浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 1/24
幻灯片 6目录
§ 9.4 二元连续精馏的分析与计算八、精馏塔的热量衡算九、精馏塔内的温度分布和灵敏板十、填料精馏塔的填料层高度
§ 9.5 其它精馏方式
§ 9.6 多元精馏
§ 9.7 吸收过程的塔板数
反应精馏特殊精馏间歇精馏水蒸汽蒸馏浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 2/24
W,h W
L?,h? L
V?,h? V
近似假定,LW hh,于是
WLVB rVhhVQ
八、精馏塔的热量衡算
1,再沸器的热负荷对再沸器作热量衡算得：
LWVB hLWhhVQ
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 3/24
D,h
D
V,h
V
L,h
D
八、精馏塔的热量衡算
2、冷凝器的热负荷对冷凝器作热量衡算得：
DDV
DDVC
VrhhV
LhDhVhQ
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 4/24
D,x
D
F,x
F
W,x
W
L?V?
lWDCBF QQQQQQ
lCB QQQ
若 Q l 忽略，则 CB QQ?
通常 QF,QD,QW数值较小，
可忽略不计，于是八、精馏塔的热量衡算
3,全塔热量衡算浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 5/24
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
80 90 100 110
t
m a x
x
F
= 0,4
x
F
= 0,4 3
塔板序号温度九、精馏塔内的温度分布和灵敏板灵敏板：
当正在操作中的精馏塔受到某一外界干扰,
如回流比,进料组成波动等,全塔各板的组成和温度将发生变化 。 变化最灵敏的一块板或相邻的几块板称为灵敏板 。
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 6/24
NH E T PH
D,x
D
F,x
F
W,x
W
等板高度
H e i g h t E q u i v a l e n t o f a T h e o r e t i c a l P l a t e
- - - - - - - - - 分离效果相当于一层理论板的一段填料层高度十、填料精馏塔的填料层高度影响 HETP的因素：
流动状况,物性参数,结构参数和操作参数,
思考,等板高度大好还是小好？
等板高度愈小,说明填料层的传质分离效果愈好
N
HH E T P?
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 7/24
反应精馏特殊精馏间歇精馏水蒸汽蒸馏特点：
a,水蒸汽与物质在 低沸点 下一起蒸出 （ 比任一纯组分的沸点均低 ），
b,经冷凝、分层，除去水分从而得到产品。
c,水蒸汽既作加热剂，又作夹带剂适用范围,沸点较高或高温下易分解，且不溶于水的物系
§ 9.5 其它精馏方式一,水蒸汽蒸馏定义：将水蒸气直接通入 不溶于水的物系 进行蒸馏 。
D,x
D
W *,x
W
*
F,x
F
S,y
S
=0
V? L?
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 8/24
00 WA ppP
t < t 1 t < t 2
如何确定水蒸汽蒸馏时的沸点呢？
tfpPp WA 00
p
tp
W
~
0
tp
A
~
0
tpP
W
~
0
t找 tp A ~0 线和 tpP W ~)( 0? 线交点液体上方 A
和水的蒸汽压分别等于它们同温度下的饱和蒸汽压
P
t
水
A
0
A
p
0
W
p
一般地,设总压 P下,纯组分 A的沸点为 t1、
水的沸点为 t2,水与 A混合物的沸点为 t,则 A与水不互溶
§ 9.5 其它精馏方式为什么不互溶物系的沸点比任一纯组分的沸点均低？
例：常压下,
水的沸点,100℃
苯的沸点,80.1℃
水 — 苯混合物的沸点,69.5℃
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 9/24
思考：
直接蒸汽加热的精馏过程与水蒸汽蒸馏过程有何本质区别？ 通入的蒸汽作用相同否？
二者本质区别：
直接蒸汽加热的精馏过程用于互溶的水溶液,
水蒸汽蒸馏过程用于不互溶的溶液 。
前者中的水蒸汽主要为加热剂,而后者既是加热剂,又是夹带剂 。
§ 9.5 其它精馏方式
D,x
D
W *,x
W
*
F,x
F
S,y
S
=0
V? L?
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 10/24
特点,? 不稳定；
只有精馏段，没有提馏段二,间歇精馏间歇精馏流程简图
D,x
D
加热蒸汽
F,x
F
思考：
间歇精馏与简单蒸馏有何相同和不同之处？
间歇精馏通常有 恒回流比,恒馏出液组成 这两种操作方式
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 11/24
间隙精馏流程简图
D,x
D
加热蒸汽
F,x
F
x
y
c
2
c
3
c
1
1,恒回流比操作
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 12/24
x
y
a
c
2
c
3
c
1
间隙精馏流程简图
D,x
D
加热蒸汽
F,x
F
2,恒馏出液组成操作
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 13/24
- - - - - 用于 1 的混合液或 1 的混合液在被分离的混合液中加入第三组分,以改变原混合物组分间的相对挥发度,从而用精馏将它们分离 。
三,特殊精馏
萃取精馏恒沸精馏特殊精馏
§ 9.5 其它精馏方式
y
x
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 14/24
加入的第三组分与原溶液中的一个或者两个组分形成 最低恒沸物,从而形成了,恒沸物－纯组分”的精馏体系，恒沸物从塔顶蒸出，纯组分从塔底蒸出，这种形式的精馏称为恒沸精馏，其中所添加的第三组分称为恒沸剂或者夹带剂。
例 1,乙醇 - 水体系，乙醇从塔底排出，水被苯从塔顶带出。
常压下沸点乙醇 水 苯 乙醇 - 水恒沸物 苯 - 乙醇 - 水恒沸物
7 8,3 ℃ 1 0 0 ℃ 8 0,1 ℃ 7 8,1 5 ℃ 6 4,6 ℃
乙醇 - 水恒沸物组成 乙醇 0,8 9 5 水 0,1 0 5
苯 - 乙醇 - 水恒沸物组成 乙醇 0,2 3 0 水 0,2 2 6 苯 0,5 5 4
1,恒沸精馏
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 15/24
例 2,环己烷 - 苯体系，恒沸剂为丙酮常压下沸点环己烷 苯 丙酮 环己烷 - 苯恒沸物 环己烷 - 丙酮恒沸物
8 0,8 ℃ 8 0,1 ℃
℃
5 6,2 ℃ 7 7 ℃ 5 3 ℃
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 16/24
（ 1） 新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要有足够大的差别,一般要求大于 10℃ 。
（ 2） 希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物,
而且夹带组分的量要尽可能高,这样夹带剂用量较少,能耗较低 。
（ 3） 最好能形成非均相恒沸物,以便于回收其中的夹带剂 。 如乙醇－水恒沸精馏中静置分层的办法 。
（ 4） 还应满足其它的工业要求,如具备热稳定性,无毒,
不腐蚀,来源容易,价格低廉等 。
§ 9.5 其它精馏方式恒沸剂的选择原则：
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 17/24
在被分离的二元混合液中加入第三组分,沸点很高,且该组分不与其它组分形成恒沸物，但与原溶液中 A,B 两组分的分子作用力不同，从而增大它们的相对挥发度，或打破原恒沸体系，使精馏得以进行，这种形式的精馏称为 萃取精馏 。其中所添加的第三组分称为萃取剂，精馏时 从塔底排出。
例一 常压下沸点环己烷 苯 糠醛 苯酚
8 0,8 ℃ 8 0,1
℃
1 6 1,7 ℃ 1 8 0 ℃
萃取剂能显著改变苯的饱和蒸汽压，而对环己烷影响不明显，使苯从易挥发组分变为难挥发组分。
2,萃取精馏
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 18/24
萃取剂的选择原则：
（ 1） 选择性高加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大 。
（ 2） 溶解度大能和任何浓度的原溶液互溶,以避免分层,否则难以充分发挥萃取精馏的作用 。
（ 3） 挥发性小其沸点比混合液的其它组分高得多,以保证塔顶产品的质量,
也易与另一组分分离,但沸点也不能太高,否则会造成回收困难 。
（ 4） 具有稳定性,无毒,不腐蚀,来源容易,价格低廉 等其它工业要求 。
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 19/24
MT BE 催化精馏工艺流程成品 MT BE
异丁烯
1
甲醇反应段提馏段精馏段甲醇
－
异丁烯恒沸物四,反应精馏例：
甲醇和异丁烯在强酸性离子交换树脂上催化反应生成甲基叔丁基醚 （ 简写为
MTBE,一种无铅汽油的添加剂 ）
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 20/24
1,多元精馏较二元精馏计算复杂
2,多元精馏一般采用多塔流程，而且流程方案有多种。
三元精馏的两种流程方案
C
(a)
1A,B,
C
B C
A
2
B
C B
(b)
1A,B,
C
A B 2
A
§ 9.6 多元精馏一．特点浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 21/24
注意以下几个方面：
（ 1） 各组分在流程中的汽化,冷凝次数应尽可能少,
以降低设备的负荷和能耗 。
（ 2） 若存在一对较难分离的相邻组分,宜置于最后分离 。 因为精馏该混合物需要很多塔板,放在最后需要的塔径最小 。
（ 3） 对纯度要求较高的组分,最好从塔顶蒸出,因为塔底常含有少量难挥发性的杂质 。
（ 4） 对热敏性组分,为减少被加热的次数,应优先分离；对有强腐蚀性的组分,为避免多个设备的腐蚀,
也应优先分离 。
§ 9.6 多元精馏浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 22/24
原油加工的复杂塔流程
1 －加热炉； 2 －主塔； 3 －侧塔汽油重油气态烃水原油水蒸汽煤油柴油润滑油水蒸汽
1
2
3
当物料的处理量较大,而产品的纯度要求不高时,可采用带有侧线出料的复杂塔流程代替多塔流程 。
一般侧线产品的纯度不高
§ 9.6 多元精馏浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 23/24
y
a
=y
1
x
a
=x
0
y
1
1
y
2
2
x
2
y
3
x
i-1
y
i
i x
i
y
i +1
y
N - 1
N- 1
x
N - 1
y
N
N
y
b
=y
N + 1
x
b
=x
N
板式吸收塔对低浓气体，操作线方程：
aabb yxx
G
L
y
aaii yxx
G
L
y
1
S
yy
yyS
A
N
aa
ab1ln
ln
1
OGNS
SN
ln
1
§ 9.7 吸收过程的塔板数一,解析法对于低浓气体吸收，平衡线和操作线都可作为直线时，逐板计算得：
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 24/24
y B
y
N+1
E
y
N
P
2
y
3
P
1
y
2
E
2
A
y
1
E
1
O x
0
x
1
x
2
x
N
x
图解法求吸收理论板数
§ 9.7 吸收过程的塔板数二,图解法
幻灯片 6目录
§ 9.4 二元连续精馏的分析与计算八、精馏塔的热量衡算九、精馏塔内的温度分布和灵敏板十、填料精馏塔的填料层高度
§ 9.5 其它精馏方式
§ 9.6 多元精馏
§ 9.7 吸收过程的塔板数
反应精馏特殊精馏间歇精馏水蒸汽蒸馏浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 2/24
W,h W
L?,h? L
V?,h? V
近似假定,LW hh,于是
WLVB rVhhVQ
八、精馏塔的热量衡算
1,再沸器的热负荷对再沸器作热量衡算得：
LWVB hLWhhVQ
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 3/24
D,h
D
V,h
V
L,h
D
八、精馏塔的热量衡算
2、冷凝器的热负荷对冷凝器作热量衡算得：
DDV
DDVC
VrhhV
LhDhVhQ
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 4/24
D,x
D
F,x
F
W,x
W
L?V?
lWDCBF QQQQQQ
lCB QQQ
若 Q l 忽略，则 CB QQ?
通常 QF,QD,QW数值较小，
可忽略不计，于是八、精馏塔的热量衡算
3,全塔热量衡算浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 5/24
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
80 90 100 110
t
m a x
x
F
= 0,4
x
F
= 0,4 3
塔板序号温度九、精馏塔内的温度分布和灵敏板灵敏板：
当正在操作中的精馏塔受到某一外界干扰,
如回流比,进料组成波动等,全塔各板的组成和温度将发生变化 。 变化最灵敏的一块板或相邻的几块板称为灵敏板 。
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 6/24
NH E T PH
D,x
D
F,x
F
W,x
W
等板高度
H e i g h t E q u i v a l e n t o f a T h e o r e t i c a l P l a t e
- - - - - - - - - 分离效果相当于一层理论板的一段填料层高度十、填料精馏塔的填料层高度影响 HETP的因素：
流动状况,物性参数,结构参数和操作参数,
思考,等板高度大好还是小好？
等板高度愈小,说明填料层的传质分离效果愈好
N
HH E T P?
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 7/24
反应精馏特殊精馏间歇精馏水蒸汽蒸馏特点：
a,水蒸汽与物质在 低沸点 下一起蒸出 （ 比任一纯组分的沸点均低 ），
b,经冷凝、分层，除去水分从而得到产品。
c,水蒸汽既作加热剂，又作夹带剂适用范围,沸点较高或高温下易分解，且不溶于水的物系
§ 9.5 其它精馏方式一,水蒸汽蒸馏定义：将水蒸气直接通入 不溶于水的物系 进行蒸馏 。
D,x
D
W *,x
W
*
F,x
F
S,y
S
=0
V? L?
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 8/24
00 WA ppP
t < t 1 t < t 2
如何确定水蒸汽蒸馏时的沸点呢？
tfpPp WA 00
p
tp
W
~
0
tp
A
~
0
tpP
W
~
0
t找 tp A ~0 线和 tpP W ~)( 0? 线交点液体上方 A
和水的蒸汽压分别等于它们同温度下的饱和蒸汽压
P
t
水
A
0
A
p
0
W
p
一般地,设总压 P下,纯组分 A的沸点为 t1、
水的沸点为 t2,水与 A混合物的沸点为 t,则 A与水不互溶
§ 9.5 其它精馏方式为什么不互溶物系的沸点比任一纯组分的沸点均低？
例：常压下,
水的沸点,100℃
苯的沸点,80.1℃
水 — 苯混合物的沸点,69.5℃
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 9/24
思考：
直接蒸汽加热的精馏过程与水蒸汽蒸馏过程有何本质区别？ 通入的蒸汽作用相同否？
二者本质区别：
直接蒸汽加热的精馏过程用于互溶的水溶液,
水蒸汽蒸馏过程用于不互溶的溶液 。
前者中的水蒸汽主要为加热剂,而后者既是加热剂,又是夹带剂 。
§ 9.5 其它精馏方式
D,x
D
W *,x
W
*
F,x
F
S,y
S
=0
V? L?
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 10/24
特点,? 不稳定；
只有精馏段，没有提馏段二,间歇精馏间歇精馏流程简图
D,x
D
加热蒸汽
F,x
F
思考：
间歇精馏与简单蒸馏有何相同和不同之处？
间歇精馏通常有 恒回流比,恒馏出液组成 这两种操作方式
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 11/24
间隙精馏流程简图
D,x
D
加热蒸汽
F,x
F
x
y
c
2
c
3
c
1
1,恒回流比操作
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 12/24
x
y
a
c
2
c
3
c
1
间隙精馏流程简图
D,x
D
加热蒸汽
F,x
F
2,恒馏出液组成操作
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 13/24
- - - - - 用于 1 的混合液或 1 的混合液在被分离的混合液中加入第三组分,以改变原混合物组分间的相对挥发度,从而用精馏将它们分离 。
三,特殊精馏
萃取精馏恒沸精馏特殊精馏
§ 9.5 其它精馏方式
y
x
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 14/24
加入的第三组分与原溶液中的一个或者两个组分形成 最低恒沸物,从而形成了,恒沸物－纯组分”的精馏体系，恒沸物从塔顶蒸出，纯组分从塔底蒸出，这种形式的精馏称为恒沸精馏，其中所添加的第三组分称为恒沸剂或者夹带剂。
例 1,乙醇 - 水体系，乙醇从塔底排出，水被苯从塔顶带出。
常压下沸点乙醇 水 苯 乙醇 - 水恒沸物 苯 - 乙醇 - 水恒沸物
7 8,3 ℃ 1 0 0 ℃ 8 0,1 ℃ 7 8,1 5 ℃ 6 4,6 ℃
乙醇 - 水恒沸物组成 乙醇 0,8 9 5 水 0,1 0 5
苯 - 乙醇 - 水恒沸物组成 乙醇 0,2 3 0 水 0,2 2 6 苯 0,5 5 4
1,恒沸精馏
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 15/24
例 2,环己烷 - 苯体系，恒沸剂为丙酮常压下沸点环己烷 苯 丙酮 环己烷 - 苯恒沸物 环己烷 - 丙酮恒沸物
8 0,8 ℃ 8 0,1 ℃
℃
5 6,2 ℃ 7 7 ℃ 5 3 ℃
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 16/24
（ 1） 新的最低恒沸物沸点要与另一从塔底排出的组分要有足够大的差别,一般要求大于 10℃ 。
（ 2） 希望能与料液中含量较少的那个组分形成恒沸物,
而且夹带组分的量要尽可能高,这样夹带剂用量较少,能耗较低 。
（ 3） 最好能形成非均相恒沸物,以便于回收其中的夹带剂 。 如乙醇－水恒沸精馏中静置分层的办法 。
（ 4） 还应满足其它的工业要求,如具备热稳定性,无毒,
不腐蚀,来源容易,价格低廉等 。
§ 9.5 其它精馏方式恒沸剂的选择原则：
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 17/24
在被分离的二元混合液中加入第三组分,沸点很高,且该组分不与其它组分形成恒沸物，但与原溶液中 A,B 两组分的分子作用力不同，从而增大它们的相对挥发度，或打破原恒沸体系，使精馏得以进行，这种形式的精馏称为 萃取精馏 。其中所添加的第三组分称为萃取剂，精馏时 从塔底排出。
例一 常压下沸点环己烷 苯 糠醛 苯酚
8 0,8 ℃ 8 0,1
℃
1 6 1,7 ℃ 1 8 0 ℃
萃取剂能显著改变苯的饱和蒸汽压，而对环己烷影响不明显，使苯从易挥发组分变为难挥发组分。
2,萃取精馏
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 18/24
萃取剂的选择原则：
（ 1） 选择性高加入少量萃取剂就能使原组分间的相对挥发度显著增大 。
（ 2） 溶解度大能和任何浓度的原溶液互溶,以避免分层,否则难以充分发挥萃取精馏的作用 。
（ 3） 挥发性小其沸点比混合液的其它组分高得多,以保证塔顶产品的质量,
也易与另一组分分离,但沸点也不能太高,否则会造成回收困难 。
（ 4） 具有稳定性,无毒,不腐蚀,来源容易,价格低廉 等其它工业要求 。
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 19/24
MT BE 催化精馏工艺流程成品 MT BE
异丁烯
1
甲醇反应段提馏段精馏段甲醇
－
异丁烯恒沸物四,反应精馏例：
甲醇和异丁烯在强酸性离子交换树脂上催化反应生成甲基叔丁基醚 （ 简写为
MTBE,一种无铅汽油的添加剂 ）
§ 9.5 其它精馏方式浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 20/24
1,多元精馏较二元精馏计算复杂
2,多元精馏一般采用多塔流程，而且流程方案有多种。
三元精馏的两种流程方案
C
(a)
1A,B,
C
B C
A
2
B
C B
(b)
1A,B,
C
A B 2
A
§ 9.6 多元精馏一．特点浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 21/24
注意以下几个方面：
（ 1） 各组分在流程中的汽化,冷凝次数应尽可能少,
以降低设备的负荷和能耗 。
（ 2） 若存在一对较难分离的相邻组分,宜置于最后分离 。 因为精馏该混合物需要很多塔板,放在最后需要的塔径最小 。
（ 3） 对纯度要求较高的组分,最好从塔顶蒸出,因为塔底常含有少量难挥发性的杂质 。
（ 4） 对热敏性组分,为减少被加热的次数,应优先分离；对有强腐蚀性的组分,为避免多个设备的腐蚀,
也应优先分离 。
§ 9.6 多元精馏浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 22/24
原油加工的复杂塔流程
1 －加热炉； 2 －主塔； 3 －侧塔汽油重油气态烃水原油水蒸汽煤油柴油润滑油水蒸汽
1
2
3
当物料的处理量较大,而产品的纯度要求不高时,可采用带有侧线出料的复杂塔流程代替多塔流程 。
一般侧线产品的纯度不高
§ 9.6 多元精馏浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 23/24
y
a
=y
1
x
a
=x
0
y
1
1
y
2
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2
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N - 1
N- 1
x
N - 1
y
N
N
y
b
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N + 1
x
b
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N
板式吸收塔对低浓气体，操作线方程：
aabb yxx
G
L
y
aaii yxx
G
L
y
1
S
yy
yyS
A
N
aa
ab1ln
ln
1
OGNS
SN
ln
1
§ 9.7 吸收过程的塔板数一,解析法对于低浓气体吸收，平衡线和操作线都可作为直线时，逐板计算得：
浙江大学本科生课程化工原理 第九章 蒸馏 24/24
y B
y
N+1
E
y
N
P
2
y
3
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1
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E
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图解法求吸收理论板数
§ 9.7 吸收过程的塔板数二,图解法
