体现了它的漂白性6．设N A 为阿伏加德罗常数的值。
下列说法正确的是A ．120.0g NaHSO 4与MgSO 4的固体混合物中含有离子总数为2N AB ．1.0L 1.0mol/L 的NaHCO 3水溶液中含有的氧原子数为3N AC ．0.1mol Fe 恰好溶解在100mL 某浓度的硝酸溶液中，该反应转移的电子数为0.3N AD ．反应KClO 3+6HCl=KCl+3Cl 2↑+3H 2O 中，生成3mol 氯气时转移6N A 个电子7．有一无色溶液，可能含有K +、Al 3+、Mg 2+、NH 4+、Cl -、SO 24-、HCO 3-、MnO 4-中的几种。
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液体由容器I再引入容器II，由
容器II再引入容器III的过程称 为回流，其目的是使整个部分 蒸发和部分冷凝过程持久地进 行
精馏是利用两种物质的沸点不同，多次的进行混合蒸气的部分冷凝和
混合液体的部分蒸发过程，来实现分离的目的 精馏过程的实质是：不平衡的气液两相，经过热质交换，气相多次部
每经过一次部分冷凝和部分蒸发，气体中氮组分就增加，液体中氧组
分也增加。这样经过多次便可将空气中氧和氮分离开
有三个容器I，II，III，其压力
均为98.1kPa。在容器I内盛有 含氧20.9%的液空，容器II和III 分别盛有含氧30%及40%的富 氧液空，将空气冷却到冷凝温 度（82K）并通入容器III的液 体中。由于空气的温度比含氧
向外界放出热量；部分蒸发不断在向外界释放蒸气，如欲获得大量高
纯度液氧，则需要相应地补充液体。而部分冷凝则是连续地放出冷凝 液，如欲获得大量高纯度气氮，则需要相应地补充气体
如果将部分冷凝和部分蒸发结合起来，则可解决部分蒸发和部分冷凝
单独进行所不能解决的问题 多次的部分蒸发和部分冷凝过程的结合称为精馏（rectification ）过程。
从工艺的角度来考虑，冷凝级数主要是根据需回收组分的要求来 确定的，但同时要保证在分凝器中不会出现高沸点组分被冻结的 现象
5.1.2 精馏原理
从部分蒸发和部分冷凝的特点可看出，对于N2–O2混合物的部分蒸发 和部分冷凝可以获得氧和氮，但不能同时获得高纯度氧和高纯度氮 两个过程的性质恰好相反：部分蒸发需外界供给热量，部分冷凝则要
5.1 气体的分离原理
5.1.1 冷凝Байду номын сангаас闪蒸分离
根据混合物的性质，可以用简单的冷凝或蒸发过程达到混合物的局部 分离 分凝法亦称部分冷凝法，它是根据混合气体中各组分冷凝温度的不同， 当混合气体冷却到某一温度后，高沸点组分凝结成液体，而低沸点组 分仍然为气体，这时将气体和液体分离也就将混合气中组分分离 混合物部分冷凝时，液相中富集了高沸点（难挥发）组分，气相中富 集了低沸点（易挥发）组分
筛孔塔板的优缺点
优点：1、结构简单，制造维修方便。2、省钢材，投资少。3、塔
板压力降低。4、生产能力大。5、塔板效率和泡罩塔相同
缺点：1、不适应处理较脏的物料和带有固体颗粒的物料。2、操 作弹性泡罩塔板稍低。
双级精馏塔
由下塔、上塔和上下塔之间 的冷凝蒸发器组成。下塔压 力高，上塔压力低。 压缩并冷却后的空气进入下 塔底部，自下而上地穿过每
态时蒸气中氧的摩尔分数就变
成9%O2 将此蒸气由容器II再引入容器I，
再进行一次部分蒸发和部分冷
凝过程，则蒸气中氮又增加， 含氧仅6.3%O2
在上述过程中，在气相氧组分 减少的同时，液体中氧则增加， 最后气相中氮摩尔分数由 79.1%提高到93.7%，而液体中 氧摩尔分数由10%提高到40%， 气体的数量虽每次冷凝要减少 一些，但同时得到从液体中蒸 发出来的气体，结果，气体的 数量没有多少变化，同样液体 的数量也没有多少变化，这样 多次进行下去，液相中氮会更 多地蒸发到气相中，而气相中 氧会更多地冷凝进入液相中， 最后可获得足够数量的高纯度 气氮和液氧
在下塔塔釜中的液空经节流 阀降压后送入上塔中部，由 上往下沿塔板逐块流下，与
上升的蒸气接触，每经过一
块塔板要蒸发掉部分氮，同 时得到从气体中冷凝下来的 氧，只要塔板数足够多，可 在上塔的最后一块塔板上得 到纯液氧
液氧流入冷凝蒸发器管间蒸 发，蒸发出来的气氧一部分 作为产品引出去；另一部分
40%的液体的饱和温度
（80.5K）高，所以空气穿过 液体时得到冷却，就发生部分
冷凝；而液体被加热，就发生
部分蒸发。当气液温度相等时， 与液体相平衡的蒸气中含氧只 有14%O2
将此蒸气引到容器II，由于
30%O2富氧液空的和温度 （79.6K）比容器III中的温度 低，所以从容器III引出的蒸气 （80.5K）又继续冷凝，同时 使容器II中的液体蒸发。当蒸 气与30%O2的液体达到平衡状
“分离”通常是把混合物中两种以上、含量相差不多的组 分分开成为产品，典型的例子有空气分离、天然气分离等； “提取”则主要表示从混合物中选取其中最有价值的组分 的操作，被提取的组分在原料气中的含量可能较高，如从 焦炉气或水煤气中提取氢和氮，也可能含量很低，如从天 然气中提取氦；“纯化”是把原料气中的少量或微量杂质 去处掉，如提供给医疗、微电子等行业使用的高纯气体部 经过不同工艺的提纯处理。
到了高纯度的氮，同时，氧
产量也提高了
可以看出，在双级精馏塔中 空气的分离过程分为两个步 骤，空气首先在下塔进行初
步分离，制得液态氮和富氧
液空；富氧液空再送往上塔 进行最后精馏，得到纯氧。
上塔上部的回流液就是下塔
送来的液氮，因此可得纯氮
冷凝蒸发器的作用：冷凝蒸发器是联结上、下塔的纽带。它利用上塔
部分冷凝适用于混合物各组分沸点差别较大的情况
若各组分的沸点比较接近，则采用部分冷凝的方法很难达到分离要求
80％摩尔分数N2和20％摩尔分 数He的气体混合物在111K时开始冷 凝，然而由于两种组分的沸点差很 大，该温度下冷凝液中He的摩尔分 数只有0.6% 。 当温度继续下降到103K时，组分He在液相中的摩尔分数达到最大值。 进一步冷却时，由于更多的N2冷凝，He的摩尔分数反而有所降低。于是，
菲里（Murphree）效率来求取
塔板上汽液两相的实际分离程度 与理论分离程度之比称为塔板效 率。一般说来，对于给定的塔板，
应求出这类塔板在给定操作条件
下的总效率，然后将计算得到的 理论塔板数除以总塔板效率，就
可以求得达到规定分离要求所需
要的实际塔板数
保持塔板高效率的两个条件是
气液两相在塔板上充分接触，尽可能地接近相平衡状态； 使接触后的气液两相尽量完全分离。
5.2 精馏塔
精馏塔通常有板式塔（tray column）和填料塔（packed column）两大
类
5.2.1 板式精馏塔
在一直立圆杆形简体内装有 水平放置的塔板，温度较低 的液体由上块塔板经降液管
向下流动，温度较高的蒸气
由塔板下方通过塔板上的小 孔向上流动，在塔板上液体
与气体相接触，完成传热与
气氧由下往上和塔板上的液
体接触。由于气体温度较高， 所以气、液接触后使气体中 氧冷凝到液体中去，而液体 蒸发出来的氮掺入到气体中。 气体越往上升，其中氮纯度 愈高
与单塔不同，双塔引入了液 氮回流以获取高纯度氮。在 液空进料口以上，气体中还
含有很多氧，如果就这样把
气体放出去，氧损失很大， 因此利用下塔高浓度的液氮 作为上塔顶部的回流液，使 液空进料口以上的气体继续 精馏，这样从上塔顶部引出 的气体中氧含量就很少，得
液氧或富氧液体与下塔顶气氮换热，使气氮液化作为回流，液空或液 氧蒸发参加上塔精馏。双级塔主冷凝蒸发器温差的大小受氧氮的纯度
入口上方为精馏段。在塔底有一出口管线引出难挥发产品，而在塔顶
有一出口管线引出易挥发产品
假设N2–O2二元混合物原料以饱 和蒸气状态进入塔的第4块塔板 在理想情况下，在原料入口的上 块塔板上的液体（点）组成与原 料的组成相同，但它的温度较低，
因为它是泡点温度而不是露点温
度 在塔中，蒸气向上通过每块板上
分冷凝和液相多次部分汽化相结合的传质传热的过程
实现精馏的必要条件 为了使精馏的过程能够进行，必须具备下面两 个条件： 汽液两相必须充分接触，精馏塔内装有多少层塔板（或填料）就 是提供汽液接触的条件； 汽液两相接触时，上升的高温汽相中的易挥发组份浓度要低于平 衡时的浓度，而下降的低温液相中的易挥发组份要高于平衡时的 浓度，由于汽液两相不平衡，才能发生精馏作用。 空气的精馏是在氧、氮混合物的气相与液相接触之间的热质交换过程 中进行的。
场合能得到实际应用 低温技术在气体液化工业中是占主导地位的，而且在气体 分离和纯化过程中也后非常重要的地位
目前大多数的商品氧和氮是用精馏的方法从液态空气中分 离而得到的，而且氩、氪、氙和氖也都是从液空中分离出 来的
气体的分离、提取或纯化过程在物理本质上都属同一概念， 即把混合物变为纯物质
当混合物的温度降低到80K时，部分冷凝有可能得到He摩尔分数约为94%的
气相产品，而液相产品中He摩尔分数约为0.5％
对79％摩尔分数N2与21％摩尔分数O2的气体混合物，用简单的部分冷 凝方法，不能像N2-He混合物那样得到有效的分离。实际上，从90K连续冷 却到78K，冷凝了更多的N2，在气相产品中富集的N2很少 分凝法一般用于分离沸点相距较远的气体混合物，如N2−He，N2−H2， CH4−N2，CH4−H2等
塔板上的汽液两相在离开同层塔 板时，汽液两相同时达到汽液相 平衡状态，则此层塔板称为理论
塔板
对于一个理论塔板，接触的气– 液之间达到完全的平衡，从塔板
液层离开的蒸气温度（例如
点 ），应与该塔板上液体的温 度相同（点）。但实际上这两个 温度是略有差别的，这种偏差造 成的结果是需要附加塔板，以便 得到相同的分离要求。这种效率 损失情况可根据每一块塔板的莫
多组分混合气的分级冷凝
天然气、石油气、焦炉气以及合成氨驰放气都是多组分混合气。 实现它们的分离往往需要在若干个分离级中分阶段进行，在每一
级中组分摩尔分数将发生显著变化
多组分气体混合物当被冷却到某一温度水平时，进入一分离器， 将已冷凝组分分离出去，然后再进入下一级冷凝器，继续降温并
分凝。一个冷凝器和一个分离器组成一个冷凝级
一块塔板，至下塔上部得到
高纯度的氮气 下塔塔板数越多，氮气纯度
越高
氮气进入冷凝蒸发器管内时 由于它的温度比管外液氧温 度高，所以氮气被冷凝成液
氮。一部分作为下塔回流液，