化工原理《精馏塔物料衡算》说课课件 (1).ppt
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化工原理《精馏塔物料衡算》说课课件 (1).ppt
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齐河职业中专齐河职业中专刘刘兵兵课题:
精馏塔的物料衡算课题:
精馏塔的物料衡算精馏塔物料衡算二、学情分析二、学情分析三、教学方法三、教学方法四、学法指导四、学法指导五、教学过程五、教学过程一、教材分析一、教材分析一、教材分析一、教材分析2/10/2024第七章第七章蒸馏蒸馏第三节第三节精馏塔的物料衡算精馏塔的物料衡算-操作线方程操作线方程一、恒摩尔流的假设一、恒摩尔流的假设二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算三、精馏段的物料衡算三、精馏段的物料衡算四、提馏段的物料衡算四、提馏段的物料衡算第一课时第一课时一、教材分析一、教材分析1、教材的地位与作用、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,我认为这节课有为这节课有重要的地位和承上启下的桥梁作用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、教材分析一、教材分析2、教学目标、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:
定本节课的教学目标是:
a.知识和技能知识和技能:
通过学习使学生理解全塔物料衡算、操作线:
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。
方程,掌握有关计算。
b.过程和方法过程和方法:
通过假设模型的应用,培养学生分析问题的能:
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。
力和学习简化处理的方法。
c.情感态度价值观情感态度价值观:
通过学习,增强学生对整体与局部关系的:
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。
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、教材分析一、教材分析3、教学的重点和难点、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,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。
确定本节课重难点。
重点:
重点:
恒摩尔流假设、全塔物料衡算、精馏段和提馏物料衡算恒摩尔流假设、全塔物料衡算、精馏段和提馏物料衡算。
难点难点:
有关计算。
:
有关计算。
精馏塔物料衡算二、学情分析二、学情分析优点:
优点:
物料衡算的基本概念、物料衡算的基本概念、相组成表示法法、气液平衡关相组成表示法法、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。
系、精馏原理和流程。
数学方面,有关于直线表示的支持。
不足:
不足:
对理论的学习缺乏兴趣,积极性不高,迁移能力需要对理论的学习缺乏兴趣,积极性不高,迁移能力需要加强。
加强。
所以,教学过程中,需要引导学生提高学习的主动性,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。
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、教学方法三、教学方法教教学学过过程程要要充充分分体体现现教教师师主主导导作作用用和和学学生生的的主主体体地地位位,所所以以对对本本节节前前半半部部分分的的理理论论假假设设的的教教学学,采采用用引引导导为为主主的的讲讲授授法法。
后后半半部部分分教教学学,采采取取了了导导学学法法,点点拨拨法法,实实行行启启发发诱诱导导,练练习习法法。
充充分分调调动动学学生生的的主主动性和积极性,培养分析问题和解决问题的能力。
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、学法指导四、学法指导本本学学科科具具有有需需要要联联系系实实际际问问题题和和计计算算分分析析的的特特点点,本本节节的的内内容容,应应该该使使学学生生通通过过课课堂堂听听讲讲、讨讨论论、做做练练习习等等方方式式掌掌握握基基本本理理论论,联联系系数数学学知知识识,学学习习多多角角度度考考虑虑问问题题,通过练习来巩固和加深理解。
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、教学程序五、教学程序关关键键在在于于突突出出学学生生的的主主题题地地位位,激激发发学学习习兴兴趣趣,调调动动学学生生的的积积极极性性。
所所以以在在教教学学过过程程中中采采用用了了情情境境问问题题引引入入、引引导分析、解决问题、归纳总结、练习应用的方式导分析、解决问题、归纳总结、练习应用的方式。
情境思考情境思考:
假如你来负责负责石油常假如你来负责负责石油常减压蒸馏,如何通过理论计减压蒸馏,如何通过理论计算求出塔顶产品、塔底产品算求出塔顶产品、塔底产品和组成?
精馏塔如何操纵才和组成?
精馏塔如何操纵才能得到合格的产品?
能得到合格的产品?
1、新课的导入、新课的导入总结总结:
由于精馏过程比较复杂,:
由于精馏过程比较复杂,影响因素很多,因此在讨论连续精影响因素很多,因此在讨论连续精馏的计算时,须作适当的简化处理。
馏的计算时,须作适当的简化处理。
为此,提出以下基本假设:
为此,提出以下基本假设:
恒摩尔恒摩尔流假设流假设。
而且这种假设在很多情况。
而且这种假设在很多情况下接近于实际情况。
下接近于实际情况。
恒摩尔汽化恒摩尔汽化:
每层塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。
:
每层塔板上升的蒸汽的摩尔流量相等。
精馏段精馏段:
L1=L2=L3=Ln=L=定值定值提提馏馏段段:
L1=L2=L3=Lm=L=定值定值但但L与与L不一定相等不一定相等.精馏段精馏段:
V1=V2=V3=Vn=V=定值定值提提馏馏段段:
V1=V2=V3=Vm=V=定定值值但但V与与V不一定相等不一定相等.恒摩尔溢流恒摩尔溢流:
每层塔板溢流的液体的摩尔流量相等。
每层塔板溢流的液体的摩尔流量相等。
一、恒摩尔流的假设一、恒摩尔流的假设恒摩尔流恒摩尔流满足恒摩尔流的条件满足恒摩尔流的条件(11)各组分的气化潜热相等;)各组分的气化潜热相等;(22)气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略;)气液接触时因温度不同而交换的显热可以忽略;(33)塔设备保温良好,热损失可以忽略。
)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。
恒摩尔汽化和恒摩尔溢流的总称。
总物料总物料F=D+W式中式中F原料液流量,原料液流量,kmol/h;D馏出液流量,馏出液流量,kmol/h;W釜残液流量,釜残液流量,kmol/h;xF原料液中易挥发组分的摩尔分率;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;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;釜残液中易挥发组分的摩尔分率;易挥发组分易挥发组分FxF=DxD+WxW二、全塔物料衡算二、全塔物料衡算例题例题1:
将:
将40%的酒精的酒精-水溶液以流量为水溶液以流量为20kmol/h进进行精馏,要求馏出液组成含酒精行精馏,要求馏出液组成含酒精89%,残液中酒,残液中酒精含量不大于精含量不大于3%(以上均为摩尔分数)。
试求(以上均为摩尔分数)。
试求馏出液和残液的量。
馏出液和残液的量。
解:
已知解:
已知F=20kmol/hF=20kmol/h,xDxD=0.89=0.89,xFxF=0.40=0.40,xWxW=0.03=0.03即即20=D+W20=D+W(11)即即20200.40=D0.40=D0.89+W0.89+W0.030.03(22)联立(联立(11)()(22)得)得D=8.6kmol/hD=8.6kmol/hW=FW=FD=20D=208.6=11.4kmol/h8.6=11.4kmol/h总结:
全塔物料衡算的两个等式,涉及六个量总结:
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。
中,若已知其中四个,则可求出另外两个。
馏出液的采出率馏出液的采出率釜液的采出率釜液的采出率馏出液中易挥发组分的回收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、精馏段操作线方程三、精馏段操作线方程以精馏段的第以精馏段的第n+1n+1层塔板以上塔段层塔板以上塔段及冷凝器作为衡算范围,以单位时间及冷凝器作为衡算范围,以单位时间为基准,则有为基准,则有总物料衡算:
总物料衡算:
V=L+D易挥发组易挥发组Vyn+1=Lxn+DxD式中式中VV精馏段每块塔板上升的蒸汽流量,精馏段每块塔板上升的蒸汽流量,kmol/hkmol/h;LL精馏段每块塔板溢流的液体流量,精馏段每块塔板溢流的液体流量,kmol/hkmol/h;DD馏出液流量,馏出液流量,kmol/hkmol/h;yyn+1n+1精馏段第精馏段第n+1n+1板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数;板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分数;xxnn精馏段第精馏段第nn板下降的液体中易挥发组分的摩尔分数;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由上两物料衡算式得令令R=L/D(R称为回流比),则有称为回流比),则有该该即即为为精精馏馏段段操操作作线线方方程程。
它它描描述述了了任任一一板板(第第nn层层板板)的的液液体体组组成成与与自自相相邻邻的的下下一一塔塔板板(第第n+1n+1层层)上上升升的的蒸蒸汽汽组组成成之之间间的的关关系系,为为一一线线性性关关系系,其其中,斜率为中,斜率为R/(R+1)R/(R+1),截距为截距为xxDD/(R+1)/(R+1)。
以提馏段第以提馏段第m层塔板以下塔段及再沸层塔板以下塔段及再沸器作为衡算范围,则有器作为衡算范围,则有总物料衡算总物料衡算:
L=V+W式中:
式中:
L提馏段每板下降液体流量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提馏段每板上升蒸汽流量,kmol/h;W釜液流量釜液流量,kmol/h;xm提馏段第提馏段第m板下降液体易挥发组分摩尔分数;板下降液体易挥发组分摩尔分数;ym+1提馏段第提馏段第m+1板上升蒸汽易挥发组分摩尔分数;板上升蒸汽易挥发组分摩尔分数;易挥发组分易挥发组分:
Lxm=Vym+1+Wxw四、提馏段操作线方程四、提馏段操作线方程由上两物料衡算式可得由上两物料衡算式可得该式称为该式称为提馏段操作线方程提馏段操作线方程。
此式表示在一定操作条件。
此式表示在一定操作条件下,提馏段内自第下,提馏段内自第mm层板下降液体组成层板下降液体组成xxmm与其相邻的下层板与其相邻的下层板(第(第m+1m+1层)上升蒸气组成层)上升蒸气组成yym+1m+1之间的关系,呈线性关系。
之间的关系,呈线性关系。
注意注意:
提馏段液体量:
提馏段液体量LL不容易求,它除了与不容易求,它除了与LL有关外,有关外,还受进料量及进料热状况的影响还受进料量及进料热状况的影响。
精馏段和提馏段操作线精馏段和提馏段操作线y例题例题3:
某液体混合物含易挥发组分:
某液体混合物含易挥发组分0.65(摩尔分数,(摩尔分数,下同),以饱和蒸汽加入连续精馏塔内,加料量为下同),以饱和蒸汽加入连续精馏塔内,加料量为50kmol/h,残液组成为,残液组成为0.04,塔顶产品的回收率为,塔顶产品的回收率为95%,回流比为,回流比为3,试求(,试求
(1)塔顶、塔底的产品流量)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)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。
)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、课堂练习2/10/20241、精馏的操作线为直线,主要是因为(、精馏的操作线为直线,主要是因为()A理论板假设理论板假设B理想物系理想物系C塔顶泡点回流塔顶泡点回流D恒摩尔流假设。
恒摩尔流假设。
2、提馏段操作线斜率(、提馏段操作线斜率()A大于大于1B小于小于1C等于等于1D等于等于03、精馏塔中由塔顶向下的第、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(层塔板,其气体组成关系为()Ayn+1ynyn-1Byn+1=yn=yn-1Cyn+1yn0.89C0.89D0.89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。
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。
课堂练习课堂练习4、归纳总结:
、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。
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由课堂练习引导学生得出应用本节知识点应注意的问题。
题。
(1)恒摩尔流假设的内容)恒摩尔流假设的内容
(2)计算过程中的单位)计算过程中的单位(3)计算中常用到的关系:
气液平衡方程、)计算中常用到的关系:
气液平衡方程、R=L/D、V=L+D及及V=(R+1)D5、作业、作业课本课本389页页7-9、7-10、7-11、7-12课后思考:
回流比课后思考:
回流比RR对精馏过程有什么影响?
对精馏过程有什么影响?
6、板书、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、学情分析二、学情分析三、教学方法三、教学方法四、学法指导四、学法指导五、教学过程五、教学过程一、教材分析一、教材分析谢谢大家!
谢谢大家!
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