化工原理蒸馏教案

授课蒸储概述及拉乌尔定律教案内容备注*教学目的.了解蒸储在化工生产上有那些应用.掌握蒸储的基本概念和二元理想溶液的汽液平衡二.教学内容蒸储，理想溶液，拉乌尔定律，二元理想溶液的t-x-y相图和x-y相图教学重点、难点及其处理.重点拉乌尔定律，汽液平衡关系.难点及其处理方法二兀理想溶液白汽液平■衡和t-x-y相图x-y相图结合相图讲解。教学方法、手段结合生活中的例子引出蒸储单元操作，以课堂讲解为主介绍理想溶液及拉乌尔定律。板式设计蒸储过程概述与汽液平衡关系(一)蒸储过程概述.蒸储过程在化工中的应用蒸储分离的依据是，根据溶液中各组分挥发度(或沸点)的差异，使各组分得以分离。.蒸储分离的特点.蒸储过程的分类工业上，蒸储操作可按以卜方法分类：(1)蒸储操作方式可分为简单蒸储、平衡蒸储(闪蒸)，精储和特殊精储等。(2)蒸储操作流程可分为间歇蒸储和连续蒸储。(3)物系中组分的数目可分为两组分蒸储和多组分蒸储。(4)操作压力可分为九:压、常压和减压蒸储。教材：谭天恩等编著《化工原理》第三版下册2006经等书：姚玉英编著《化工原理》新版2003年土志魁主编《化工原理》第二版2003年刘佩如编著《化工过程与设备》

本章重点讨论两组分物系连续精微的原理及计算方法。(二)蒸储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)温度一组成(t-x-y)图(2)汽一液相组成图(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思考题蒸储操作和吸收操作依据的原理分别是什么？作业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，简单蒸储和平衡蒸储教案内容备注*

教材：谭天恩等编著《化工原理》第三版教材：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》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包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，简单蒸储的计算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，简单蒸储的总物料衡算和微分物料衡算。教学重点、难点及其处理.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。教学方法、手段课堂讲解为主板式设计(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。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储与简单蒸储(一)平衡蒸储1,平衡蒸储装置与流程2.平衡蒸储过程计算总物料衡算易挥发组分衡算（二）简单蒸储.简单蒸储装置与流程.简单蒸储的计算思考题非理想溶液的最高恒沸点和最低恒沸点的意义?作业第三授课单元平衡级蒸储和精储原理教案内容备注*

教材：谭天恩等编著《化工原理》第三版教材：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》掌握平衡蒸储的计算，液相分率对汽液相组成的影响，比较平衡蒸储和简单蒸储的分离效果，理解平衡级蒸储，精储的设备条件、回流条件和理论板假设、包摩尔流假设教学内容平衡蒸储，平衡蒸储与简单蒸储的比较，平衡级蒸储，精储的设备条件、回流条件和理论板假设、包摩尔流假设教学重点、难点及其处理.重点精储的设备条件、回流条件和理论板假设、包摩尔流假设.难点及其处理方法简单蒸储与平衡蒸储的分离效果比较，用例题讲解。为什么简单蒸储的分离效果好，结合t-x-y相图给同学讲解。教学方法、手段课堂讲解为主板式设计结合图10-12讲解精储的原理和流程第三节精储原理和流程（一）精储过程原理.多次部分汽化和多次部分冷凝.精储塔模型（二）精储操作流程.连续精储操作流程.间歇精储操作流程间歇精储与连续精储相比，有如下特点：.间歇精储为非定态过程，它有两种操作方式；即包回流比操作和包储出液组成操作。.间歇精储只有精储段。思考题平衡蒸储与平衡级蒸储的区别是什么？作业第四授课单元

二元连续精储的全塔物料衡算，精储段的分析及其图解教案内容备注*教学目的掌握回流比是精储设计中的核心因素，二元连续精储的全塔物料衡算，精储段操作线方程教学内容全塔物料衡算，回流比，精储段操作线方程二.教学重点、难点及其处理.重点全塔物料衡算，精储段操作线方程，精储段操作线和理论板的图解.难点及其处理方法理论板图解方法的理论依据教学方法、手段课堂讲解为主板式设计图示精储段操作线和理论板的画法（图10-15）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——储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要用质里分率表小，统.例题（二）精储过程所要求的分离表示法.用产品的组成表示（Xd=95%）.用回收率表小回收率：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4“易=储出液中易挥发组份/原料液中易挥发组份=DXd/教材：谭天恩等编著《化工原理》第三版下册2006经等书：姚玉英编著《化工原理》新版2003年士志魁主编《化工原理》第二版2003年刘佩如编著《化工过程与设备》FXfX100%“难=W（1—Xw）/F（1—Xf）X100%精微的分析及其图解法（一）几个概念1、理论塔板（theoreticalplate）：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x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+i之间的关系。由物料衡算决定。（二）包摩尔流的假定.包摩尔汽化精储段内，由每层塔板上升的蒸汽摩尔流量皆相等；提储段内也是一样.包摩尔溢流精储段内，由每层塔板溢流的液体摩尔流量相等；提储段内也是一样。L——精储段下流的液体摩尔流量kmol/hL——提储段下流的液体摩尔流量kmol/hLi=L2=L3==Ln=定®=L111、一Li=L2=L3==Ln=jE®两段下降流体摩尔流量不一定相等总称为包摩尔流假设3.如符合以下条件，则上述两项假设与实际情况相近①各组分的摩尔潜热相等②汽液接触时回温度不同而变换的显热可以忽略③保温良好，塔的热损失可以忽略不计（三）操作线方程的推导.精储段操作线方程式（笔记）.提储段操作线方程六.思考题

精储操作的两个基本假设是什么？七.作业第五授课单元提储段的分析和进料状况的影响教案内容备注*一.教学目的掌握进料的五种热状况及其对应的q,提储段的操作线方教材：谭天恩等编著《化工原理》第三版

下册2006参考书：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》教学内容五种热状况及其对应的q,提储段的操作线方程，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教学重点、难点及其处理.重点全塔物料衡算，精储段操作线方程，精储段操作线和图解法求理论塔板数.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10—22,10-23）教学方法、手段课堂讲解为主板式设计.进料状况的影响在提储段操作线中，液、气流量L'及V'尚需根据精储段的液、汽流量L、V和进料物流量及其受热状况来决定。进料共有五种可能的热状况①过冷液体（tF<ts）②饱和液体（泡点液体进料）tF=ts③饱和液汽的混合物（ts<t<td）④饱和蒸汽（t=td）⑤过热蒸汽（t>td）（q-1）Fy=qFz-FxF（q线方程，利用q线作提储段操作线）.以第3种情况分析，其它类推第3种情况ts<tF<td（汽、液混合）1）设进料中液相所占的分率为q,则汽相为（1—q）加料板上物料衡算：L'=L+qF汽相:V'+（1-q）F=VV'=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，饱和蒸汽始分别为iF,iL,iV（kj/kmol）进料带入的总始=汽、液两相各自带入的始之和，即：对1mol进料，则iF=qiL+（1-qW对于饱和汽、液混合进料这情况，ts<tF<td,iL<iF<iV贝UiV-iL>iV-iF>0/.0<q<1.推广至其它的情况1）过冷液体进料：原料进塔与蒸汽接触后应升至平衡温度（泡点），这就需要将提储段上升的一部分蒸汽冷凝下来，用冷凝放出的潜热Q供进料升温用。V'>V.iF<iL..iV-iF>iV-iL,即q>1（图b,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：iL<iF<iV,0<q<14）饱和蒸汽进料：t=td即iF=iv,>.q=0,V=F+V',L=L'5）过热蒸汽进料：t>td即iF>iv,/.q<0、、、.进料不仅全部与提储段上升蒸汽V汇合进入精储段，还将释放出显热，使精储段的回流液额外汽化一部分，结果V>V'+F,L'<L.q线方程（进料操作线方程）若以V表示精微段上升的蒸汽摩尔流量kmol/hV——表示提储段上升的蒸汽摩尔流量kmol/h、.一'''下标表小塔板序号，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。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？作业第六授课单元理论板数确定教案内容备注*一.教学目的教材：谭天恩等编著

《化工原理》第三版下册《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》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教学重点、难点及其处理.重点图解理论板数.难点及其处理方法逐板计算法和图解法的对应关系教学方法、手段结合图讲解板式设计一、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X-Y),(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.操作线的绘制(1)精微段操作线精微段操作线方程：R对角线方程：yy^=——Xn=x精储段操作线与R*1R+1对角线交点a(xd,xd),与纵轴交点b(0,Xd/(R+1));则，ab即为精储段操作线。(2)提储段操作线提储段操彳线方程：提储段操作线与对角线交点：c(xw,xw);提储段操作线与精储段操作线的交点：精储段操作线方程：Vy=Lx+Dxd提储段操作线方程：V'y=L'修Wxw联立两个方程并整理得：式(1-38)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线与精储段操作线交点d;则连db即得提储段操作线.图解求理论塔板数

过a依次在两个操作线与平衡线之间面梯级，即可求得理论塔板数。(一个梯级代表一块理论塔板)思考题图解理论板的要点是什么？作业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*教学目的了解影响塔板效率的因素2,熟悉回流比对精储费用的影响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，全回流教学重点、难点及其处理.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.难点及其处理方法操作中如何调节回流比保证产品质量教学方法、手段课堂讲解为主板式设计回流比的影响及其选择(一)回流比R=L/D的改变对精储操作的影响RT,精储段操作线向对角线靠近，NJ,但LT,即冷凝器的负荷加大。R，精微段远离对角线，NT,当R,q线一与平衡线相交，则NHoo,此时r称为Rmin,全回流。(二)回流比R=L/D的改义对提储段操作线的影响(1)RT,q点卜降，提储段接近对角线，板数减少，但再沸器负荷加大，纯度T教材：谭天恩等编著《化工原理》第三版下册2006经等书：姚玉英编著《化工原理》新版2003年土志魁主编《化工原理》第二版2003年刘佩如编著《化工过程与设备》

R，提储段与操作线相距越远，当与平衡线相交（q线），NT。（三）回流比的选择Rmin<R<R°Nmin：R-oo,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：如精微塔的启动阶段，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止常。.止确选择Ropt（1）操作费：①加热蒸汽和冷却水②设备折旧，维修（2）设备费（塔板数）.注思几点：①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;②对于投产中的精储塔，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/、变，若RT,其影响为：（1）D=V/R+1,则塔顶产量D；o（2）由于达成原分离要求所需的板数减少，现板数/、艾，就可超过原来的分离要求，即XdT。（四）最小回流比的计算.作图法；.解析法思考题.非理想物系确定最小回流比应当注意什么？.全回流操作的适用场合？作业补充题第八授课单元理论板数的捷算法教案内容备注*

教学目的.熟悉捷算法求解理论板数.掌握图解法求解最少理论板数Nmino二.教学内容最少理论板数Nmin,芬斯克方程，吉利兰关联图教学重点、难点及其处理.重点捷算法求解理论板数教学方法、手段课堂讲解为主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。作业补充题教材：谭天恩等编著《化工原理》第三版下册2006经等书：姚