1、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,2023/12/12,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
2、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：
3、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
4、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
5、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
6、/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/h W=FD=208.6=11.
7、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
8、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
9、+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
10、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,2023/12/12,1、精馏的操作
11、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1 B 小于1 C 等于1 D 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（）A yn+1ynyn-1 B yn+1=yn=yn-1 C yn+10.89 C 0.89 D 0.89,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=1.3
12、x-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！,
