3.精馏段和提馏段操作线方程
《精馏段和提馏段操作线方程》教学设计 课程名称 化工单元操作 课 题 精馏段和提馏段操作线方程 授课对象 中职二年级学生 课 型 理论课 授课人数 48人 课 时 1 教材分析 教学目标 1.学问与技能: 通过学习,学生驾驭精馏段和提馏段操作线方程。 2.过程与方法: 学生能通过本节课的学习,分析解决实际问题,培育合作意识和创建性思维实力。 3.情感看法与价值观: 通过学习本节课,学生能正确对待学习,养成良好的学习习惯,找寻有效的学习方法。 教学重点 精馏段和提馏段操作线方程及其画法、有关计算 教学难点 精馏段和提馏段操作线方程的推导 教学方式 以PPT展示、黑板讲授相结合为主,启发、提问、探讨等多种方法相结合。 课前打算 1.全班分为8个学习小组,选好小组长; 2.多媒体课件ppt; 3.预习课本上《精馏段和提馏段操作线方程》有关内容。 教学过程 教学环节 老师活动 学生活动 时间 复习回顾 导入新知 复习:精馏塔全塔物料衡算方程 导入:在化工专业春季高考中,精馏的计算上特别重要的,特备上有关操作线方程的计算。今日我们就来学习精馏段和提馏段操作线方程及其计算。 回答: 总物料衡算: F=D+W 易挥发组分衡算: FxF=DxD +WxW 讲授新知 讲解并描述:在精馏塔中,随意塔板(n 板)下降的液相组成xn与由其下一层塔板(n+1板)上升的蒸汽组成yn+1之间的关系称之为操作关系,描述它们之间关系的方程称为操作线方程。操作线方程可通过塔板间的物料衡算求得。 在连续精馏塔中,因原料液不断从塔的中部加入,致使精馏段和提馏段具有不同的操作关系,现分别予以探讨。 学生倾听、记忆 讲授新知 讲解并描述: 1、 精馏段操作线方程 在图片虚线范围(包括精馏段的第n+1层板以上塔段及冷凝器)内作物料衡算,以单位时间为基准,可得:总物料衡算:V=L+D 易挥发组分的物料衡算: V yn+1=Lxn+DxD 式中: V——精馏段内每块塔板上升的蒸汽摩尔流量,kmol/h; L——精馏段内每块塔板下降的液体摩尔流量,kmol/h; yn+1——从精馏段第n+1板上升的蒸汽组成,摩尔分率; xn——从精馏段第n板下降的液体组成,摩尔分率。 将以上两式联立后,有: 令R=L/D,R 称为回流比,于是上式可写作: 以上两式均称为精馏段操作线方程。 点评小组的发言:(略) 倾听并看下图 学生书写记忆: 分析归纳:(小组发言) 关于精馏段操作线方程的两点探讨(1)该方程表示在肯定操作条件下,从随意板下降的液体组成xn 和与其相邻的下一层板上升的蒸汽组成yn+1 之间的关系。 (2)该方程为始终线方程,该直线过对角线上a(xD,xD)点,以R/(R+1)为斜率,或在y轴上的截距为xD/(R+1)。 讲授新知 讲解并描述: 2、 提馏段操作线方程 在图虚线范围(包括提馏段第m层板以下塔段及再沸器)内作物料衡算,以单位时间为基准,可得: 总物料衡算:L’=V’+W 易挥发组分衡算:L’xm=V’ym+1+WxW 式中: L’——提馏段中每块塔板下降的液体流量,kmol/h; V’——提馏段中每块塔板上升的蒸汽流量,kmol/h; xm——提馏段第m块塔板下降液体中易挥发组分的摩尔分率; ym+1——提馏段第m+1块塔板上升蒸汽中易挥发组分的摩尔分率。 将以上两式联立后,有: 或 上式两式均称为提馏段操作线方程。 提馏操作线方程的其他表现形式 令:,R’称为再沸比 再沸比R’是提馏段内各块塔板下降的液体量与塔底引出的釜液(馏残液)量之比。 则提馏操作线可改写为: 倾听并看下图 学生书写记忆: 分析归纳:(小组发言) 关于提馏段操作线方程的两点探讨 (1)该方程表示在肯定操作条件下,提馏段内自随意板下降的液体组成xm,和与其相邻的下一层板上升蒸汽组成ym+1之间的关系。(2)提馏段操作线方程为始终线方程,在定常连续操作过程中,该直线过对角线上b(xw,xw)点,以L’/V’为斜率,或在y轴上的截距为-WxW/V’。 典型例题 投影:将含24%(摩尔分数,下同)易挥发组分的某液体混合物送入一连续精馏塔中。要求馏出液含95%易挥发组分,釜液含3%易挥发组分。送入冷凝器的蒸气量为850kmol/h,流入精馏塔的回流液为670kmol/h,试求: 1、每小时能获得多少kmol/h的馏出液?多少kmol/h的釜液? 2、回流比R为多少? 3、写出精馏段操作线方程; 4、若进料为饱和液体,写出提馏操作线方程。 学生探讨、作答: 小组代表发言 详细答案见ppt 讲授新知 3、 操作线的作法 讲解并描述:用图解法求理论板层数时,需先在x–y图上作出精馏段和提馏段的操作线。前已述及,精馏段和提馏段的操作线方程在x-y图上均为直线。作图时,先找出操作线与对角线的交点,然后依据已知条件求出操作线的斜率(或截距),即可作出操作线。 (1)精馏段操作线的作法 由: 当 xn=xD时, yn+1=xD。 说明精馏线有一点其横坐标与纵坐标相等,这一点必定落在对角线上,可从对角线上查找。 由分别要求xD和经确定的回流比R可计算出截距xD/(R+1)。由一点加上截距(两点式)在x-y图上作出直线即为精馏操作线。 学生活动: 练习绘制精馏段操作线的方法。 如下图中的直线ab所示 (2)提馏段操作线的作法 由: 当 xm=xW 时,ym+1=xW 。 说明提馏线也有一点其横坐标与纵坐标相等,这一点必定落在对角线上,可从对角线上查找。 由分别要求 xW 和经确定的再沸比 R’ 可计算出截距-xW/(R’ +1)。由一点加上截距(两点式)在x-y图上作出直线即为提馏操作线。 由图可看出,提馏段操作线的截距数值很小。因此,提馏段操作线不易精确作出,且这种作图方法不能干脆反映出进料热状况的影响。故提馏段操作线通常按以下方法作出(两点式) 。先确定提馏段操作线与对角线的交点c,再找出提馏段操作线与精馏段操作线的交点d(其坐标可联立两操作线方程求得),直线cd即为提馏段操作线。 学生活动: 练习绘制提馏段操作线的方法。 如下图中的直线cd所示 课堂练习 选择题:见ppt 点评学生练习状况 学生完成练习 计算题:一连续精馏塔,泡点进料。已知操作线方程如下: 精馏段 y = 0.8 x + 0.172 ,提馏段 y = 1.3 x – 0.018 。求:原料液、馏出液、釜液组成及回流比。 学生探讨、作答: 小组代表发言 详细答案见ppt 总结 本节课重点讲解了精馏段和提馏段操作线方程及其画法和有关计算。 布置作业