闪蒸和减压蒸馏

A. 求化工原理知识点提要

一、流体力学及其输送

1.单元操作:物理化学变化的单个操作过程，如过滤、蒸馏、萃取。

2.四个基本概念:物料衡算、能量衡算、平衡关系、过程速率。

3.牛顿粘性定律:F=±τA=±μA/dy，(F:剪应力;A:面积;μ:粘度;/dy:速度梯度)。

4.两种流动形态:层流和湍流。流动形态的判据雷诺数Re=ρ/μ;层流-2000-过渡-4000-湍流。

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

6.流体阻力=沿程阻力+局部阻力;范宁公式:沿程压降:Δpf=λlρu2/2d，沿程阻力:Hf=Δpf/ρg=λl
u2/2dg(λ:摩擦系数);层流时λ=64/Re，湍流时λ=F(Re，ε/d)，(ε:管壁粗糙度);局部阻力hf=ξu2/2g，(ξ:局部阻力系数，情况不同计算方法不同)

7.流量计:变压头流量计(测速管、孔板流量计、文丘里流量计);变截面流量计。
8.离心泵主要参数:流量、压头、效率、轴功率;工作点(提供与所需水头一致);安装高度(气蚀现象，气蚀余量);泵的型号(泵口直径和扬程);气体输送机械:通风机、鼓风机、压缩机、真空泵。

二、非均相机械分离

1.颗粒的沉降:层流沉降速度Vt=(ρp-ρ)gdp2/18μ，(ρp-ρ:颗粒与流体密度差，μ:流体粘度);重力沉降(沉降室，H/v=L/u，多层;增稠器，以得到稠浆为目的的沉淀);离心沉降(旋风分离器)。

2.过滤:深层过滤和滤饼过滤(常用，助滤剂增加滤饼刚性和空隙率);分类:压滤、离心过滤，间歇、连续;滤速的康采尼方程:u=(Δp/Lμ)ε3/5a2(1-ε)2，(ε:滤饼空隙率;a:颗粒比表面积;L:层厚)。

三、传热

1.传热方式:热传导(傅立叶定律)、对流传热(牛顿冷却定律)、辐射传热(四次方定律);热交换方式:间壁式传热、混合式传热、蓄热体传热(对蓄热体的周期性加热、冷却)。

2.傅立叶定律:dQ= -λdA ，(Q:热传导速率;A:等温面积;λ:比例系数; :温度梯度);
λ与温度的关系:λ=λ0(1+at)，(a:温度系数)。

3.不同情况下的热传导:单层平壁:Q=(t1-t2)/[b/(CmA)]=温差/热阻，(b:壁厚;Cm=(λ1-λ2)/2);
多层平壁:Q=(t1-tn+1)/ [bi /(λiA)];单层圆筒:Q=(t1-t2)/[b/(λAm)]，(A:圆筒侧面积，C=
(A2-A1)/ln(A2/A1)); 多层圆筒:Q=2πL(t1-t n+1)/ [1/λi [ln(ri+1/ri) ]。

4.对流传热类型:强制对流传热(外加机械能)、自然对流传热、(温差导致)、蒸汽冷凝传热(冷壁)、液体沸腾传热(热壁)，前两者无相变，后两者有相变;牛顿冷却定律:dQ=hdAΔt，(Δt>0;h:传热系数)。

5.吸收率A+反射率R+透射率D=1;黑体A=1，镜体R=1，透热体D=1，灰体A+R=1; 总辐射能E=Eλdλ，(Eλ:单色辐射能;λ:波长);
四次方定律:E=C(T/100)4=εC0(T/100)4，(C:灰体辐射常数;C0:黑体辐射常数;ε=C/C0:发射率或黑度);
两物体辐射传热:Q1-2=C1-2φA[(T1/100)4-(T2/100)4]，(φ:角系数;A:辐射面积;C1-2=1/[(1/C1)+(1/C2)-(1/C0)])

6.总传热速率方程:dQ=KmdA，(dQ:微元传热速率;Km:总传热系数;A:传热面积);
1/K=1/h1+bA1/λAm+A1/h2A2，(h1，h2:热、冷流体表面传热系数)。

7.换热器:夹套换热器、蛇管式换热器、套管式换热器、列管式换热器。

四、蒸馏

1.蒸馏分类:操作方式:连续蒸馏、间歇蒸馏;对分离的要求:简单蒸馏、平衡蒸馏(闪蒸)、精馏、特殊精馏;压力:常压蒸馏、加压蒸馏、减压蒸馏;组分:双组分蒸馏和多组分蒸馏(精馏)，常用精馏塔。

2.双组分溶液气液相平衡:液态泡点方程:xA=[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)]，(xA:液态组分A的摩尔分数;p
(t):压强关于温度的函数); 气态露点方程:yA=pA/p=[pA(t)/p]×[p-pB(t)]/[pA(t)-pB(t)];
平衡常数KA=yA/xA，理想溶液:KA=p°A/p，即组分饱和蒸气压和总压之比;
挥发度:υA=pA/xA，相对挥发度:αAB=υA/υB，最终可导出气液平衡方程:y=αx/[1+(a-1)x]; 气液平衡相图:p-x图(等温)
、t-x(y)图(等压)、x-y图。

3.平衡蒸馏:qn(F)，xF加热至泡点以上tF，减压气化，温度达到平衡温度te，两相平衡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));
热量衡算:tF=te+(1-q)γ/Cp,m，(Cp,m:原液的摩尔定压热容;γ:原液的摩尔气化潜热);平衡关系:yD=αxW/[1+(α-1)xW]。

4.简单蒸馏:持续加热至釜液组成和馏出液组成达到规定时停止; 关系式:ln[n(F)/n(W)]=
{ln(xF/xW)-αln[(1-xF)/(1-xW)]}/(α-1); 总物料衡算:n(F)=n(W)+n(D);易挥发组分衡算:n(F)xF
=n(W)xW+n(D)xD; 推出:xD= [n(F)xF-n(W)xW]/[n(F)-n(W)]。

5.精馏:多次部分气化部分冷凝(连续、间歇)，泡点不同采取不同的压力操作，塔板数从上至下记;
塔顶易挥发组分回收率:ηD=qn(D)xD/qn(F)xF×100%，釜中不易挥发组分回收率:ηW=qn(W)(1-xW)/[qn(F)(1-xF)]×100%;
精馏段总物料衡算:qn(V)=qn(D)+qn(L);精馏段易挥发组分衡算:qn(V)yn+1=qn(D)xD+qn(L)xn;(V:各层上升蒸汽量;D:塔顶馏出液量;L:各板下降的液量;yn+1:第n+1块板上升的蒸汽中易挥发组分的摩尔分数;xn:第n块板下降的液体中易挥发组分的摩尔分数)，精馏段操作线方程:yn+1=Rxn/(R+1)
+xD/(R+1)，(回流比R= qn(L)/qn(D));
提馏段段总物料衡算:qn(L’)=qn(V’)+qn(W);提馏段易挥发组分衡算:qn(L’)x’m=qn(V’)y’m+1 +qn(W)xW
;(W:釜液量)，提馏段操作线方程:y’m+1= qn(L’)x’m/qn(V’)-qn(W)xW/qn(V’);
总的物料衡算:qn(F)+qn(V’)+qn(L)=qn(V)+qn(L’)，乘上各焓值Hx即为热量衡算，qn(V)=qn(V’)+(1-q)qn(F)，(精馏进料热状态参数q=(HV-HF)/(HV-HL)，即单位原料液变为饱和蒸汽所需要的热量与单位原料液潜热之比);
进料方程:y=qx/(q-1)-xF/(q-1);理论塔板的计算逐板法和图解法，回流比R增大理论塔板数减小，解析法:全回流理论塔板数Nmin={lg[xD(1-xw)/[xw(1-xD)]]}/lgam-1，(am:全塔平均挥发度);
最小回流比Rmin=(xD-yq)/(yq-xq)，(xq，yq:进料时)，R实=(1.1-2.0) Rmin; 全塔效率ET为理论塔板数与实际塔板数之比;
间歇精馏:分批精馏，一次进料待釜液达到指定组成后，放出残液，再次加料，用于分离量少而纯度要求高的物料，每批精馏气化物质的量n(V )=
(R+1)n(D)，所需时间τ=n(V)/qn(V); 特殊精馏:恒沸精馏(加第三组分，形成新的低恒沸物，增大相对挥发度)
、萃取精馏(加第三组分，增大相对挥发度)、加盐萃取精馏、分子蒸馏(针对高分子量、高沸点、高粘度、热稳定性极差的有机物)。

五、吸收

1.吸收剂的要求:对溶质的溶解度大，对其他成分溶解度小、易于再生、不易挥发、粘度低、无腐蚀性、无毒不易燃、价低，吸收率η=(mA除/mA进)×100%≈[
(y1-y2)/y1]×100%，(y1，y

2:进塔和出塔混合气中A的摩尔分数)。

3.稀溶液中亨利定律:c*A=HpA，(c*A:溶解度;H:溶解度系数;pA:气相分压);p*A=ExA，(xA:液相中溶质摩尔分数;E:亨利系数);y*=mx，(平衡常数m=E/p);E=ρs/HMs，(ρs，Ms:纯溶剂密度和相对分子质量)。

4.费克定律:jA=-DABdcA/dz，(jA:扩散速率;DAB:组分A在组分B中的扩散系数;dcA/dz:组分A在扩散方向z上的浓度梯度);
等分子扩散速率:NA= jA=D(pA,1-pA,2)/RTz;单向扩散: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)，即对数平均值);同理，NA=D(cA,1-cA,2)c/zcB,m。

5.吸收塔操作线方程:qn(L)/qn(V)=(y1-y2)/(x1-x2)，(qn(V):二元混合气摩尔流量;qn(L):液相摩尔流量;x，y:任意一截面液气相摩尔流量);
最小液气比[qn(L)/qn(V)]min=(y1-y2)/(x*1-x2),qn(L)/qn(V)= (1.1-2.0) [qn(L)/qn(V)]min;
低浓度时填料塔高度h=qn(V) [dy/(y-y*)]/KyaS=qn(L)
[dx/(x*-x)]/KxaS=NOGHOG=NOLHOL，(K:传质系数;S:塔截面积;a:单位体积填料有效接触面积;NOG=
[dy/(y-y*)]:气相总传质单元数;HOG =qn(V)/KyaS:气相总传质单元高度);
相平衡线为直线时:NOG=ln[(1-S’)(y1-mx2)/(y2-mx2)+S’]/(1-S’)，NOL=ln[(1-A)(y1-mx2)/(y2-mx2)+A]/(1-A)，(吸收因数:A=1/S’=
qm(V)/mqm(V))。

6.填料塔:液体上进下出，气体下进上出，其中设有液体在分布器，可使其均匀分布于填料表面，塔顶可按转除末器。

六、干燥

1.绝对湿度δ=0.622pV/(p-pV)，(pV:水蒸汽分压);相对湿度φ=
pV/pS，(pS:水蒸汽饱和分压);湿焓I=Ig+δIv，(Ig:绝干空气的焓;Iv:水蒸汽的焓)。

2.物料的干基湿含量X=m水/m绝干，是基湿含量ω=m水/m总×100%，ω=X/(1+X);物料分类:非吸湿毛细孔物料、吸湿多孔物料和胶体无孔物料;物料与水分:总水分、平衡水分、自由水分、非结合水分、结合水分。

3.干燥过程物料衡算:qm,c(X1-X2)=qm,L(δ2-δ1)=qm,W，(qm,c:绝对干料的质量流量;qm,L:绝干空气质量流量;qm,W:干料蒸发出水分的质量流量)，即湿物料减少水分等于干空气中增加的水分;
热量衡算:q=qD+qP=qm,L(I2-I0)+qm,c(I’2-I’1)+qL，(qD:单位时间干燥器热量;qP:单位时间预热气热量;qL:单位时间热损失;I2:出干燥器的空气的焓;I0:进预热器的空气的焓;I’2，I’1:进出干燥器物料的焓)，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;
干燥器热效率:η=qd/qP×100%，(qd=qm,L(1.01+1.88δ0) (t1-t2))。

4.干燥速率U=h(t-tW)/rtw，(h:对流表面传热系数;t:恒定干燥条件下空气平均温度;tW:初始状态空气湿球温度;r:饱和蒸汽冷凝潜热);
恒速干燥阶段时间:τ1=qm,c(X1-Xc)/UcS，(Xc:临界湿含量;S:干燥面积)，降速干燥阶段时间:τ2=qm,c(Xc-X*)ln[(Xc-X*)/(
X2-X*)]/UcS。

5.干燥器分类:厢式干燥器、隧道干燥器、转筒干燥器、带式干燥器、转鼓干燥器、喷雾干燥、流化床干燥器、气流干燥器、微波高频干燥。

七、新型分离技术

1.超临界萃取:以超临界流体作萃取剂(密度接近于液体，而粘度接近于气体，扩散系数位于两者之间)，其具有很强的选择性和溶解能力，传质速率大;流程可分为:等温法、等压法和吸附吸收法。

2.膜分离技术:微滤、超滤、纳滤、反渗透、透析、电渗析、气膜膜分离、渗透气化(溶质发生相变化，再透过侧以气相状态存在)。

B. 原油蒸馏过程

蒸馏是原油加工的第一道工序，通过蒸馏可将原油分成汽油、煤油、柴油、润滑油等各种馏分和二次加工的原料。原油蒸馏装置在炼化企业中占据重要的地位，被称为炼化企业的“龙头”。蒸馏在石油炼制中起着非常重要的作用，通常是衡量一个炼厂生产能力的重要指标。

原油蒸馏通常包括常压蒸馏和减压蒸馏两部分。所说的常压蒸馏，就是原油在常压或稍高于常压的条件下进行的蒸馏，所用的蒸馏设备叫做原油常压精馏塔，简称常压塔。通过常压蒸馏可以切割出沸点小于350℃左右的馏分，如汽油、煤油、柴油等馏分，这些馏分一般占原油总量的20%～30%。而更高沸点的馏分，如裂化原料和润滑油馏分，在常压下450℃会发生严重的热裂解反应，生成较多的烯烃，使馏出油变质，还会发生缩合反应生成焦炭，影响正常生产，因此为了蒸出更多的馏分，则需要采用减压蒸馏。所谓的减压蒸馏，一般是在压力低于100千帕的减压状态下进行的蒸馏，所用的蒸馏设备叫做减压塔，通常可切割出沸点小于500℃的馏分油。减压蒸馏和常压蒸馏的原理相同，但减压塔塔顶采用了抽真空设备，如蒸汽喷射器(也称蒸汽喷射泵)或机械真空泵，可将压力降到几千帕。为了获得更多的馏分油，炼厂通常将原油的常压蒸馏和减压蒸馏连接在一起，这样便构成了我们常说的常减压蒸馏。

由于原油中所含的水分、盐类和泥沙等杂质，会对加热设备和蒸馏设备产生不利影响，因此在蒸馏前还需对原油进行脱盐脱水处理。如果加工的原油中含有较多的轻质油品，如轻汽油馏分，炼厂通常会在常压蒸馏前设初馏塔或闪蒸塔，这样做既可以节约能耗，也可以减少常压塔的操作波动。

通常，根据蒸馏过程中所用塔数的不同，可将蒸馏流程分为三塔流程和双塔流程。三塔就是初馏塔、常压塔和减压塔；双塔是常压塔和减压塔。大型炼油厂的原油蒸馏装置大多采用三塔流程。

根据产品用途和炼油厂类型的不同，可将原油蒸馏工艺流程大致分为燃料型、燃料-润滑油型和化工型三种类型，但我国原油蒸馏工艺流程一般采用前两种。

C. 为什么说太阳能多级闪蒸系统、太阳能多级沸腾蒸馏系统和太阳能压缩蒸馏系统有发展前景

海水淡化的主要来途径还是利用太自阳能蒸馏技术。目前看来，太阳能多级闪蒸系统、太阳能多级沸腾蒸馏系统和太阳能压缩蒸馏系统是非常有前景的海水淡化技术。

不久前，科威特已建成了利用槽形抛物面太阳能集热器及一个7000升的储热罐为多达12级的闪蒸系统供热的太阳能海水淡化装置，每天可蒸馏得到差不多，10吨淡水。此装置也产能在夜间及太阳辐射不理想的情况下连续工作，其单位采光面积每天的产水量甚至超过传统太阳能蒸馏器产水量的10倍。可见，太阳能系统与常规海水淡化装置相结合的潜力是巨大的。理论计算表明，多级沸腾蒸馏比多级闪蒸系统具有更多的优点，在拥有相同性能系数的条件下，它所需的要求更低。太阳能蒸汽压缩系统也具有广阔的前景，特别是在电能相对便宜的地区。在各类多级沸腾蒸馏系统中，多级堆积管式蒸发系统最适合以太阳能作为热源。这种装置有许多优点，其中最主要的一点是它能在输入蒸汽量为0～100％之间的任何一点稳定运行，并能根据蒸汽量自动调整工作状态。而且它所需的供热温度在70～100℃之间，很容易用槽形抛物面或真空管型太阳能集热器达到。

D. 石油实沸点蒸馏、减压蒸馏、模拟蒸馏与恩氏蒸馏的意思及区别

实沸点蒸馏------在大气压下，自然蒸馏

减压蒸馏------在低压环境下蒸馏

模拟蒸馏------一种软专件分析方法

恩氏蒸馏------Engler distillation
一种常属用的测定石油产品馏分组成的经验性标准方法。是一种简单蒸馏，分馏程度很低，只能用于石油油品馏程的相对比较或油品中轻重馏分相对含量作大致判断。但在炼油工业中常用作油品质量的重要指标。

E. 比较干式减压蒸馏,湿式减压蒸馏的优缺点

“干式”减压蒸馏是相对于以前的湿式而言的，湿式减压蒸馏是在炉管内和塔内底注入蒸汽，以提容高管内流速防止结焦，提高拔出率。现在所采用的多是三级抽真空系统，所以采取湿式的不怎么多，一般都是在塔底注入少量的蒸汽，可说是微湿式！

“湿式"减压蒸馏的主要缺点是需向塔系统内注入大量水蒸气，这不但增加了蒸汽消耗，而且还加大了塔顶一级冷凝冷却器的负荷，多消耗了大量冷却水，还多产生了含油含硫工业污水。
为了消除上述缺点，现已相继开发和推广了不同的“干式”减压蒸馏新工艺。这项技术的主要特点是改变了减压塔的传统操作方式及塔的内部结构，即在塔和炉管内不注入水蒸气的情况下，使塔的闪蒸段在较高的真空度和较低的温度下操作。为此，在塔内部结构上
采用了处理能力高，压力降小，传质传热效率高的新型金属填料及相应的液体分布器，取代了全部或大部分传统的板式塔盘。另外，还采用三级抽真空器以保证塔顶高真空，减压炉管逐级扩径，保证炉管内介质在接近等温气化条件下操作，以减少压降并防止发生局部过热；采用低速转油线以获得低的压力降和温度降等。上述技术措施便构成了完整的“干式”减压蒸馏系统。

F. 汽油也是石油中提炼出来的吗，怎么炼出来的

是。

使用复原油蒸馏方法，制可以根据其组分沸点的差异，从原油中提炼出直馏汽油、煤油、轻重柴油及各种润滑油馏分等，这就是原油的一次加工过程。然后将这些半成品中的一部分或大部分作为原料，进行原油二次加工。

石油中的不同成分会在不同的温度下沸腾和汽化，汽油是最先沸腾 ，于是汽油蒸汽最先被抽走 汽油蒸汽冷却后 ，就变成了液态的纯汽油。

原油是一种多种烃的混合物，是粘稠的、深褐色的液体。直接使用原油非常浪费，所以就需要把原油中各组分分离出来，通常是使用精馏的方法，即精确控制温度，使特定沸点的组分挥发出来。

减压蒸馏：使常压榨油在8kPa左右的绝对压力下蒸馏出重质馏分油作为润滑油料、裂化原料或裂解原料，塔底残余为减压渣油。如果原油轻质油含量较多或市场需求燃料油多，原油蒸馏也可以只包括原油预处理和常压蒸馏两个工序，俗称原油拔头。原油蒸馏所得各馏分有的是一些石油产品的原料；有的是二次加工的原料。

G. 高纯度二聚酸的二聚酸的分离方式

二聚酸的纯度和二聚酸的应用范围有非常重要的关系，随着技术的发展，高纯度二聚酸的应用越来越广泛，而粗品二聚酸含有较多的碳碳双键，在加热的条件下容易碳化变质，而且粗二聚酸成分比较相似，提纯难度较高。常用的二聚酸分离有减压蒸馏和分子蒸馏。 减压蒸馏利用较低压力和一定温度下，体系中气相和液相达到平衡，各组分的挥发度不同而达到分离各个组分的目的。但是由于现有的减压蒸馏过程都是在气液相平衡的条件下操作的，所以减压蒸馏存在如下几个方面的问题。
（1）能耗大
减压蒸馏过程是一个耗能很高的过程，能量利用率很低，这主要是由轻组分过热造成的。由于减压蒸馏是一个一次闪蒸过程，所以每一种油品都需要加热至同样的温度，为了保证一定的分离率，油品要加热到较高的温度。通常要稍微超过体系中较轻组分的沸点。这不仅增加了工艺用能，而且由于这些轻组份处于过热状态，导致蒸馏温度过高，对产品质量也有一定的影响。
（2）产品纯度低
由于普通减压蒸馏相当于一个塔板的蒸馏，所以产品的分离不彻底，各组分重叠度大，产品纯度较低。总之，减压蒸馏过程虽然是一个成熟工艺，但其根本上存在一些不可克服的局限性，如分离时间长，加热温度高，分离效率低等，已经不适合现代高附加值精细化工产品的生产和分离要求。 分子蒸馏是一项新型的分离技术，能解决大量常规蒸馏技术所不能解决的问题。分子蒸馏是一种特殊的液—液分离技术，分子蒸馏在极高真空下操作，它根据不同分子的平均自由程的差别，能使混合物在远低于其沸点的温度下将其分离，特别适用于高沸点、热敏性或易氧化物质体系的分离。由于分子蒸馏具有蒸馏温度低于物料的沸点、蒸馏压强低、受热时间短、分离程度高等特点，因而能大大降低高沸点物料的分离成本，极好地保护了热敏性物质的品质，该项技术已经初步用于纯天然保健品的提纯，它摆脱了传统化学处理方法的束缚，使产品的质量迈上一个新台阶。

H. 常减压蒸馏新工艺

常压蒸馏是石油加工的“龙头装置”，后续二次加工装置的原料，及产品内都是由常减压蒸馏装容置提供。常减压蒸馏主要是通过精馏过程，在常压和减压的条件下，根据各组分相对挥发度的不同，在塔盘上汽液两相进行逆向接触、传质传热，经过多次汽化和多次冷凝，将原油中的汽、煤、柴馏分切割出来，生产合格的汽油、煤油、柴油及蜡油及渣油等。

I. 常减压蒸馏装置的加工原理是什么

根据石油（混合物）中各种介质的沸点不同，然后分层拔取，还有就是液体表面压力越低，沸点（饱和蒸汽压）越底，

J. 平衡蒸馏、简单蒸馏的比较

简单蒸馏过程的物料衡算、热量衡算方法与平衡蒸馏并无本质区别,但简单蒸馏是个时变过程,而平衡蒸馏为定态过程.