化工原理蒸馏教案.docx

1、化工原理蒸馏教案第一授课单元蒸馏概述及拉乌尔定律教 案 内 容备 注*一 教学目的1了解蒸馏在化工生产上有那些应用2掌握蒸馏的基本概念和二元理想溶液的汽液平衡二 教学内容蒸馏，理想溶液，拉乌尔定律，二元理想溶液的t-x-y相图和x-y相图三 教学重点、难点及其处理1重点拉乌尔定律，汽液平衡关系2难点及其处理方法二元理想溶液的汽液平衡和t-x-y相图x-y相图结合相图讲解。四 教学方法、手段结合生活中的例子引出蒸馏单元操作，以课堂讲解为主介绍理想溶液及拉乌尔定律。五 板式设计蒸馏过程概述与汽液平衡关系（一）蒸馏过程概述1. 蒸馏过程在化工中的应用蒸馏分离的依据是，根据溶液中各组分挥发度（或沸点）

2、的差异，使各组分得以分离。2. 蒸馏分离的特点3. 蒸馏过程的分类工业上，蒸馏操作可按以下方法分类：（1）蒸馏操作方式 可分为简单蒸馏、平衡蒸馏（闪蒸），精馏和特殊精馏等。（2）蒸馏操作流程 可分为间歇蒸馏和连续蒸馏。（3）物系中组分的数目 可分为两组分蒸馏和多组分蒸馏。（4）操作压力 可分为加压、常压和减压蒸馏。本章重点讨论两组分物系连续精馏的原理及计算方法。（二）蒸馏过程的汽液平衡关系 两组分理想物系的汽液平衡所谓理想物系是指液相和汽相应符合以下条件：(1) 液相为理想溶液，遵循拉乌尔定律。(2) 汽相为理想气体，遵循道尔顿分压定律。1. 汽液平衡相图（1）温度组成图 （2）汽液相组成图(

3、xy图) 2. 汽液平衡的关系式（1）拉乌尔定律 （2）以平衡常数表示的汽液平衡方程六 思考题蒸馏操作和吸收操作依据的原理分别是什么？七 作业教材：谭天恩等编著 化工原理第三版下册2006参考书：姚玉英编著化工原理新版2003年王志魁 主编 化工原理第二版2003年刘佩茹 编著化工过程与设备第二授课单元挥发度和相对挥发度，非理想溶液的汽液平衡关系，简单蒸馏和平衡蒸馏教 案 内 容备 注*一 教学目的1. 熟悉非理想溶液的最低恒沸点及相应的最高蒸汽压和最高恒沸点及相应的最低蒸汽压2. 掌握理想溶液及非理想溶液的挥发度和相对挥发度的定义，理想溶液的相对挥发度随温度增加而略有减小，简单蒸馏的计算二

4、教学内容纯组分和溶液中各组分的挥发度，理想溶液和非理想溶液中两组分的相对挥发度，非理想溶液的相图，最高恒沸点和最低恒沸点，简单蒸馏的总物料衡算和微分物料衡算。三 教学重点、难点及其处理1. 重点理想溶液和非理想溶液相对挥发度的计算2. 难点及其处理方法非理想溶液的最高恒沸点和最低恒沸点。四 教学方法、手段课堂讲解为主五 板式设计（3）以相对挥发度表示的汽液平衡方程 （二）两组分非理想物系的汽液平衡实际生产中所遇到的大多数物系为非理想物系。非理想物系可能有如下三种情况：(1) 液相为非理想溶液，汽相为理想气体；(2) 液相为理想溶液，汽相为非理想气体；(3) 液相为非理想溶液，汽相为非理想气体。

5、1. 汽液平衡相图正偏差系负偏差系2. 汽液平衡方程第二节 平衡蒸馏与简单蒸馏（一）平衡蒸馏1. 平衡蒸馏装置与流程2. 平衡蒸馏过程计算总物料衡算 易挥发组分衡算 （二）简单蒸馏1. 简单蒸馏装置与流程2. 简单蒸馏的计算 六 思考题非理想溶液的最高恒沸点和最低恒沸点的意义？七 作业教材：谭天恩等编著 化工原理第三版下册2006参考书：姚玉英编著化工原理新版2003年王志魁 主编 化工原理第二版2003年刘佩茹 编著化工过程与设备第三授课单元平衡级蒸馏和精馏原理教 案 内 容备 注*一 教学目的掌握平衡蒸馏的计算，液相分率对汽液相组成的影响，比较平衡蒸馏和简单蒸馏的分离效果，理解平衡级蒸馏，

6、精馏的设备条件、回流条件和理论板假设、恒摩尔流假设二 教学内容平衡蒸馏，平衡蒸馏与简单蒸馏的比较，平衡级蒸馏，精馏的设备条件、回流条件和理论板假设、恒摩尔流假设三 教学重点、难点及其处理1. 重点精馏的设备条件、回流条件和理论板假设、恒摩尔流假设2. 难点及其处理方法简单蒸馏与平衡蒸馏的分离效果比较，用例题讲解。为什么简单蒸馏的分离效果好，结合t-x-y相图给同学讲解。四 教学方法、手段课堂讲解为主五 板式设计结合图1012讲解精馏的原理和流程第三节精馏原理和流程（一）精馏过程原理1. 多次部分汽化和多次部分冷凝2. 精馏塔模型（二）精馏操作流程1. 连续精馏操作流程2. 间歇精馏操作流程间歇

7、精馏与连续精馏相比，有如下特点： 1间歇精馏为非定态过程，它有两种操作方式；即恒回流比操作和恒馏出液组成操作。 2间歇精馏只有精馏段。六 思考题平衡蒸馏与平衡级蒸馏的区别是什么？七 作业教材：谭天恩等编著 化工原理第三版下册2006参考书：姚玉英编著化工原理新版2003年王志魁 主编 化工原理第二版2003年刘佩茹 编著化工过程与设备第四授课单元二元连续精馏的全塔物料衡算，精馏段的分析及其图解教 案 内 容备 注*一 教学目的掌握回流比是精馏设计中的核心因素，二元连续精馏的全塔物料衡算，精馏段操作线方程二 教学内容全塔物料衡算，回流比，精馏段操作线方程三 教学重点、难点及其处理1重点全塔物料衡

8、算，精馏段操作线方程，精馏段操作线和理论板的图解2难点及其处理方法理论板图解方法的理论依据四 教学方法、手段课堂讲解为主五 板式设计图示精馏段操作线和理论板的画法（图1015）全塔物料衡算（一）物料衡算：连续稳定操作，进料流量=出料流量XF原料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釜液中易挥发组份的摩尔分率应用时要注意F与XF的关系，F若用质量表示，则XF要用质量分率表示，统一例题（二）精馏过程所要求的分离表示法1用产品的组成表示（XD=95%）2用回收率表示回收率：指回收了原料中易挥发（或难挥发）组分百分数如：塔顶易挥发组分的回收率易=馏出液中易挥发组份/原料液中易挥发组

9、份=DXD / FXF100%难=W（1 XW）/F（1XF）100%精馏的分析及其图解法（一）几个概念1、理论塔板（theoretical plate）：离开该塔板的汽、液组成达到相平衡的塔板。注：理论板并不存在，但它可以作为衡量实际塔板分离效果的最高标准。在设计中，求理论数后，则实际板数=理论板数校正系数2、操作关系：任意板下降液体组成Xn与下一板上升蒸汽组成yn+1之间的关系。由物料衡算决定。（二）恒摩尔流的假定1恒摩尔汽化精馏段内，由每层塔板上升的蒸汽摩尔流量皆相等；提馏段内也是一样2恒摩尔溢流精馏段内，由每层塔板溢流的液体摩尔流量相等；提馏段内也是一样。L精馏段下流的液体摩尔流量km

10、ol/hL提馏段下流的液体摩尔流量kmol/hL1=L2=L3=Ln=定值=LL1=L2=L3=Ln=定值两段下降流体摩尔流量不一定相等总称为恒摩尔流假设3如符合以下条件，则上述两项假设与实际情况相近各组分的摩尔潜热相等汽液接触时回温度不同而变换的显热可以忽略保温良好，塔的热损失可以忽略不计（三）操作线方程的推导1精馏段操作线方程式（笔记）2提馏段操作线方程六 思考题精馏操作的两个基本假设是什么？七 作业教材：谭天恩等编著 化工原理第三版下册2006参考书：姚玉英编著化工原理新版2003年王志魁 主编 化工原理第二版2003年刘佩茹 编著化工过程与设备第五授课单元提馏段的分析和进料状况的影响教

11、 案 内 容备 注*一 教学目的掌握进料的五种热状况及其对应的q，提馏段的操作线方程，加料板的物料衡算，q线方程二 教学内容五种热状况及其对应的q，提馏段的操作线方程，加料板的物料衡算，q线方程，图解法求解理论塔板数，直接水蒸气加热的适用场合和优缺点三 教学重点、难点及其处理1重点全塔物料衡算，精馏段操作线方程，精馏段操作线和图解法求理论塔板数2难点及其处理方法进料的热状况q对于理论板数的影响。结合图解讲解（图1022，1023）四 教学方法、手段课堂讲解为主五 板式设计1进料状况的影响在提馏段操作线中，液、气流量L及V尚需根据精馏段的液、汽流量L、V和进料物流量及其受热状况来决定。进料共有五

12、种可能的热状况过冷液体（tFts）饱和液体（泡点液体进料）tF=ts饱和液汽的混合物（tsttd）(q-1)Fy=qFz-FxF(q线方程，利用q线作提馏段操作线) 2以第3种情况分析，其它类推第3种情况tstFtd(汽、液混合)1)设进料中液相所占的分率为q，则汽相为（1q）加料板上物料衡算：L=L+qF汽相:V+(1-q)F=V V=V-(1-q)F2)进料液相分率q与热状况有一定的关系。令进料液、饱和液体，饱和蒸汽焓分别为iF,iL,iV(kj/kmol)进料带入的总焓=汽、液两相各自带入的焓之和，即：对1mol进料，则对于饱和汽、液混合进料这情况，tstFiV-iF00qViFiV-i

13、L,即q1 (图，P405)2)泡点液体进料（饱和液体进料）：tS=tF,iF=iL, q=13)汽液混合进料：iLiFiV,0qtd即iFiv,qV+F,LL4q线方程（进料操作线方程）若以V表示精馏段上升的蒸汽摩尔流量kmol/hV表示提馏段上升的蒸汽摩尔流量kmol/h“下标”表示塔板序号，则V1=V2=V3=，V1=V2=V3=注意：两段上升的蒸汽摩尔流量不一定相等。六 思考题五种进料状况所对应的q值各是多少？物理意义是什么？七 作业教材：谭天恩等编著 化工原理第三版下册2006参考书：姚玉英编著化工原理新版2003年王志魁 主编 化工原理第二版2003年刘佩茹 编著化工过程与设备第六

14、授课单元理论板数确定教 案 内 容备 注*一 教学目的掌握逐板计算法和图解法求解理论板数二 教学内容逐板计算法用到三个方程和四条线，直接水蒸气加热的适用场合和优缺点三 教学重点、难点及其处理1重点图解理论板数2难点及其处理方法逐板计算法和图解法的对应关系四 教学方法、手段结合图讲解五 板式设计一、理论塔板数的确定求理论塔板数，必须利用：（1）汽液两相的平衡关系（平衡曲线XY），（2）相邻两板间汽液两相组成的操作关系（操作线方程）求解方法：逐板法和图解法（一）逐板计算法（二）图解法（笔记）XY图解法1操作线的绘制（1）精馏段操作线精馏段操作线方程：对角线方程： y = x 精馏段操作线与对角线交

15、点a(xd,xd),与纵轴交点b(0,xd/(R+1);则，ab即为精馏段操作线。（2）提馏段操作线 提馏段操作线方程:提馏段操作线与对角线交点：c(xW，xW);提馏段操作线与精馏段操作线的交点：精馏段操作线方程： Vy=Lx+DxD 提馏段操作线方程： Vy = LxWxW 联立两个方程并整理得： 式（138）称为q线方程或进料方程，是描述两个操作线交点轨迹的方程。 q线的绘制：q线与对角线交点为e(xf,xf)、其斜率为q/(q-1); 据此做直线ef 即为q线。q线与精馏段操作线交点d;则连db即得提馏段操作线2图解求理论塔板数 过a依次在两个操作线与平衡线之间画梯级，即可求得理论塔板

16、数。（一个梯级代表一块理论塔板）六 思考题图解理论板的要点是什么？七 作业教材：谭天恩等编著 化工原理第三版下册2006参考书：姚玉英编著化工原理新版2003年王志魁 主编 化工原理第二版2003年刘佩茹 编著化工过程与设备第七授课单元塔板效率，回流比的影响及其选择教 案 内 容备 注*一 教学目的1了解影响塔板效率的因素2熟悉回流比对精馏费用的影响3掌握最小回流比的概念和计算，全回流和操作线方程二 教学内容默弗里板效率，总板效率，最小回流比，全回流三 教学重点、难点及其处理1重点已知总板效率和理论板数求解实际板数；最小回流比的概念和计算，全回流的概念和操作线方程2难点及其处理方法操作中如何调

17、节回流比保证产品质量四 教学方法、手段课堂讲解为主五 板式设计回流比的影响及其选择（一）回流比R=L/D的改变对精馏操作的影响（1） R，精馏段操作线向对角线靠近，N，但L，即冷凝器的负荷加大。（2） R，精馏段远离对角线，N，当R,q线与平衡线相交，则N，此时R 称为Rmin，全回流。（二）回流比R=L/D的改变对提馏段操作线的影响（1） R，q点下降，提馏段接近对角线，板数减少，但再沸器负荷加大，纯度（2） R，提馏段与操作线相距越远，当与平衡线相交（q线），N。（三）回流比的选择1RminRR2Nmin：R，此时两操作线与对角线重合，称为全回流。只有在特定条件下才用它：如精馏塔的启动阶段

18、，或操作中因意外而产品纯度低于要求时，进行一定时间的全回流，使能较快地达到操作正常。3正确选择Ropt（1） 操作费：加热蒸汽和冷却水设备折旧，维修（2） 设备费（塔板数）4注意几点：设计的角度看，在给定任务下，必须考虑设备费与操作费来选择R; 对于投产中的精馏塔，则只能从调节操作状态来考虑回流比影响。如当蒸气流量V和进料流量、组成、热状况不变，若R，其影响为：（1）D=V/R+1，则塔顶产量D。（2）由于达成原分离要求所需的板数减少，现板数不变，就可超过原来的分离要求，即XD。（四）最小回流比的计算1作图法；2解析法六 思考题1非理想物系确定最小回流比应当注意什么？2全回流操作的适用场合？七

19、 作业补充题教材：谭天恩等编著 化工原理第三版下册2006参考书：姚玉英编著化工原理新版2003年王志魁 主编 化工原理第二版2003年刘佩茹 编著化工过程与设备第八授课单元理论板数的捷算法教 案 内 容备 注*一 教学目的1熟悉捷算法求解理论板数2掌握图解法求解最少理论板数Nmin。二 教学内容最少理论板数Nmin，芬斯克方程，吉利兰关联图三 教学重点、难点及其处理1重点捷算法求解理论板数四 教学方法、手段课堂讲解为主五 板式设计简捷法求理论板层数程序：（1）计算Rmin 、确定R，计算横坐标； （2）查图得横坐标；（3）计算Nmin 和，根据横坐标值和Nmin的值计算 N。六 作业补充题教

20、材：谭天恩等编著 化工原理第三版下册2006参考书：姚玉英编著化工原理新版2003年王志魁 主编 化工原理第二版2003年刘佩茹 编著化工过程与设备第九授课单元精馏塔的操作型问题和其他蒸馏方式教 案 内 容备 注*一 教学目的1了解水蒸气蒸馏、间歇蒸馏、恒沸蒸馏和萃取蒸馏2掌握回流比对精馏操作的影响二 教学内容精馏塔的操作型问题，水蒸气蒸馏、间歇蒸馏、恒沸蒸馏和萃取蒸馏三 教学重点、难点及其处理1重点回流比对精馏操作的影响2难点及其处理方法四 教学方法、手段课堂讲解为主五 板式设计第六节 恒沸精馏和萃取精馏 恒沸精馏和萃取精馏的共同特点是在混合物中加入第三组分。两者都属多组分非理想物系的分离过

21、程。 恒沸精馏中加入的第三组分能与原料中的一个或两个组分形成新的最低恒沸物，从塔顶蒸出。 萃取精馏加入的第三组分不与原料中的组分形成恒沸物，只改变原料中组分的相对挥发度，其沸点高，第三组分从塔底馏出。 下面是分离乙醇 水的恒沸精馏和分离苯 环己烷的萃取精馏的流程示意图。分离乙醇 水的恒沸精馏分离 环己烷的萃取精馏六 思考题无水乙醇制备方法需要用到几种蒸馏方法？教材：谭天恩等编著 化工原理第三版下册2006参考书：姚玉英编著化工原理新版2003年王志魁 主编 化工原理第二版2003年刘佩茹 编著化工过程与设备第十授课单元本章（蒸馏）小结和讲解习题教 案 内 容备 注*一 教学目的1总结本章主要内容2讲评习题二 教学内容总结本章的主要内容，讲评习题三 教学重点、难点及其处理1重点总结本章的主要内容2难点及其处理方法比较难的习题，例如1016，1019四 教学方法、手段讲解为主五 板式设计