蒸餾原理與基本方式

蒸餾原理與基本方式知識目標：

掌握蒸餾原理；

了解蒸餾的分類方式；

理解平衡蒸餾、簡單蒸餾、精餾分離過程。能力目標：能描述蒸餾分離原理；

能描述平衡蒸餾、簡單蒸餾、精餾過程。素質(zhì)目標：踏實、認真的學習態(tài)度；

對所學結(jié)果進行自我評價、自我學習的能力；

培養(yǎng)分析問題、解決問題的能力；

明確職業(yè)崗位所處的位置，不斷提升自身職業(yè)能力。教學重點：掌握蒸餾分離的依據(jù)；

理解精餾分離的過程。教學難點：能理解精餾分離過程教學方法以PPT展示、黑板講授相結(jié)合為主，啟發(fā)、提問、討論等多種方法相結(jié)合。學習目標第一部分：組織教學、清點人數(shù)第二部分：新課導入第三部分：新課講授（具體時間分配在教學具體實施過程中注明）第四部分：課堂小結(jié)第五部分：布置作業(yè)教學組織及時間分配什么是物質(zhì)的揮發(fā)性？[復習提問]生產(chǎn)中將原油分離成汽油、柴油和煤油等不同的油品；石油裂解氣分離成純度較高的乙烯、丙烯和丁二烯；將粗苯分離成苯、甲苯和二甲苯等等。這些分離過程都屬于蒸餾，蒸餾操作是化工生產(chǎn)中最重要的單元操作之一。第二部分：新課導入蒸餾操作依據(jù)的是混合物中各組分揮發(fā)性或沸點的差異。蒸餾過程的實質(zhì)是氣液相的相際間的傳質(zhì)傳熱過程，沸點低易揮發(fā)的組分吸收熱量從液體混合物中汽化向氣相中擴散；同時沸點高難揮發(fā)的組分釋放熱量由蒸汽冷凝成液體從氣相向液相擴散，最終實現(xiàn)氣液分離。蒸餾操作的分類方法很多，按操作方式分可分為：簡單蒸餾、精餾和特殊精餾；按操作壓力分為常壓、加壓和減壓蒸餾；按組分數(shù)目分為雙組分和多組分蒸餾；按操作方式分為連續(xù)精餾和間歇精餾。第三部分：新課講授如何操作才能實現(xiàn)連續(xù)精餾？[提問、集體討論]1簡單蒸餾蒸餾按操作方式可分為簡單蒸餾、平衡蒸餾和精餾等。簡單蒸餾裝置是由蒸餾釜、冷凝冷卻器和若干個餾出液貯槽組成，如圖1所示。操作時將待分離的混合液加入蒸餾釜1中，使溶液逐漸氣化，產(chǎn)生的蒸氣隨即引出并進入冷凝冷卻器2中，冷凝冷卻到一定的溫度的餾出液，即可按不同組成范圍導入餾出液貯槽3中。當釜液的濃度下降到規(guī)定的要求時，即停止操作，將釜中殘液排出后，再加入新的混合液于釜中進行蒸餾。由于是一次簡單蒸餾達到的分離效果是有限的。所以，該蒸餾方式只適用于分離沸點差較大、或者分離要求不高的二元組分混合液體系。如蒸餾發(fā)酵醪液以得到飲用酒精，原油或煤焦油的粗分離等。

簡單蒸餾的顯著特點是過程不穩(wěn)定，相當于分批多次采用一個理論塔板進行蒸餾。圖2平衡蒸餾裝置圖1簡單蒸餾裝置2平衡蒸餾平衡蒸餾裝置如圖2所示。原料液用泵送人加熱器，加熱后經(jīng)減壓閥噴入分離器。原料液從加熱器流到分離器過程中,壓力逐漸減小,絕熱蒸發(fā)。氣液兩相充分接觸而達到平衡狀態(tài)。汽液混合物以切線方向閃蒸進入分離器,使汽液相分離。含量較多的易揮發(fā)組分的氣相從頂部排出后,在冷凝器中冷凝為液體,成為頂部產(chǎn)品。含量較少的易揮發(fā)組分液相在離心力作用下沿器壁向下流到分離器底部而排出，成為底部產(chǎn)品。

3精餾簡單蒸餾、平衡蒸餾是僅進行一次部分氣化和部分冷凝的過程，故只能部分地分離液體混合物；而精餾則是把液體混合物進行多次部分氣化和部分冷凝，使混合物分離達到所要求的組成。如含乙醇不到100的醪液經(jīng)一次簡單蒸餾可得到500的燒酒，再蒸一次可到650，依次重復蒸餾，乙醇含量還可繼續(xù)提高；同樣也可用多次平衡蒸餾來逐次分離、提高純度。理論上多次部分氣化在液相中可獲得高純度的難揮發(fā)組分，多次部分冷凝在氣相中可獲得高純度的易揮發(fā)組分。如果將上述多次部分氣化、多次部分冷凝分別在若干個加熱釜和若干個冷凝器內(nèi)進行，如圖3所示。一是蒸餾裝置將非常龐大；二是能量消耗非常大。不難看出，圖3所示的流程，工業(yè)上是不可能采用的。如果將圖3所示的流程變?yōu)閳D4所示的流程。

圖3多次部分冷凝和部分氣化示意圖最上一級裝置中，氣、液兩相經(jīng)過分離后，氣相可以作為產(chǎn)品排出，液相返回至下一級，這部分液體稱為回流液；最下一級裝置中，氣液兩相經(jīng)分離后，液相可以作為產(chǎn)品排出，氣相則返回至上一級，這部分上升蒸汽稱為汽相回流。當上一級所產(chǎn)生的冷液回流與下一級的熱汽回流進行混合時，由于液相溫度低于氣相溫度，因此高溫蒸氣將加熱低溫的液體，使液體部分氣化，蒸氣自身被部分冷凝，起到了傳熱和傳質(zhì)的雙重作用。同時，中間既無產(chǎn)品生成，又不設置加熱器和冷凝器。圖4多次部分冷凝和部分氣化示意圖

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