化工原理《精馏塔物料衡算》说课课件.ppt

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齐河职业中专刘兵,课题：

精馏塔的物料衡算,精馏塔物料衡算,二、学情分析,三、教学方法,四、学法指导,五、教学过程,一、教材分析,一、教材分析,2023/7/23,第七章,蒸馏,第三节精馏塔的物料衡算-操作线方程,一、恒摩尔流的假设二、全塔物料衡算三、精馏段的物料衡算四、提馏段的物料衡算,第一课时,一、教材分析,1、教材的地位与作用工业生产上，蒸馏是一个重要的单元操作，蒸馏以精馏为主，大多数情况下采用连续精馏。

本节内容紧随精馏原理，后一节内容是精馏过程的计算。

所以说从地位和作用上讲，我认为这节课有重要的地位和承上启下的桥梁作用。

本节课的内容对学生学习将复杂的工程问题进行简化处理，增强工程观点，提高工程能力都具有重要的作用。

精馏塔物料衡算,一、教材分析,2、教学目标基于以上对教材的分析，依据学生的认知结构和规律，确定本节课的教学目标是：

a.知识和技能：

通过学习使学生理解全塔物料衡算、操作线方程，掌握有关计算。

b.过程和方法：

通过假设模型的应用，培养学生分析问题的能力和学习简化处理的方法。

c.情感态度价值观：

通过学习，增强学生对整体与局部关系的认识，学习多角度考虑问题。

增强工程观点。

精馏塔物料衡算,一、教材分析,3、教学的重点和难点基于本节的内容与实际生产有密切的联系和学生的认知规律，确定本节课重难点。

重点：

恒摩尔流假设、全塔物料衡算、精馏段和提馏物料衡算。

难点：

有关计算。

精馏塔物料衡算,二、学情分析,优点：

物料衡算的基本概念、相组成表示法法、气液平衡关系、精馏原理和流程。

数学方面，有关于直线表示的支持。

不足：

对理论的学习缺乏兴趣，积极性不高，迁移能力需要加强。

所以，教学过程中，需要引导学生提高学习的主动性，积极性，提高学生将理论向实践转化的能力。

精馏塔物料衡算,三、教学方法,教学过程要充分体现教师主导作用和学生的主体地位，所以对本节前半部分的理论假设的教学，采用引导为主的讲授法。

后半部分教学，采取了导学法，点拨法，实行启发诱导，练习法。

充分调动学生的主动性和积极性，培养分析问题和解决问题的能力。

精馏塔物料衡算,四、学法指导,本学科具有需要联系实际问题和计算分析的特点，本节的内容，应该使学生通过课堂听讲、讨论、做练习等方式掌握基本理论，联系数学知识，学习多角度考虑问题，通过练习来巩固和加深理解。

精馏塔物料衡算,精馏塔物料衡算,五、教学程序,关键在于突出学生的主题地位，激发学习兴趣，调动学生的积极性。

所以在教学过程中采用了情境问题引入、引导分析、解决问题、归纳总结、练习应用的方式。

情境思考：

假如你来负责负责石油常减压蒸馏，如何通过理论计算求出塔顶产品、塔底产品和组成？

精馏塔如何操纵才能得到合格的产品？

1、新课的导入,总结：

由于精馏过程比较复杂，影响因素很多，因此在讨论连续精馏的计算时，须作适当的简化处理。

为此，提出以下基本假设：

恒摩尔流假设。

而且这种假设在很多情况下接近于实际情况。

恒摩尔汽化：

每层塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。

精馏段:

L1=L2=L3=Ln=L=定值提馏段:

L1=L2=L3=Lm=L=定值但L与L不一定相等.,精馏段:

V1=V2=V3=Vn=V=定值提馏段:

V1=V2=V3=Vm=V=定值但V与V不一定相等.,恒摩尔溢流：

每层塔板溢流的液体的摩尔流量相等。

一、恒摩尔流的假设,恒摩尔流,满足恒摩尔流的条件,

（1）各组分的气化潜热相等；

（2）气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略；（3）塔设备保温良好，热损失可以忽略。

恒摩尔汽化和恒摩尔溢流的总称。

总物料F=D+W,式中F原料液流量，kmol/h；D馏出液流量，kmol/h；W釜残液流量，kmol/h；xF原料液中易挥发组分的摩尔分率；xD馏出液中易挥发组分的摩尔分率；xW釜残液中易挥发组分的摩尔分率；,易挥发组分FxF=DxD+WxW,二、全塔物料衡算,例题1：

将40%的酒精-水溶液以流量为20kmol/h进行精馏，要求馏出液组成含酒精89%，残液中酒精含量不大于3%（以上均为摩尔分数）。

试求馏出液和残液的量。

解：

已知F=20kmol/h，xD=0.89，xF=0.40，xW=0.03即20=D+W

（1）即200.40=D0.89+W0.03

（2）联立

（1）

（2）得D=8.6kmol/hW=FD=208.6=11.4kmol/h,总结：

全塔物料衡算的两个等式，涉及六个量中，若已知其中四个，则可求出另外两个。

馏出液的采出率釜液的采出率馏出液中易挥发组分的回收率釜液中难挥发组分的回收率,例题2：

将流量为62.2kmol/h的正戊烷-正己烷混合液在常压操作的连续精馏塔中分离，进料液中正戊烷的摩尔分数为0.4。

要求馏出液与釜液中正戊烷的摩尔分数分别为0.95与0.05。

试求馏出液、釜液的流量以及塔顶易挥发组分的回收率。

解：

已知F=62.2kmol/h，xF=0.4，xD=0.95，xW=0.05馏出液流量为釜液流量为W=FD=62.224.2=38kmol/h塔顶易挥发组分的回收率,三、精馏段操作线方程以精馏段的第n+1层塔板以上塔段及冷凝器作为衡算范围，以单位时间为基准，则有,总物料衡算：

V=L+D,易挥发组Vyn+1=Lxn+DxD,式中V精馏段每块塔板上升的蒸汽流量，kmol/h；L精馏段每块塔板溢流的液体流量，kmol/h；D馏出液流量，kmol/h；yn+1精馏段第n+1板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数；xn精馏段第n板下降的液体中易挥发组分的摩尔分数；,由上两物料衡算式得,令R=L/D（R称为回流比），则有,该即为精馏段操作线方程。

它描述了任一板（第n层板）的液体组成与自相邻的下一塔板（第n+1层）上升的蒸汽组成之间的关系，为一线性关系，其中，斜率为R/（R+1），截距为xD/（R+1）。

以提馏段第m层塔板以下塔段及再沸器作为衡算范围，则有,总物料衡算:

L=V+W,式中：

L提馏段每板下降液体流量,kmol/h；V提馏段每板上升蒸汽流量,kmol/h；W釜液流量,kmol/h；xm提馏段第m板下降液体易挥发组分摩尔分数；ym+1提馏段第m+1板上升蒸汽易挥发组分摩尔分数；,易挥发组分:

Lxm=Vym+1+Wxw,四、提馏段操作线方程,由上两物料衡算式可得,该式称为提馏段操作线方程。

此式表示在一定操作条件下，提馏段内自第m层板下降液体组成xm与其相邻的下层板（第m+1层）上升蒸气组成ym+1之间的关系，呈线性关系。

注意：

提馏段液体量L不容易求，它除了与L有关外，还受进料量及进料热状况的影响。

精馏段和提馏段操作线,例题3：

某液体混合物含易挥发组分0.65（摩尔分数，下同），以饱和蒸汽加入连续精馏塔内，加料量为50kmol/h，残液组成为0.04，塔顶产品的回收率为95%，回流比为3，试求

（1）塔顶、塔底的产品流量

（2）精馏段和提馏段上升蒸汽和下降液体的流量（3）写出精馏段和提馏段的操作线方程。

解：

1、根据回收率的定义有,则,则,

（2）根据回流比的定义R=L/D有又因因为进料为饱和蒸汽，所以提馏段上升蒸汽和下降的液体流量为：

精馏段的操作线方程为提馏段的操作线方程为,3、课堂练习,2023/7/23,1、精馏的操作线为直线，主要是因为（）A理论板假设B理想物系C塔顶泡点回流D恒摩尔流假设。

2、提馏段操作线斜率（）A大于1B小于1C等于1D等于03、精馏塔中由塔顶向下的第n-1、n、n+1层塔板，其气体组成关系为（）Ayn+1ynyn-1Byn+1=yn=yn-1Cyn+10.89C0.89D0.89,为了加强学生对本节课内容的认识和掌握。

我设计了几个符合本节所学内容的典型练习题，由易到难，当堂练习并讲解。

5、某连续精馏塔,已知其精馏段操作线方程为y=0.667x+0.32,求回流比和馏出液的组成。

6、某二元理想溶液的连续精馏塔,提馏段操作线方程为:

y=1.3x-0.018,系统的平均相对挥发度=2.5,当xw=0.06时（摩尔分率）,求从塔底数起的第二块理论板数流液体的组成。

课堂练习,4、归纳总结：

通过总结本节所学内容，使学生整体把握所学内容。

由课堂练习引导学生得出应用本节知识点应注意的问题。

（1）恒摩尔流假设的内容

（2）计算过程中的单位（3）计算中常用到的关系：

气液平衡方程、R=L/D、V=L+D及V=（R+1）D,5、作业,课本389页7-9、7-10、7-11、7-12,课后思考：

回流比R对精馏过程有什么影响？

6、板书,一、恒摩尔流假设1、内容2、成立条件二、全塔物料衡算全塔总物料衡算易挥发组分物料衡算馏出液的采出率釜液的采出率馏出液中易挥发组分的回收率釜液中难挥发组分的回收率精馏段操作线方程：

提馏段操作线方程：

精馏塔物料衡算,二、学情分析,三、教学方法,四、学法指导,五、教学过程,一、教材分析,谢谢大家！