《化工原理A2》
课程教案
章节
第一章蒸馏
时间
第1-5周
教学目标
掌握两组分理想物系的气液平衡关系；精馏的原理与流程；两组分连续精馏的基本计算方法；了解间歇精馏与特殊精馏过程
教学重点
两组分连续精馏的基本计算
教学难点
精馏的原理
教学方法
启发式
教学内容
一、蒸馏概述
蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。例如：苯与甲苯混合液的分离
蒸馏的应用
液体混合物分离
气体混合物分离
固体混合物分离
蒸馏分离的特点
通过蒸馏分离可以直接获得所需要的产品
适用范围广，可分离液态、气态或固态混合物
蒸馏过程适用于各种浓度混合物的分离
蒸馏操作耗能较大，节能是个值得重视的问题
蒸馏过程的分类
按蒸馏操作方式分类；按蒸馏操作流程分类；按物系中组分数目分类；按蒸馏操作压力分类
二、两组分理想溶液汽液平衡
1）气液平衡相图
温度—组成图
气液相组成图
2）气液平衡关系式
拉乌尔定律
以平衡常数表示的气液平衡方程
以相对挥发度表示的气液平衡方程
挥发度定义
相对挥发度定义α
三、平衡蒸馏与简单蒸馏
平衡蒸馏（闪蒸）
物料衡算质量守恒总物料衡算易挥发组分物料衡算
热量衡算能量守恒
同时满足气液平衡关系
简单蒸馏（微分蒸馏）
进行微分衡算
四、精馏原理和流程
平衡蒸馏和简单蒸馏是单级过程，进行一次部分汽化
精馏是多级过程，进行多次部分汽化
连续精馏操作流程
化工生产以连续精馏为主。操作时，原料液连续地加入精馏塔内，连续地从再沸器取出部分液体作为塔底产品（称为釜残液）；部分液体被汽化，产生上升蒸汽，依次通过各层塔板。塔顶蒸气进入冷凝器被全部冷凝，将部分冷凝液用泵（或借重力作用）送回塔顶作为回流液体，其余部分作为塔顶产品（称为馏出液）采出。
间歇精馏操作流程
与连续精馏不同之处是：原料液一次加入精馏釜中，因而间歇精馏塔只有精馏段而无提馏段。在精馏过程中，精馏釜的釜液组成不断变化，在塔底上升蒸气量和塔顶回流液量恒定的条件下，馏出液的组成也逐渐降低。当釜液达到规定组成后，精馏操作即被停止。
五、两组分连续精馏的计算
计算的基本假定
理论板的假定
恒摩尔流假定
全塔物料衡算
操作线方程
对包括精馏段某塔板以上塔段及冷凝器的范围作物料衡算即得分析精馏段操作线方程的意义
精馏段操作线方程y
提馏段操作线方程y
精馏塔五种进料热状况
冷液进料；饱和液体进料泡点进料）；气液混合物进料；饱和蒸气进料（露点进料）；过热蒸气进料
为了定量地分析进料量及其热状况对于精馏操作的影响，现引入进料热状况参数的概念。
q=I
（包括各进料热状况下的实际塔内操作情况及进料热状况参数的大小）联立精馏段操作线方程、提馏段操作线方程及进料热状况参数的公式，即可得到加料板处的操作线方程。
分析加料板操作线方程的意义五、操作线在y-x图上的表示
图示说明作图程序。
六、理论板层数的计算
Ⅰ逐板计算法
依次利用平衡关系和操作线关系进行计算，从塔顶算起，逐板计算法的计算步骤，：精馏段理论板数的逐板计算过程；提馏段理论板数的逐板计算过程。另外，为方便起见，可将逐板计算法的计算步骤编程
Ⅱ、图解法
图解法的基本原理与逐板计算法的完全相同
将逐板计算的过程转化为作图的过程
【图解法的作图步骤】
要求学生掌握图解法求理论板层数的作图方法
Ⅲ、加料板位置的确定
适宜的加料板位置（进料位置对应于两操作线交点d所在的梯级，这一位置即为适宜的进料位置）
以及塔板数的确定（需考虑再沸器及冷凝器的类型）
Ⅳ、回流比的影响及选择
回流比（分析回流比对精馏段操作线及提馏段操作线位置的影响分析调节回流比的意义）
全回流，即回流比为无穷大（分析全回流的操作状态）
全回流操作条件下精馏段操作线和提馏段操作线的变化全回流时，传质推动力最大，操作线变为对角线。
全回流时，达到给定分离程度所需的理论板层数最少，全回流的意义
Ⅴ、芬斯克方程
全回流时，最少理论板数的求法：除了可以在y-x图上的平衡线与对角线之间直接图解求得以外，还可由芬斯克方程式计算得到。
芬斯克方程的推导过程：即全回流时利用逐板计算法。
Ⅵ、最小理论塔板数计算及例题
举例说明最少理论板数的计算方法
1）最小回流比的概念、意义、计算最小回流比的概念（作图说明）
最小回流比的意义
最小回流比的求法（作图讲解）
2）适宜回流比的选择
适宜回流比的选择依据：操作费用和设备费用之和为最低。
分析操作费用与回流比的关系分析设备费用与回流比的关系，操作费用和设备费用之和即总费用与回流比的关系
适宜回流比选择的一般性原则：可取为最小回流比的1.1～2倍
Ⅶ、吉利兰算图、塔板数的简捷计算法
参照吉利兰图讲解
利用吉利兰图这一简捷法求理论板层数的方法和步骤
除了吉利兰图外，还可利用由吉利兰图原始