化工原理蒸馏教案

第一授课单元

蒸馀概述及拉乌尔定律

教案内容备注*

一.教学目的教材：柴诚敬主编

1.了解蒸储在化工生产上有那些应用《化工原理》第二版

2.掌握蒸窗的基本概念和二元理想溶液的汽液平衡下册2010

二.教学内容参考书：

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相图姚玉英编著《化工原理》新版

三.教学重点、难点及其处理2003年

1.重点王志魁主编《化工原理》第

拉乌尔定律，汽液平衡关系二版2003年

2.难点及其处理方法刘佩茹编著

二元理想溶液的汽液平衡和l-x-y相图x-y相图《化工过程及设备》

结合相图讲解。

四.教学方法、手段

结合生活中的例子引出蒸馀单元操作，以课堂讲解为主介绍理想溶液及拉乌尔

定律。

五.板式设计

蒸馈过程概述及汽液平衡关系

<-）蒸储过程概述

1.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。

2.蒸馀分离的特点

3.蒸储过程的分类

工业上，蒸馀操作可按以下方法分类：

（1）蒸储操作方式可分为简单蒸例、平衡蒸懒（闪蒸），精镯和特殊精锵等。

（2）蒸储操作流程可分为间歇蒸窗和连续蒸储。

（3）物系中组分的数目可分为两组分蒸馆和多组分蒸饰。

（4）操作压力可分为加压、常压和减压蒸馈。

本章重点讨论两组分物系连续精储的原理及计算方法。

（-）蒸懒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（,-x-y）图

（2）汽一液相组成图（X-川留）

2.汽液平衡的关系式

（1）拉乌尔定律

x一PF

（2）以平衡常数表示的汽液平衡方程

v_P;P-P%

PP\-PI

六.思考题

蒸储操作和吸收操作依据的原理分别是什么？

七.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，简单蒸溜和平衡蒸储

教案内容备注*

一・教学目的教材：柴诚敬主编

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《化工原理》第二版

蒸汽压下册2010

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参考书：

度随温度增加而略有减小，简单蒸储的计算姚玉英编著《化工原理》新版

二.教学内容2003年

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王志魁主编《化工原理》第

度，非理想溶液的相图，最高恒沸点和最低恒沸点，简单蒸锚的总物科衡克和微分二版2003年

物料衡算。刘佩茹编著

三.教学重点、难点及其处理《化工过程及设备》

1.重点

理棉溶液和非理根溶液相对挥发序的计宜

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

ax

y=---------------

•l+(a-\)x

(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，汽和为理想气体；

(2)液相为理想溶液，汽相为非理想气体；

(3)液和为非理想溶液，汽和为非理相气体.

L汽液平衡相图

正偏差系

负偏差系

2.汽液平衡方程

第二节平衡蒸馈及简单蒸储

(一)平衡蒸储

1.平衡蒸储装置及流程

一・教学目的教材：柴诚敬主编

掌握平衡蒸窗的计算，液相分率对汽液相组成的影响，比较平衡蒸储和简单蒸《化工原理》第二版

储的分离效果，理解平衡级蒸倒，精像的设备条件、回流条件和理论板假设、恒摩下册2010

尔流假设参考书：

二.教学内容姚玉英编著《化工原理》新版

平衡蒸镯，平衡蒸储及简单蒸懒的比较，平衡级蒸镯，精储的设圣条件、回流2003年

条件和理论板假设、恒摩尔流假设王志魁主编《化工原理》第

三.教学重点、难点及其处理二版2003年

1.重点刘佩茹编著

精储的设备条件、回流条件和理论板假设、恒摩尔流假设《化工过程及设备》

2.难点及其处理方法

简单蒸馀及平衡蒸谭的分图;效果比较.用例题讲解。

为什么简单蒸锄的分离效果好，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10-12讲解精微的原理和流程

第三节精懒原理和流程

<-）精懒过程原理

1.多次部分汽化和多次部分冷凝

2.精馈塔模型

（二）精帽操作流程

1.连续精馈操作流程

2.间歌精饱操作流程

间歇精储及连续精谯相比，有如下特点：

1.间歇精馆为非定态过程，它有两种操作方式：即恒回流比操作和恒馈出液组

成操作。

2.间歇精馀只有精储段。

六.思考题

平衡蒸储及平衡级蒸播的区别是什么？

七.作业

第四授课单元

二元连续梢馆的全塔物料衡算，精储段的分析及其图解

教案内容备注*

一・教学目的教材：柴诚敬主编

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《化工原理》第二版

操作线方程下册2010

二.教学内容参考书：

全塔物料衡算，回流比，精储段操作线方程姚玉英编著《化工原理》新版

三.教学重点、难点及其处理2003年

1.重点王志魁主编《化工原理》第

全塔物料衡算，精循段操作线方程，精循段操作线和理论板的图解二版2003年

2.难点及其处理方法刘佩茹编著

理论板图解方法的理论依据《化工过程及设备》

四.教学方法、手段

课堂讲解为主

五.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

（-）物料衡算：连续稳定操作，进料流量=出料流量

F=W+D

Fxr=Wxw+DXD

Xr一一原料中易挥发组分的摩尔分率

XD—播出液中易挥发组分的摩尔分率

X.一一釜液中易挥发组份的摩尔分率

应用时要注意F及心的关系，F若用质量表示，则先要用质量分率表示，统一

例题

（二）精储过程历要求的分敬表示法

1.用产品的组成表示（X„=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n

n产储出液中易挥发组份/原料液中易挥发组份=DX”/FX^xiom

n«=w（i—x»）/F（1—xF）XIOO%

精馆的分析及其图解法

（-）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及下一板上升蒸汽组成y.“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

精储段内，由每层塔板上升的蒸汽摩尔流量皆相等：提馀段内也拈一样

2.恒摩尔溢流

精储段内，由每层塔板溢流的液体摩尔流量相等：提幅段内也是一样。

L一一精储段下流的液体摩尔流量kmol/h

L一一提匍段下流的液体摩尔流量kmol/h

L|=L2=L=...=小=定值=1

L「Lz-L「...-Ln一定值

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，则上述两项假设及实际情况相近

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

1.精徽段操作线方程式（笔记）

2.提储段操作线方程

六.思考题

精镭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*

教学目的教材：柴诚敬主编

掌握进料的五种热状况及其对应的q,提馆段的操作线方程，加科板的物料衡《化工原理》第二版

算，q线方程下册2010

二.教学内容参考书：

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,姚玉英编著《化工原理》新版

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2003年

三.教学重点、难点及其处理王志魁主编《化工原理》第

1.重点二版2003年

全塔物料衡算，精循段操作线方程，精循段操作线和图解法求理论塔板数刘佩茹编著

2.难点及其处理方法《化工过程及设备》

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）

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

在提储段操作线中，液、气流量L'

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（t《,）

②饱和液体（泡点液体进料）tK=ta

③饱和液汽的混合物（U<t<ta）

④饱和蒸汽（t=td）

⑤过热蒸汽（t>td）

（q-l）Fy=qEz-ExF

（q线方程，利用q线作提馈段操作线）

2.以第3种情况分析，其它类推

第3种情况汽、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'+(l-q)F=VV'=V-(l-q)F

2）进料液相分率q及热状况有一定的关系。令进料液、饱和液体，饱和蒸

汽培分别为ir,it,iv（kj/kmol）

进料带入的总给=汽、液两相各自带入的培之和，即：

FiF=（qF）iL+（i-q）Fiv

对加。1进料,则.=/比+（i-q〉y

=iv-iF=每千克进料从进料状况化为饱和蒸气所需热

进料的千摩汽化潜热

对于饱和汽、液混合进料这情况，tXtp<td,iL<iP<iv

则iT-iL>iv-iF>OAO<q<l

3.推广至其它的情况

1）过冷液体进料：原料进塔及蒸汽接触后应升至平衡温度（泡点）.这就需要将

提馈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

•』<八・•・—iv-L即q>l（图b,P405）

2）泡点液体进料（饱和液体进料）：ts=tF,if=ii,：.q=\

3）汽液混合进料：iL<iWL,0〈q<l

4）饱和蒸汽进料:t=t,即i^iv：/.q=0,V=F+V',L=L'

5）过热蒸汽进料：t>uBPir>iv:Aq<0

进料不仅全部及提镭段上升蒸汽V汇合进入精谯段，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,LYL

4.q线方程（进料操作线方程）

Z/=L+qEV，=V_（l_q）尸

FXF=Dxf）+Wxw

F=D+W

又

V，=L'x-Wxw,Vv=Lx+DXD

（V*-V）y=（£-L）x-（DXD+1%）n），=-^—x--!―

<7-lq-\

两操作线的交点方程&=qFx-FxF

若以V表示精储段上升的蒸汽摩尔流量kmol/h

V一一表示提馆段上升的蒸汽摩尔流量kmol/h

“下标”表示塔板序号，则V产'%=%=……，V•产V'W产……

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

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：柴诚敬主编

掌握逐板计算法和图解法求解理论板数《化工原理》第二版

二.教学内容下册2010

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参考书：

三.教学重点、难点及其处理姚玉英编著《化工原理》新版

1.重点2003年

图解理论板数王志魁主编《化工原理》第

2.难点及其处理方法二版2003年

逐板计算法和图解法的对应关系刘佩茹编著

四.教学方法、手段《化工过程及设备》

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

y1(=xd)

平衡关系、

>X1

精镭段操作关系、

平衡关系、

>X2

精储段操作关系、」

ryp..xn<xq

提储段操作关系、,平衡关系、,

------------------>y------------->x2

2Xm-%

(二)图解法(笔记)X-Y图解法

1.操作线的绘制

(1)精馈段操作线

精微段操作线方程：

对角线方程：y=xy=-----工“+’五

精饰段操作线及对角线交点a(x“x3及纵轴交点

b(0,Xa/(R+1));

则，ab即为精储段操作线。(2)提饰段操作线

提匍段操作线方,_I.W程：

提储段操作线及对3；w+l-L-WX>，'~1-WXW角线交点：c(x“x.);

提储段操作线及精循段操作线的交点：

精储段操作线方程：Vy=Lx+Dx“

提储段操作线方程：「、'=L'X'-Wx,联立两个方程并整理

得：

式(1—38)称y=JJ—X__(1-38)为q线方程或进料方

程，是描述两个操""一1q-l作线交点轨迹的方程。

q线的绘制：

q线及对角线交点为c(x,,x,)、其斜率为q/(qT)；据此做直线cf即为q线。

q线及精憎段操作线交点d;则连db即得提蝴段操作线

2.图解求理论塔板数

过a依次在两个操作线及平衡线之间画梯级，即可求得理论塔板数。（一个梯级

代表一块理论塔板）

X思考题

图解理论板的要点是什么？

七.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*

一・教学目的教材：柴诚敬主编

1.了解影响塔板效率的因素《化工原理》第二版

2.熟悉回流比对精储费用的影响下册2010

3.掌握最小回流比的概念和计算，全回流和操作线方程参考书：

二.教学内容姚玉英编著《化工原理》新版

默弗里板效率，总板效率，最小回流比，全回流2003年

三.教学重点、难点及其处理王志魁主编《化工原理》第

1.重点二版2003年

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第，全回流的刘佩茹编著

概念和操作线方程《化工过程及设备》

2.难点及其处理方法

操作中如何调节回流比保讦产品质最

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

（•）回流比R=L/D的改变对精储操作的影响

（1）Rt,精储段操作线向对角线靠近，NI,但Lt,即冷凝器的负荷加大。

（2）RI,精储段远离对角线，Nt,当R,q线一及平衡线相交，则N-8,此

时R称为Rmin,全回流。

（二）回流比R=L/D的改变对提储段操作线的影响

（1）Rt,q点下降，提饰段接近对角线，板数减少，但再沸器负荷加大，纯

度f

（2）13,提谪段及操作线在距越远，当及平衡线相交（q线），Nf。

（三）回流比的选择

1.Rmin<R<R~

2.Nmin：R-8,此时两操作线及对角线重合，称为全回流。只有在特定条件

下才用它：如精馅塔的启动阶段，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正常。

3.正确选择Ropt

（1）操作班：①加热蒸汽和冷却水②设备折旧，维修

（2）设备费（塔板数）

4.注意几点：

①设计的角度看，在给定任务下，必须考虑设备战及操作物来选择R;②对于

投产中的精微塔，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Rt,其影响为：（1）D=V/RT,则塔顶产

量DI。（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X/。

（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.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*

一・教学目的教材：柴诚敬主编

1.熟悉捷算法求解理论板数《化工原理》第二版

2.掌握图解法求解最少理论板数X”。下册2010

二.教学内容参考书：

最少理论板数心,“芬斯克方程，吉利兰关联图姚玉英编著《化工原理》新版

三.教学重点、难点及其处理2003年

1.重点王志魁主编《化工原理》第

捷算法求解理论板数二版2003年

四.教学方法、手段刘佩茹编著

课堂讲解为主《化工过程及设备》

五・板式设计

简挣法求理论板层数程序：

（1）计算Rw,、确定R,计算横坐标；

（2）查图得横坐标；

（3）计算FU和,根据横坐标值和心•的值计算N。

六.作业

补充题

第九授课单元

精馆塔的操作型问题和其他蒸馈方式

教案内容备注*

一・教学目的教材：柴诚敬主编

1.了解水蒸气蒸馈、间歇蒸储、恒沸蒸储和萃取蒸饰《化工原理》第二版

2.掌握回流比对精储操作的影响下册2010

二.教学内容参考书：

精微塔的操作型问题，水蒸气蒸懒、间歇蒸储、恒沸蒸播和萃取残储姚玉英编著《化工原理》新版

三.教学重点、难点及其处理2003年

1.重点王志魁主编《化工原理》第

回流比对精懒操作的影响二版2003年

2.难点及其处理方法刘佩茹编著

四.教学方法、手段《化工过程及设备》

课堂讲解为主

五.板式设计

第六节恒沸精储和萃取精微

恒沸精储和萃取精储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程。

恒沸精储中加入的第三组分能及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。

半取精情加入的第三组分不及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，第三组分从塔底储出。

卜.面是分离乙伸-水的恒沸精馆和分离苯-环己烷的萃取精储的流程示意

图。

分离乙醇一水的恒沸精储

备注*

题

习

顶解

讲

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一

全凝器基品和

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