化工原理蒸餾教案

授 課蒸餾概述及拉烏爾定律教案內(nèi)容備注*教學目的.了解蒸餾在化工生產(chǎn)上有那些應用.掌握蒸餾的基本概念和二元理想溶液的汽液平衡教學內(nèi)容蒸餾，理想溶液，拉烏爾定律，二元理想溶液的t-x-y相圖和x-y相圖教學重點、難點及其處理.重點拉烏爾定律，汽液平衡關系.難點及其處理方法二元理想溶液的汽液平衡和t-x-y相圖x-y相圖結(jié)合相圖講解。教學方法、手段結(jié)合生活中的例子引出蒸餾單元操作，以課堂講解為主介紹理想溶液及拉烏爾定律。板式設計蒸餾過程概述與汽液平衡關系（一）蒸餾過程概述1.蒸饋過程在化工中的應用教材：譚天恩等編著《化工原理》第三版下冊2006參考書：姚玉英編著《化工原理》新版2003年王志魁主編《化工原理》第二版2003年劉佩茹編著《化工過程與設備》蒸餾分離的依據(jù)是，根據(jù)溶液中各組分揮發(fā)度（或沸點）的差異，使各組分得以分離。.蒸儲分離的特點.蒸儲過程的分類工業(yè)上，蒸餾操作可按以下方法分類：（1）蒸餾操作方式可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾（閃蒸），精餾和特殊精餾等。（2）蒸餾操作流程可分為間歇蒸餾和連續(xù)蒸餾。（3）物系中組分的數(shù)目可分為兩組分蒸餾和多組分蒸餾。（4）操作壓力可分為加壓、常壓和減壓蒸餾。

本章重點討論兩組分物系連續(xù)精餾的原理及計算方法。（二）蒸餾過程的汽液平衡關系兩組分理想物系的汽液平衡所謂理想物系是指液相和汽相應符合以下條件：（1）液相為理想溶液，遵循拉烏爾定律。（2）汽相為理想氣體，遵循道爾頓分壓定律。.汽液平衡相圖（1）溫度一組成"％-y）圖（2）汽一液相組成圖（x-y圖）.汽液平衡的關系式（1）拉烏爾定律（2）以平衡常數(shù)表示的汽液平衡方程思考題蒸餾操作和吸收操作依據(jù)的原理分別是什么？作業(yè)第二授課單元揮發(fā)度和相對揮發(fā)度，非理想溶液的汽液平衡關系，簡單蒸餾和平衡蒸餾教案內(nèi)容備注*

教材：譚天恩等編著《化工原理》第三版下冊教材：譚天恩等編著《化工原理》第三版下冊2006參考書：姚玉英編著《化工原理》新版2003年王志魁主編《化工原理》第二版2003年劉佩茹編著《化工過程與設備》.熟悉非理想溶液的最低恒沸點及相應的最高蒸汽壓和最高恒沸點及相應的最低蒸汽壓.掌握理想溶液及非理想溶液的揮發(fā)度和相對揮發(fā)度的定義，理想溶液的相對揮發(fā)度隨溫度增加而略有減小，簡單蒸餾的計算教學內(nèi)容純組分和溶液中各組分的揮發(fā)度，理想溶液和非理想溶液中兩組分的相對揮發(fā)度，非理想溶液的相圖，最高恒沸點和最低恒沸點，簡單蒸餾的總物料衡算和微分物料衡算。教學重點、難點及其處理.重點理想溶液和非理想溶液相對揮發(fā)度的計算.難點及其處理方法非理想溶液的最高恒沸點和最低恒沸點。教學方法、手段課堂講解為主板式設計(3)以相對揮發(fā)度表示的汽液平衡方程(二)兩組分非理想物系的汽液平衡實際生產(chǎn)中所遇到的大多數(shù)物系為非理想物系。非理想物系可能有如下三種情況：(1)液相為非理想溶液，汽相為理想氣體；(2)液相為理想溶液，汽相為非理想氣體；(3)液相為非理想溶液，汽相為非理想氣體。.汽液平衡相圖正偏差系負偏差系.汽液平衡方程第二節(jié)平衡蒸餾與簡單蒸餾(一)平衡蒸餾1.平衡蒸餾裝置與流程

2.平衡蒸餾過程計算總物料衡算易揮發(fā)組分衡算（二）簡單蒸餾.簡單蒸饋裝置與流程.簡單蒸饋的計算思考題非理想溶液的最高恒沸點和最低恒沸點的意義？作業(yè)第三授課單元平衡級蒸餾和精餾原理教案內(nèi)容備注*

教材：譚天恩等編著《化工原理》第三版下冊教材：譚天恩等編著《化工原理》第三版下冊2006參考書：姚玉英編著《化工原理》新版2003年王志魁主編《化工原理》第二版2003年劉佩茹編著《化工過程與設備》掌握平衡蒸餾的計算，液相分率對汽液相組成的影響，比較平衡蒸餾和簡單蒸餾的分離效果，理解平衡級蒸餾，精餾的設備條件、回流條件和理論板假設、恒摩爾流假設教學內(nèi)容平衡蒸餾，平衡蒸餾與簡單蒸餾的比較，平衡級蒸餾，精餾的設備條件、回流條件和理論板假設、恒摩爾流假設教學重點、難點及其處理.重點精餾的設備條件、回流條件和理論板假設、恒摩爾流假設.難點及其處理方法簡單蒸餾與平衡蒸餾的分離效果比較，用例題講解。為什么簡單蒸餾的分離效果好，結(jié)合t-x-y相圖給同學講解。教學方法、手段課堂講解為主板式設計結(jié)合圖10-12講解精餾的原理和流程第三節(jié)精餾原理和流程（一）精餾過程原理.多次部分汽化和多次部分冷凝.精餾塔模型（二）精餾操作流程.連續(xù)精餾操作流程.間歇精餾操作流程間歇精餾與連續(xù)精餾相比，有如下特點：.間歇精餾為非定態(tài)過程，它有兩種操作方式；即恒回流比操作和恒餾出液組成操作。.間歇精餾只有精餾段。思考題平衡蒸餾與平衡級蒸餾的區(qū)別是什么？作業(yè)第四授課單元

二元連續(xù)精餾的全塔物料衡算，精餾段的分析及其圖解教案內(nèi)容備注*教學目的掌握回流比是精餾設計中的核心因素，二元連續(xù)精餾的全塔物料衡算，精餾段操作線方程教學內(nèi)容全塔物料衡算，回流比，精餾段操作線方程教學重點、難點及其處理.重點全塔物料衡算，精餾段操作線方程，精餾段操作線和理論板的圖解.難點及其處理方法理論板圖解方法的理論依據(jù)教學方法、手段課堂講解為主板式設計圖示精餾段操作線和理論板的畫法（圖10-15）全塔物料衡算（一）物料衡算：連續(xù)穩(wěn)定操作，進料流量二出料流量xf——原料中易揮發(fā)組分的摩爾分率XD——餾出液中易揮發(fā)組分的摩爾分率XW一釜液中易揮發(fā)組份的摩爾分率應用時要注意F與XF的關系，F(xiàn)若用質(zhì)量表示，則XF要用質(zhì)量分率表示，統(tǒng)一例題（二）精餾過程所要求的分離表示法.用產(chǎn)品的組成表示（乂『95%）.用回收率表示回收率：指回收了原料中易揮發(fā)（或難揮發(fā)）組分百分數(shù)如：塔頂易揮發(fā)組分的回收率nn點餾出液中易揮發(fā)組份/原料液中易揮發(fā)組份二DXn/易 d教材：譚天恩等編著《化工原理》第三版下冊2006參考書：姚玉英編著《化工原理》新版2003年王志魁主編《化工原理》第二版2003年劉佩茹編著《化工過程與設備》FXFX100%n胞W（1—XW）/F（1—XF）X100%精餾的分析及其圖解法（一）幾個概念1、理論塔板（theoreticalplate）：離開該塔板的汽、液組成達到相平衡的塔板。注：理論板并不存在，但它可以作為衡量實際塔板分離效果的最高標準。在設計中，求理論數(shù)后，則實際板數(shù)二理論板數(shù)X校正系數(shù)2、操作關系：任意板下降液體組成Xn與下一板上升蒸汽組成yn+1之間的關系。由物料衡算決定。（二）恒摩爾流的假定.恒摩爾汽化精儲段內(nèi)，由每層塔板上升的蒸汽摩爾流量皆相等；提儲段內(nèi)也是一樣.恒摩爾溢流精儲段內(nèi)，由每層塔板溢流的液體摩爾流量相等；提儲段內(nèi)也是一樣。L——精儲段下流的液體摩爾流量kmol/hL’——提儲段下流的液體摩爾流量kmol/hL1=L2=L3==Ln=定值二LL，1=L，2=L，3= 4口=定值兩段下降流體摩爾流量不一定相等總稱為恒摩爾流假設.如符合以下條件，則上述兩項假設與實際情況相近①各組分的摩爾潛熱相等②汽液接觸時回溫度不同而變換的顯熱可以忽略③保溫良好，塔的熱損失可以忽略不計（三）操作線方程的推導.精儲段操作線方程式（筆記）.提儲段操作線方程六.思考題

精餾操作的兩個基本假設是什么？七.作業(yè)第五授課單元提餾段的分析和進料狀況的影響教案內(nèi)容備注*一.教學目的掌握進料的五種熱狀況及其對應的q，提餾段的操作線方教材：譚天恩等編著《化工原理》第三版

下冊2006參考書：姚玉英編著《化工原理》新版下冊2006參考書：姚玉英編著《化工原理》新版2003年王志魁主編《化工原理》第二版2003年劉佩茹編著《化工過程與設備》教學內(nèi)容五種熱狀況及其對應的q,提餾段的操作線方程，加料板的物料衡算，q線方程，圖解法求解理論塔板數(shù)，直接水蒸氣加熱的適用場合和優(yōu)缺點教學重點、難點及其處理.重點全塔物料衡算，精餾段操作線方程，精餾段操作線和圖解法求理論塔板數(shù).難點及其處理方法進料的熱狀況q對于理論板數(shù)的影響。結(jié)合圖解講解（圖10—22,10-23）教學方法、手段課堂講解為主板式設計.進料狀況的影響在提餾段操作線中，液、氣流量L及V,尚需根據(jù)精餾段的液、汽流量L、V和進料物流量及其受熱狀況來決定。進料共有五種可能的熱狀況①過冷液體（tF<ts）②飽和液體（泡點液體進料）tF=ts③飽和液汽的混合物（ts<t<td）④飽和蒸汽（t二td）⑤過熱蒸汽（t>td）（q-1）Fy=qFz-FxF（q線方程，利用q線作提餾段操作線）.以第3種情況分析，其它類推第3種情況ts<tF<td（汽、液混合）1）設進料中液相所占的分率為q,則汽相為（1—q）加料板上物料衡算：L'=L+qF

汽相:V、+（1-q）F=V V、=V-（1-q）F2）進料液相分率q與熱狀況有一定的關系。令進料液、飽和液體，飽和蒸汽焓分別為iF,iL,iV（kj/kmol）進料帶入的總焓二汽、液兩相各自帶入的焓之和，即：對1mol進料，則7=qiL+G—q泉對于飽和汽、液混合進料這情況，ts<tF<td，iL<iF<iV貝UiV-iL>iV-iF>0.??0<q<1.推廣至其它的情況1）過冷液體進料：原料進塔與蒸汽接觸后應升至平衡溫度（泡點），這就需要將提餾段上升的一部分蒸汽冷凝下來，用冷凝放出的潛熱Q供進料升溫用。V、>V???iF<iL??iV-iF>iV-iL,即q>1（圖b，P405）2）泡點液體進料（飽和液體進料）：tS二tF,iF=iL,???q=13）汽液混合進料：iL<iF<iV，0<q<14）飽和蒸汽進料：仁td即iF=iv，???q=0,V=F+V',L=L'5）過熱蒸汽進料：t>td即iF>iv，，q<0進料不僅全部與提餾段上升蒸汽V′匯合進入精餾段，還將釋放出顯熱，使精餾段的回流液額外汽化一部分，結(jié)果V>V、+F,L、<L.q線方程（進料操作線方程）若以V表示精餾段上升的蒸汽摩爾流量kmol/hV’——表示提餾段上升的蒸汽摩爾流量kmol/h下標表示塔板序號，則V1=V2=V3- ，V1=v2=v3= 注意：兩段上升的蒸汽摩爾流量不一定相等。思考題五種進料狀況所對應的q值各是多少？物理意義是什么？作業(yè)第六授課單元理論板數(shù)確定教案內(nèi)容備注*-1教學目的教材：譚天恩等編著

《化工原理》第三版下冊《化工原理》第三版下冊2006參考書：姚玉英編著《化工原理》新版2003年王志魁主編《化工原理》第二版2003年劉佩茹編著《化工過程與設備》教學內(nèi)容逐板計算法用到三個方程和四條線，直接水蒸氣加熱的適用場合和優(yōu)缺點教學重點、難點及其處理.重點圖解理論板數(shù).難點及其處理方法逐板計算法和圖解法的對應關系教學方法、手段結(jié)合圖講解板式設計一、理論塔板數(shù)的確定求理論塔板數(shù)，必須利用：（1）汽液兩相的平衡關系（平衡曲線X—Y），（2）相鄰兩板間汽液兩相組成的操作關系（操作線方程）求解方法：逐板法和圖解法（一）逐板計算法（二）圖解法（筆記）X-Y圖解法.操作線的繪制（1）精餾段操作線精餾段操作線方程： R對角線方程：yy=-p-x+.=x精餾段操作線與"+1R+1"R+1對角線交點a（xd,xd）,與縱軸交點b（0,xd/（R+1））;則，ab即為精餾段操作線。（2）提餾段操作線提餾段操作線方程:提餾段操作線與對角線交點：c（xW，xW）;提餾段操作線與精餾段操作線的交點：精餾段操作線方程： Vy二Lx+DxD提餾段操作線方程： V‘y‘=L‘x'-WxW 聯(lián)立兩個方程并整理得：式（1-38）稱為q線方程或進料方程，是描述兩個操作線交點軌跡的方程。q線的繪制：q線與對角線交點為e（xf,xf）、其斜率為q/（q-1）;據(jù)此做直線ef即為q線。q線與精餾段操作線交點d;則連db即得提餾段操作線.圖解求理論塔板數(shù)

過a依次在兩個操作線與平衡線之間畫梯級，即可求得理論塔板數(shù)。（一個梯級代表一塊理論塔板）思考題圖解理論板的要點是什么？作業(yè)第七授課單元塔板效率，回流比的影響及其選擇教案內(nèi)容備注*教學目的.了解影響塔板效率的因素.熟悉回流比對精餾費用的影響.掌握最小回流比的概念和計算，全回流和操作線方程教學內(nèi)容默弗里板效率，總板效率，最小回流比，全回流教學重點、難點及其處理.重點已知總板效率和理論板數(shù)求解實際板數(shù)；最小回流比的概念和計算，全回流的概念和操作線方程.難點及其處理方法操作中如何調(diào)節(jié)回流比保證產(chǎn)品質(zhì)量教學方法、手段課堂講解為主板式設計回流比的影響及其選擇（一）回流比R=L/D的改變對精餾操作的影響RT，精餾段操作線向?qū)蔷€靠近，N1，但Lf，即冷凝器的負荷加大。R］，精餾段遠離對角線，Nf當R,q線一與平衡線相交，則N一如此時R稱為Rmin，全回流。（二）回流比R=L/D的改變對提餾段操作線的影響（1）Rfq點下降，提餾段接近對角線，板數(shù)減少，但再沸器負荷加大，純度f教材：譚天恩等編著《化工原理》第三版下冊2006參考書：姚玉英編著《化工原理》新版2003年王志魁主編《化工原理》第二版2003年劉佩茹編著《化工過程與設備》

R],提餾段與操作線相距越遠，當與平衡線相交（q線），Nf。（三）回流比的選擇Rmin<R<RsNmin：R一如此時兩操作線與對角線重合，稱為全回流。只有在特定條件下才用它：如精餾塔的啟動階段，或操作中因意外而產(chǎn)品純度低于要求時，進行一定時間的全回流，使能較快地達到操作正常。.正確選擇Ropt（1）操作費：①加熱蒸汽和冷卻水②設備折舊，維修（2）設備費（塔板數(shù)）.注意幾點：①設計的角度看，在給定任務下，必須考慮設備費與操作費來選擇R;②對于投產(chǎn)中的精餾塔，則只能從調(diào)節(jié)操作狀態(tài)來考慮回流比影響。如當蒸氣流量V和進料流量、組成、熱狀況不變，若Rf,其影響為：（1）D=V/R+1,則塔頂產(chǎn)量D1。（2）由于達成原分離要求所需的板數(shù)減少，現(xiàn)板數(shù)不變，就可超過原來的分離要求，即xDf。（四）最小回流比的計算.作圖法；.解析法思考題.非理想物系確定最小回流比應當注意什么？.全回流操作的適用場合？作業(yè)補充題第八授課單元理論板數(shù)的捷算法教案內(nèi)容備注*

教學目的.熟悉捷算法求解理論板數(shù).掌握圖解法求解最少理論板數(shù)Nmin。教學內(nèi)容最少理論板數(shù)Nmin，芬斯克方程，吉利蘭關聯(lián)圖教學重點、難點及其處理.重點捷算法求解理論板數(shù)教學方法、手段課堂講解為主板式設計簡捷法求理論板層數(shù)程序：（1）計算Rmin、確定R，計算橫坐標；（2）查圖得橫坐標；（3）計算Nmin和，根據(jù)橫坐標值和Nmin的值計算N。作業(yè)補充題教材：譚天恩等編著《化工原理》第三版下冊2006