化工原理(下) 传质分离技术 第3版

前言

兰州石化职业技术学院的石油化工技术专业群2019年入选*中国特色高水平高职学校和专业建设计划专业群（A档）。2019年在主编学校校企合作理事会的指导下，由企业工程技术人员、现场专家和专业骨干教师组成专业群建设指导委员会，深入企业进行调研，了解石油化工产业链岗位群岗位工作流程，通过分析、整合和提炼，确定典型工作任务；分析工作流程各岗位所需的知识、技能、核心能力等，并融入国家职业标准，紧跟产业升级及产业链的岗位需求，构建基于生产过程的“平台共享，基础互选，核心分立，拓展互融，岗证融通”的专业群课程体系。实践教学项目岗位设置与企业现场内操、外操、设备维修工、化学检验工、仪表工等一致，校企联合开发新课程、新项目，充实岗位知识技能，提高学生的岗位工作能力、就业竞争力和可持续发展能力。

“化工原理——传质分离技术”课程是根据石油化工技术专业群高技能人才培养需要而设置的一门专业知识类课程。它将原“化工原理”“化工单元操作”“化工单元仿真”“化工设备使用与维修”“化工仪表及自动化”等课程中相关知识点按照化工生产岗位职业技能要求进行整合，构建成一门基于生产过程理实一体化、模块化的课程。本教材是该课程的配套教材，教材第三版进一步将知识体系颗粒化，同时整合数字化教学资源，以信息化教学资源平台为辅助，以更加丰富、直观、便捷的方式呈现给读者，达到易学辅教、突出教材的实用性。操作部分以“化工单元操作”“化工单元仿真”为主，重新设计实训内容，充分利用实训设备，强化操作训练，将“教、学、做”融为一体。主要编写思路：感性认识—理论提升—现场操作—仿真操作。能在现场结合设备讲解的内容尽量放在实践内容中，在“做”中“学”，在“学”中“做”。同时结合“思政筑魂”“文化育人”，将育人与专业内容学习有机结合，加入新中国石油化学工业的发展历史（石油化学工业对我国国民经济、人民群众物质及文化生活的客观影响）、典型作业的安全制度（设备维修安全控制流程，动火作业安全管理规范，电气作业安全管理规定）、学科名人（例如化学家徐光宪等）、石油精神（“铁人”精神、融入团队实现共赢等）、技术延伸（例如新型分离技术、新材料等），丰富专业文化，逐步融入行业企业文化，培养石油和化工行业人文精神、职业素养。

本教材的项目一由辽宁石化职业技术学院张立新编写；项目二任务1至任务6由兰州石化职业技术学院张甲编写，任务7由兰州石化职业技术学院韩雅妮编写；项目三任务1至任务3由兰州石化职业技术学院王宏编写，任务4由兰州石化职业技术学院李亚玲编写；全书由张甲统稿。教材在编写过程中得到了化学工业出版社、北方仿真软件技术有限公司、兰州石化职业技术学院、辽宁石化职业技术学院、抚顺职业技术学院、广西工业职业技术学院等单位的大力支持与协助，在此表示衷心的感谢。

高等职业教育的课程体系改革、课程改革和与之配套的教材建设是一个不断探索的课题，由于编者水平有限，加之时间仓促，书中疏漏之处在所难免，敬请使用此书的教师和同学们斧正，共同为高职“工学结合”教材建设做贡献。

编者

2021年1月

版前言

本书的编写主要是为了适应高职“工学结合”的教学改革趋势，将“教、学、做”融为一体，将原有的分散在认识实习、单元仿真、单元操作和课程设计等实践环节的相关内容，按照真实职业环境训练与虚拟职业环境训练相融合的原则，整合成为一门课程，教材的模式以教学任务的形式编写，每一个任务是一个独立的模块，实际教学中可以灵活安排。

本书在编写时，完全打破了原来的课程体系，将精馏、吸收及萃取操作所涉及的理论知识分散到各个教学任务中，并且以国家职业资格标准为基础，本着以应用为目的、够用为度、理论够用的原则，浅化了理论知识，注重了学生实际操作能力的训练，具有较强的针对性、实践性和实用性。

本书编写充分体现了“工学结合”的教学改革思路。全书分三大部分，每个部分由各个任务构成。任务1让学生现场认识单元设备，增加学生的感性认识；任务2让学生接受理论知识的培训，使学生能够理解并掌握其操作原理；任务3通过小型的实验装置使学生进行塔的实际动手操作，使学生学会实际的操作方法；任务4利用DCS仿真系统进行模拟操作，通过仿真操作练习，使学生掌握调节操作系统中某些参数的变化对操作过程的影响；任务5融入职业资格标准，使学生了解并掌握塔的现场操作知识；任务6通过设计练习使学生更加系统掌握操作的全过程。

本书可以作为高职高专化工技术类专业的专业基础课教材。在编写中编入了学习小结，增加了大量的自测题，便于学生自检学习效果。为方便教学，本书配有教学资料(电子课件，课后习题答案)，使用本教材的学校可以发邮件(cipedu@163.com)与化学工业出版社联系免费索取。

本书的项目一中任务1、2、5、6、7由辽宁石化职业技术学院张立新编写，项目一中任务3、4由广西工业职业技术学院卢俊编写；项目二中任务1、2、5、6由兰州石化职业技术学院王宏编写，项目二中任务3、4由抚顺职业技术学院陈娆编写；项目三由辽宁石化职业技术学院编写；全书由张立新统稿。

由于编者的水平有限，难免存在各种问题，敬请使用此书的教师和同学们斧正，共同为高职高专“工学结合”教材建设做出贡献。

编者

2009年3月

第二版前言

根据国家示范性院校建设任务的要求，2009年2月化学工业出版社出版了《传质分离技术》（版）教材。该书由辽宁石化职业技术学院张立新和兰州石化职业技术学院王宏主编。该教材在编写时，紧紧围绕高技能人才培养特色，完全打破了原来的课程体系，将精馏、吸收操作所涉及的理论知识分散到各个教学任务中，本着以应用为目的，够用为度，理论够用的原则，浅化了理论知识，注重了学生实际操作能力的训练，具有较强的针对性、实践性和实用性。5年的教学使用，该教材受到普遍关注，对石油化工类专业的课程改革与建设发挥了积极的作用，得到广大读者的好评，2010年该教材被评为中国石油和化学工业优秀出版物奖（教材奖）二等奖。

5年来，高等职业教育的专业和课程建设在不断发展，新的办学理念和思想不断融入，为了适应工业生产技术发展和高等职业教育新要求，同时考虑到毕业生就业拓展需求，我们在版基础上组织编写了《化工原理(下):传质分离技术》(第二版)教材。本教材共分为蒸馏技术、吸收技术和液-液萃取技术三部分，主要介绍了蒸馏、吸收和萃取过程的基本理论、基本原理、基本计算方法，典型设备的构造，工作原理、操作调控方法、设备选型等有关工程实践知识，侧重工程应用能力的培养。完成本教材一般需要60学时理论教学和60学时实训操作，各学校可根据具体专业要求选择教学内容进行。教学过程为理论学习与仿真操作、现场设备操作练习穿插进行，“学”和“做”一体化，能结合现场设备教学的内容尽量放在现场教学。针对高职教育的特色，课后思考题、自测题删除了难、繁的计算，以基本知识点的填空、选择、问答为主，侧重联系生产实际的操作型讨论、分析与练习，重在化工职业岗位基本素质与技能的训练。

为了适应教育信息化发展趋势,已经制作了与本教材配套的课堂教学PPT课件及课后自测练习题答案,使用本教材的学校可以与化学工业出版社联系(cipedu@163.com),免费索取。以本教材为基础建设的课程“传质分离技术”2014年被评为兰州石化职业技术学院院级精品课程，网址：http://jpkc.lzpcc.edu.cn/14/zhang j/,欢迎广大读者登录使用。

本教材由兰州石化职业技术学院王宏和辽宁石化职业技术学院张立新主编。项目1由张立新编写，项目2、3由王宏编写，全书由王宏统稿。教材在编写过程中得到了北方仿真软件技术有限公司、兰州石化职业技术学院、辽宁石化职业技术学院、抚顺职业技术学院、广西工业职业技术学院等单位的教师及专家的大力支持、参与编写和协助，在此表示衷心的感谢。

高等职业教育的课程体系改革和课程改革是一个不断探索的课题，由于编者水平有限，时间仓促，不妥之处在所难免，敬请使用此书的教师和同学们斧正，共同为高职“工学结合”教材建设做贡献。

编者

2014年3月

本教材重点介绍了蒸馏、吸收和萃取过程的基本理论、基本原理、基本计算方法，典型设备的构造、工作原理、开停车操作方法、典型事故调控方法、设备选型等有关工程实践知识。全书分为蒸馏技术、吸收技术、液-液萃取技术三大部分，每部分以生产实际开篇，将仿真操作、设备操作与理论内容相互联系重构为若干个任务，针对重点知识点利用“思考题”和“自测题”进行强化训练。

本教材（第三版）增加了与石油、化工类各专业密切相关的扩展知识，并联合智慧职教线上教学平台、东方仿真名校资源库，增加了数字化、信息化教学资源。同时将专业课程与大思政工作融合设计，培养学生石油和化工行业职业精神、人文素养。

本书可作为化工及相关专业的高等职业教育、成教教材，也可供相关技术人员参考。

本教材重点介绍了蒸馏、吸收和萃取过程的基本理论、基本原理、基本计算方法，典型设备的构造、工作原理、开停车操作方法、典型事故调控方法、设备选型等有关工程实践知识。全书分为蒸馏技术、吸收技术、液-液萃取技术三大部分，每部分以生产实际开篇，将仿真操作、设备操作与理论内容相互联系重构为若干个任务，针对重点知识点利用“思考题”和“自测题”进行强化训练。

本教材（第三版）增加了与石油、化工类各专业密切相关的扩展知识，并联合智慧职教线上教学平台、东方仿真名校资源库，增加了数字化、信息化教学资源。同时将专业课程与大思政工作融合设计，培养学生石油和化工行业职业精神、人文素养。

本书可作为化工及相关专业的高等职业教育、成教教材，也可供相关技术人员参考。

张甲，兰州石化职业技术学院，化工原理教研室主任、副教授，编者2005年毕业于北京理工大学化学工程与工艺专业，同年任职于兰州石化职业技术学院。2009年脱产深造于兰州交通大学，2012年获得化学工艺硕士学位，2014年至今担任化工原理教研室主任。编者参加工作以来发表学术论文10篇，主编教材一部。编者常年从事《化工原理》、《化工单元仿真》、《化工单元操作实训》、《管式加热炉》等课程的教学任务，主持完成了多项教改与课改项目，参与建设了“国家 级煤化工专业教学资源库”，主持完成了甘肃省精品在线课程《化工原理》的建设工作，多年指导学生参加“全国化工生产工技术大赛”，并于2015年取得全国一等奖的成绩。

项目一蒸馏技术001

任务1学习精馏操作入门知识001

一、概述002

二、精馏塔的感性认识003

三、板式精馏塔的主要结构003

四、常见板式精馏塔的类型及特点008

五、精馏操作工艺流程015

六、精馏装置的附属设备016

小结019

思考题019

自测题020

任务2学习精馏操作的理论知识021

一、相组成的表示方法022

二、双组分理想溶液的气液相平衡024

三、精馏原理029

小结032

思考题032

自测题032

文化窗：石油化学工业对我国国民经济、人民群众物质和文化生活的客观影响034

任务3学习精馏过程的计算035

一、全塔物料衡算035

二、操作线方程038

三、进料热状况对操作线的影响039

四、理论板层数确定042

五、实际塔板层数和板效率046

六、回流比的影响与选择047

七、精馏装置的热量衡算050

小结052

思考题052

自测题052

任务4精馏塔的实验操作训练055

一、实验任务055

二、设备示意055

三、板式精馏塔内的气、液两相存在状态057

四、板式塔的异常操作现象058

五、精馏操作过程工艺指标的控制与调节058

六、产品不合格时的调节方法060

小结062

思考题062

自测题063

知识窗：设备维修管理064

任务5精馏塔的仿真操作训练065

一、实训任务及目的065

二、工艺流程说明065

小结067

思考题067

自测题068

任务6学习精馏过程的工艺设计方法069

一、精馏过程工艺设计意图及基本原则069

二、精馏过程工艺设计的基本过程与内容071

三、精馏塔设计的具体要求073

四、板式精馏塔的设计方法074

五、浮阀精馏塔的设计实例088

六、浮阀精馏塔的设计练习101

小结102

思考题103

自测题103

安全窗：动火作业安全规定（部分）104

任务7学习其他精馏方法104

一、水蒸气蒸馏105

二、恒沸精馏106

三、萃取精馏108

四、溶盐精馏109

五、几种特殊精馏方法的比较110

六、多组分精馏110

小结123

思考题124

自测题124

名人窗：俄国化学家门捷列夫125

课程学习资源126

本项目主要符号说明127

项目二吸收技术129

任务1学习吸收操作入门知识129

一、概述129

二、吸收操作工艺流程的描述130

三、气体吸收的分类130

四、吸收操作在化工生产中的应用131

五、填料塔的主要结构131

六、填料塔的特点136

小结137

思考题138

自测题138

文化窗：中国石油的“铁人精神”139

任务2学习吸收操作的理论知识139

一、吸收过程的相平衡关系140

二、吸收传质机理145

三、气体吸收速率方程147

小结150

思考题150

自测题151

任务3吸收过程的计算153

一、全塔物料衡算153

二、操作线方程154

三、吸收剂用量154

四、塔径的确定156

五、填料层高度157

小结165

思考题166

自测题166

名人窗：中国稀土之父——徐光宪169

任务4吸收塔的实验操作训练169

一、实验任务170

二、实训装置示意170

三、填料塔内气、液两相存在状态170

四、吸收操作过程工艺指标的控制与调节173

小结175

思考题175

自测题175

安全窗：电气作业安全管理规定（部分）176

任务5吸收塔的仿真操作训练177

一、实训任务及目的178

二、工艺流程说明178

三、操作要点及注意事项178

小结181

思考题181

自测题182

任务6学习吸收过程的工艺设计方法183

一、吸收过程工艺设计的基本原则与内容184

二、设计方案的确定185

三、填料吸收塔典型物系的设计练习188

小结193

思考题194

自测题194

安全窗：有害气体作业安全管理规定（部分）194

任务7学习其他吸收与解吸方法195

一、多组分吸收196

二、化学吸收197

三、高浓度气体吸收197

四、非等温吸收198

五、解吸199

小结203

思考题203

自测题203

文化窗：融入团队实现共赢204

课程学习资源205

本项目主要符号说明206

项目三液-液萃取技术208

任务1学习液-液萃取技术入门知识208

一、概述208

二、液-液萃取设备211

小结216

思考题216

自测题217

文化窗：中海石油宁波大榭/舟山石化有限公司的企业文化218

任务2学习液-液萃取技术的理论知识218

一、三角形相图219

二、部分互溶物系的相平衡222

三、分配系数和分配曲线223

四、萃取剂的选择224

小结227

思考题227

自测题228

知识窗：细颗粒物PM2.5——大气污染的罪魁祸首229

任务3液-液萃取过程的计算229

一、单级萃取过程230

二、多级错流萃取过程232

三、多级逆流萃取过程233

四、完全不互溶物系的萃取过程237

小结243

思考题243

自测题244

名人窗：大国工匠——张恒珍244

任务4学习新型萃取技术245

一、超临界流体萃取245

二、双水相萃取247

三、凝胶萃取248

四、新型萃取技术的发展249

小结250

思考题251

自测题251

知识窗：高分子新材料251

本项目主要符号说明252

附录253

一、某些二元物系的气、液相平衡关系(101.3kPa)253

二、液体的饱和蒸气压255

三、有机液体的表面张力图258

四、塔板结构参数系列标准(单溢流型)258

五、某些三元物系的液-液平衡数据259

六、填料的特性260

参考文献261

本教材重点介绍了蒸馏、吸收和萃取过程的基本理论、基本原理、基本计算方法，典型设备的构造、工作原理、开停车操作方法、典型事故调控方法、设备选型等有关工程实践知识。全书分为蒸馏技术、吸收技术、液-液萃取技术三大部分，每部分以生产实际开篇，将仿真操作、设备操作与理论内容相互联系重构为若干个任务，针对重点知识点利用“思考题”和“自测题”进行强化训练。

本教材（第三版）增加了与石油、化工类各专业密切相关的扩展知识，并联合智慧职教线上教学平台、东方仿真名校资源库，增加了数字化、信息化教学资源。同时将专业课程与大思政工作融合设计，培养学生石油和化工行业职业精神、人文素养。

本书可作为化工及相关专业的高等职业教育、成教教材，也可供相关技术人员参考。

张甲，兰州石化职业技术学院，化工原理教研室主任、副教授，编者2005年毕业于北京理工大