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液体蒸馏

学科	化工单元操作	第四章液体蒸馏 1、概述				审批签字

授课时数		2	授课方法	讲授	教具		多媒体
授课时间		2018.2.		授课班级
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
教学重点和难点		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。

教学内容、方法和过程						附记
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）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(x–y图) 2. 汽液平衡的关系式（1）拉乌尔定律立德树人立教圆梦（2）以平衡常数表示的汽液平衡方程一．思考题蒸馏操作和吸收操作依据的原理分别是什么？二．作业
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学科	化工单元操作	第四章液体蒸馏 2、精馏物料衡算				审批签字

授课时数		2	授课方法	讲授	教具		多媒体
授课时间		2018.2.		授课班级
教学目的		二元连续精馏的全塔物料衡算，精馏段操作线方程
教学重点和难点		1．重点全塔物料衡算，精馏段操作线方程，提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
复习提问
教学内容、方法和过程						附记
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η η易=馏出液中易挥发组份/原料液中易挥发组份=DXD / FXF×100% η难=W（1— XW）/F（1—XF）×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kmol/h L′——提馏段下流的液体摩尔流量kmol/h L1=L2=L3=……=Ln=定值=L L′1=L′2=L′3=……=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 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．精馏段操作线方程式（笔记） 2．提馏段操作线方程一．思考题精馏操作的两个基本假设是什么？二．作业
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学科	化工单元操作	第四章液体蒸馏				审批签字

授课时数		2	授课方法	讲授医疗器械不良事件监测和再评价管理办法	教具		多媒体
授课时间		2018.2.		授课班级
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
教学重点和难点		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。
复习提问
教学内容、方法和过程						附记
（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. 简单蒸馏的计算一．思考题非理想溶液的最高恒沸点和最低恒沸点的意义？二．作业
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学科	化工单元操作	第四章液体蒸馏 4、、塔板数的确定				审批签字

授课时数		2	授课方法	讲授	教具		多媒体
授课时间		2018.2.		授课班级
教学目的		掌握逐板计算法和图解法求解理论板数
教学重点和难点		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
复习提问
教学内容、方法和过程						附记
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）X—Y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：　 V’y’ = L’x’－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，即可求得理论塔板数。（一个梯级代表一块理论塔板）一．思考题图解理论板的要点是什么？二．作业
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学科	化工单元操作	第四章液体蒸馏 5、连续精馏操作				审批签字

授课时数		2	授课方法	讲授	教具		多媒体
授课时间		2018.2.		授课班级
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
教学重点和难点		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
复习提问
教学内容、方法和过程						附记
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=ts ③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线作提馏段操作线) 2．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=V V`=V-(1-q)F 2)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，ts<tF<td，iL＜iF＜iV 则iV-iL>iV-iF>0∴0<q<1 3．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），这就需要将提馏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=1 3)汽液混合进料：iL<iF<iV,0<q<1 4)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 进料不仅全部与提馏段上升蒸汽V′汇合进入精馏段，还将释放出显热，使精馏段的回流液额外汽化一部分，结果V>V`+F,L`<L 4．q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/h V′——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=……，V′1=V′2=V′3=…… 注意：两段上升的蒸汽摩尔流量不一定相等。一．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？二．作业
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学科	化工单元操作	第4章液体蒸馏 6、精馏操作的影响因素				审批签字

授课时数		2	授课方法	讲授	教具		多媒体
授课时间		2018.2.		授课班级
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
教学重点和难点		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节回流比保证产品质量
复习提问
教学内容、方法和过程						附记
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↑威廉姆森，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 1．Rmin<R<R∞ 2．Nmin：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，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：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，必须考虑设备费与操作费来选择R; ②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．解析法一．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？二．作业补充题
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学科	化工单元操作	第四章液体蒸馏 7、其它蒸馏方式				审批签字

授课时数		2	授课方法	讲授	教具		多媒体
授课时间		2018.2.		授课班级
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，精馏的设备条件、回流条件和理论板假设
教学重点和难点		1. 重点精馏的设备条件、回流条件和理论板假设 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。
复习提问
教学内容、方法和过程						附记
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。一．思考题平衡蒸馏与平衡级蒸馏的区别是什么？二．作业
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学科	化工单元操作	第四章液体蒸馏 7、精馏设备				审批签字

授课时数		2	授课方法	讲授	教具		多媒体
授课时间		2018.2.		授课班级
教学目的		1．了解板式塔的结构特点 2．掌握精馏操作步骤
教学重点和难点		1．重点精馏操作步骤 2．难点及其处理方法
复习提问
教学内容、方法和过程						附记
一、板式塔的主要结构：塔体；塔板；气体及液体进口装置塔板结构：塔板可分为有降液管式塔板和无降液管式塔板两类。有降液管式塔板上：气液两相呈错流方式接触，这种塔板效率较高，具有较大操作弹性，使用广泛。无降液管式塔板上：气液两相呈逆流接触，塔板板面利用率较高，生产能力大，结构简单，但效率较低，操作弹性较小，工业使用较少。塔板类型：泡罩塔：主要元件为升气管用泡罩。泡罩的下部周边有很多齿缝，齿缝一般为三角形、矩形或梯形。筛孔塔：筛孔塔板简称筛板，塔板上开有许多均匀的小孔，筛孔在塔板上按一定的规律排列，塔板上设置溢流堰，使板上保证一定厚度的液层。浮阀塔：在塔板上开有若干个阀孔，每个阀孔装有一个可以上下浮动的阀片。阀片连有几个阀腿，而使阀片不被气体吹走。阀片周边冲出几个略向下弯的定距片，当气流很小时，保持阀片与塔板间有一定的间距。喷射塔：在喷射型塔板上，气体沿水平方向喷出，不再通过较厚的液层而鼓泡，因而塔板压降降低，可采用较大的操作气速，提高了生产能力。喷射塔有：舌型塔板、浮舌塔板、斜孔塔板、垂直筛板他有个二弟汉寿亭侯塔板上的气液接触状态（增大接触面积）：鼓泡接触状态泡沫接触状态喷射接触状态精馏塔的操作： 1、准备工作 2、预进料 3、再沸器投入使用 4、建立回流 5、进料与出产品 6、控制调节 7、停车
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学科	化工单元操作	太原郝建秀第四章液体蒸馏 8、单元小结				审批签字

授课时数		2	授课方法	讲授	教具		多媒体
授课时间				授课班级
教学目的		1．总结本章主要内容 2．讲评习题
教学重点和难点		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
复习提问
教学内容、方法和过程						附记

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