化工原理精餾教案

化工原理精餾教案?一、課程基本信息1.課程名稱：化工原理2.授課對象：[具體專業(yè)及年級]3.授課章節(jié)：精餾4.授課學(xué)時：[X]學(xué)時二、教學(xué)目標1.知識與技能目標理解精餾的基本原理，掌握精餾過程的物料衡算、熱量衡算方法。熟悉精餾塔的結(jié)構(gòu)，了解精餾塔的主要操作參數(shù)及其影響。能夠運用逐板計算法和簡捷計算法進行精餾塔的工藝計算。掌握回流比的概念、作用及對精餾操作的影響，學(xué)會合理選擇回流比。2.過程與方法目標通過對精餾過程的分析和計算，培養(yǎng)學(xué)生運用工程思維解決實際問題的能力。借助精餾塔的模型演示和多媒體動畫，增強學(xué)生的直觀認識，提高學(xué)生的空間想象能力和觀察能力。組織學(xué)生進行小組討論和案例分析，鍛煉學(xué)生的團隊協(xié)作能力和溝通表達能力。3.情感態(tài)度與價值觀目標培養(yǎng)學(xué)生嚴謹、細致、實事求是的科學(xué)態(tài)度，樹立正確的工程觀念。激發(fā)學(xué)生對化工專業(yè)的學(xué)習興趣，增強學(xué)生的創(chuàng)新意識和社會責任感。三、教學(xué)重難點1.教學(xué)重點精餾原理，包括雙組分理想物系的氣液相平衡關(guān)系。精餾塔的物料衡算和操作線方程的推導(dǎo)與應(yīng)用。回流比的影響及合理選擇。2.教學(xué)難點精餾過程中恒摩爾流假設(shè)的理解與應(yīng)用。操作線方程與平衡線的關(guān)系及理論板數(shù)的計算方法?；亓鞅扰c精餾塔性能之間的定量關(guān)系。四、教學(xué)方法1.講授法：系統(tǒng)講解精餾的基本概念、原理、計算公式等基礎(chǔ)知識，確保學(xué)生建立起完整的知識體系。2.演示法：利用精餾塔模型進行現(xiàn)場演示，展示精餾塔的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作過程，幫助學(xué)生直觀理解精餾原理。3.討論法：組織學(xué)生對精餾過程中的關(guān)鍵問題進行小組討論，如恒摩爾流假設(shè)的合理性、回流比的優(yōu)化等，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和團隊協(xié)作精神。4.案例分析法：通過實際工程案例分析，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題，提高學(xué)生的工程實踐能力。五、教學(xué)過程（一）課程導(dǎo)入（10分鐘）1.通過展示一張精餾塔的圖片，引導(dǎo)學(xué)生觀察并思考精餾塔在化工生產(chǎn)中的作用，從而引出本節(jié)課的主題精餾。2.簡單介紹精餾在化工行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，如石油煉制、化工產(chǎn)品分離提純等，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣。（二）精餾原理講解（30分鐘）1.復(fù)習氣液相平衡的相關(guān)知識，包括相律、拉烏爾定律等，為理解精餾原理做鋪墊。2.詳細講解精餾的基本原理：利用混合液中各組分揮發(fā)度的差異，通過多次部分汽化和部分冷凝，使氣相中輕組分濃度不斷提高，液相中重組分濃度不斷提高，從而實現(xiàn)混合液的分離。3.借助多媒體動畫，展示精餾塔內(nèi)的氣液傳質(zhì)過程，包括上升蒸汽與下降液體之間的熱量傳遞和質(zhì)量傳遞，幫助學(xué)生理解精餾的微觀過程。4.引入恒摩爾流假設(shè)：在精餾塔內(nèi)，假設(shè)每層塔板上上升蒸汽的摩爾流量相等，下降液體的摩爾流量相等。解釋恒摩爾流假設(shè)成立的條件，并說明該假設(shè)對簡化精餾計算的重要性。（三）精餾塔的結(jié)構(gòu)介紹（20分鐘）1.展示精餾塔的實物模型，按照從上到下的順序，依次介紹精餾塔的主要組成部分，包括塔頂冷凝器、精餾段、提餾段、塔釜再沸器等。2.講解各部分的作用：塔頂冷凝器用于將塔頂上升的蒸汽冷凝成液體，部分作為回流液返回塔內(nèi)，部分作為塔頂產(chǎn)品采出；精餾段的作用是使上升蒸汽中的輕組分得到精制；提餾段則是將下降液體中的重組分進一步提濃；塔釜再沸器為精餾過程提供上升蒸汽。3.結(jié)合模型，說明精餾塔的進料口、出料口位置及各塔板的作用，讓學(xué)生對精餾塔的整體結(jié)構(gòu)有清晰的認識。（四）精餾塔的物料衡算（30分鐘）1.以連續(xù)穩(wěn)定操作的精餾塔為研究對象，建立全塔的物料衡算方程：總物料衡算：\(F=D+W\)易揮發(fā)組分物料衡算：\(Fx_F=Dx_D+Wx_W\)其中，\(F\)為進料流量，\(x_F\)為進料中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)；\(D\)為塔頂產(chǎn)品流量，\(x_D\)為塔頂產(chǎn)品中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)；\(W\)為塔釜產(chǎn)品流量，\(x_W\)為塔釜產(chǎn)品中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)。2.通過具體例題，詳細講解物料衡算方程的應(yīng)用，包括已知部分參數(shù)求其他參數(shù)的計算方法。在講解過程中，強調(diào)物料衡算的解題思路和步驟，如明確已知條件、確定未知量、選擇合適的衡算基準等。3.引導(dǎo)學(xué)生思考物料衡算與精餾塔分離效果之間的關(guān)系，讓學(xué)生明白物料衡算是精餾塔設(shè)計和操作的基礎(chǔ)。（五）精餾塔的操作線方程（40分鐘）1.推導(dǎo)精餾段操作線方程：在精餾段任選一截面與塔頂之間進行易揮發(fā)組分的物料衡算，設(shè)該截面上升蒸汽量為\(V\)，下降液體量為\(L\)，經(jīng)過推導(dǎo)得到精餾段操作線方程為：\(y_n=\frac{L}{V}x_{n1}+\frac{D}{V}x_D\)解釋操作線方程中各項的物理意義，如\(y_n\)表示第\(n\)塊塔板上升蒸汽中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)，\(x_{n1}\)表示第\(n1\)塊塔板下降液體中易揮發(fā)組分的摩爾分數(shù)等。2.同理，推導(dǎo)提餾段操作線方程：在提餾段任選一截面與塔釜之間進行易揮發(fā)組分的物料衡算，設(shè)該截面上升蒸汽量為\(V'\)，下降液體量為\(L'\)，經(jīng)過推導(dǎo)得到提餾段操作線方程為：\(y_m'=\frac{L'}{V'}x_{m1}'\frac{W}{V'}x_W\)講解提餾段操作線方程與精餾段操作線方程的區(qū)別與聯(lián)系，強調(diào)兩者在不同塔段的應(yīng)用。3.通過具體例題，讓學(xué)生練習操作線方程的應(yīng)用，如已知精餾塔的一些操作參數(shù)，求操作線方程并繪制操作線；或者根據(jù)操作線方程和平衡線，確定理論板數(shù)等。在學(xué)生練習過程中，巡視指導(dǎo)，及時糾正學(xué)生的錯誤，解答學(xué)生的疑問。（六）理論板數(shù)的計算（40分鐘）1.介紹逐板計算法：根據(jù)精餾段操作線方程和平衡線方程，從塔頂開始，逐板計算各塔板上的氣液相組成，直到塔釜組成滿足要求為止，從而確定理論板數(shù)。詳細講解逐板計算法的計算步驟，通過具體例題進行演示，讓學(xué)生掌握逐板計算法的應(yīng)用。強調(diào)逐板計算法的準確性和繁瑣性，適用于理論板數(shù)較少或?qū)τ嬎憔纫筝^高的情況。2.介紹簡捷計算法：利用吉利蘭關(guān)聯(lián)圖，根據(jù)精餾塔的進料組成、進料熱狀態(tài)、分離要求等參數(shù)，快速估算理論板數(shù)。講解簡捷計算法的基本原理和應(yīng)用步驟，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會查吉利蘭關(guān)聯(lián)圖進行計算。對比簡捷計算法和逐板計算法的優(yōu)缺點，讓學(xué)生明白在實際工程中應(yīng)根據(jù)具體情況選擇合適的計算方法。3.組織學(xué)生進行課堂練習，分別運用逐板計算法和簡捷計算法計算精餾塔的理論板數(shù)，通過練習加深學(xué)生對兩種計算方法的理解和掌握。（七）回流比的影響及選擇（30分鐘）1.介紹回流比的概念：回流比\(R=\frac{L}{D}\)，即精餾段下降液體流量與塔頂產(chǎn)品流量之比。2.分析回流比對精餾塔操作的影響：回流比增大，精餾段操作線斜率增大，兩操作線遠離平衡線，理論板數(shù)減少；同時，塔內(nèi)上升蒸汽量和下降液體量增加，設(shè)備費用增加，但塔頂產(chǎn)品純度提高?；亓鞅葴p小，精餾段操作線斜率減小，理論板數(shù)增加；塔內(nèi)上升蒸汽量和下降液體量減少，設(shè)備費用降低，但塔頂產(chǎn)品純度降低。3.通過繪制不同回流比下的精餾塔操作線和平衡線，直觀展示回流比對理論板數(shù)和分離效果的影響。4.講解回流比的選擇原則：在滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的前提下，綜合考慮設(shè)備費用和操作費用，選擇適宜的回流比。一般通過經(jīng)濟核算確定最佳回流比，使總費用最低。5.結(jié)合實際工程案例，討論回流比選擇的重要性和實際操作中需要考慮的因素，培養(yǎng)學(xué)生的工程意識和經(jīng)濟觀念。（八）課堂小結(jié)（10分鐘）1.回顧本節(jié)課所學(xué)的主要內(nèi)容，包括精餾原理、精餾塔的結(jié)構(gòu)、物料衡算、操作線方程、理論板數(shù)計算以及回流比的影響及選擇等。2.強調(diào)重點知識和難點問題，如恒摩爾流假設(shè)、操作線方程與平衡線的關(guān)系、回流比的優(yōu)化等，幫助學(xué)生梳理知識體系，加深記憶。3.鼓勵學(xué)生提出在學(xué)習過程中遇到的問題和疑惑，進行集中解答，確保學(xué)生對本節(jié)課的內(nèi)容理解透徹。（九）課后作業(yè)（10分鐘）1.布置課后作業(yè)，包括書面作業(yè)和思考作業(yè)。書面作業(yè)要求學(xué)生完成教材上的相關(guān)習題，鞏固課堂所學(xué)知識；思考作業(yè)引導(dǎo)學(xué)生查閱資料，了解精餾技術(shù)在某一具體化工生產(chǎn)中的應(yīng)用，并分析其工藝流程和操作要點。2.強調(diào)作業(yè)的要求和提交時間，督促學(xué)生認真完成作業(yè)，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習能力和獨立思考能力。六、教學(xué)資源1.教材：《化工原理》（[具體版本]）2.參考資料：相關(guān)化工原理教材、學(xué)術(shù)期刊、網(wǎng)絡(luò)資源等3.教學(xué)設(shè)備：精餾塔模型、多媒體教學(xué)設(shè)備七、教學(xué)評價1.課堂表現(xiàn)評價：觀察學(xué)生在課堂上的參與度、回答問題的情況、小組討論中的表現(xiàn)等，及時給予反饋和評價，鼓勵學(xué)生積極參與課堂互動。2.作業(yè)評價：認真批改學(xué)生的課后作業(yè)，及時了解學(xué)生對知識的掌握程度和存在的問題，針對學(xué)生的錯誤進行詳細講解和指導(dǎo)，通過作業(yè)評價促進學(xué)生對知識的鞏固和提高。3.考試評價：通過期末考試等方式，全面考查學(xué)生對精餾章節(jié)知識的掌握情況，包括基本概念、原理、計算方法等方面?？荚囶}目注重綜合性和應(yīng)用性，以檢驗學(xué)生運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。八、教學(xué)反思通過本次課程的教學(xué)，學(xué)生對精餾原理和精餾塔的相關(guān)知識有了較為系統(tǒng)的了解，能夠掌握基本的計算方法和操作要點。在教學(xué)過程中，采用多種教學(xué)方法相結(jié)合，如講授法、演示法、討論法、案例分析法等，有助于學(xué)生理解和掌握抽象的化工原理知識，提高了學(xué)生的學(xué)習興趣和參與度。