化工分離過程 教學(xué)大綱

1、教學(xué)大綱課程名稱：化工分離過程英文名稱：Separation Processes學(xué) 分：3.5學(xué) 時：48教學(xué)對象：化學(xué)工程與工藝專業(yè)四年級本科生預(yù)修課程：物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、傳遞過程。授課教材：劉家祺 主編. 傳質(zhì)分離過程，高等教育出版社，2005年.參考教材：陳洪紡，劉家祺 編. 化工分離過程，化學(xué)工業(yè)出版社，1995年.J D Seader, E J Henley. Separation Process Principles, John Wiley and Sons, Inc., 2011年. 教學(xué)目的：利用已學(xué)的物理化學(xué)、化工原理、化工熱力學(xué)、傳遞過程等課程中有關(guān)系相平衡熱

2、力學(xué)、動力學(xué)、分子及共聚狀態(tài)的微觀機(jī)理，傳熱、傳質(zhì)和動量傳遞理論來研究化工生產(chǎn)實際中復(fù)雜物系的分離和提純技術(shù)。著重基本概論的理解，為分離過程的選擇、特性分析和計算奠定基礎(chǔ)。從分離過程的共性出發(fā)，討論各種分離方法的特征。強(qiáng)調(diào)將工程和工藝相結(jié)合的觀點，進(jìn)行設(shè)計和分析能力的訓(xùn)練；強(qiáng)調(diào)理論聯(lián)系實際，提高解決問題的能力?？傮w要求：通過本課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種常用傳質(zhì)分離過程的基本原理，操作特點，簡捷和嚴(yán)格計算方法，強(qiáng)化改進(jìn)操作的途徑，了解一些新分離技術(shù)。對于給定的混合物體系和產(chǎn)物分離要求，能夠選擇和設(shè)計適宜的分離過程。教學(xué)內(nèi)容：第一章 緒論 本章包括3節(jié) ，共 3 學(xué)時第1節(jié) 課程概述 本節(jié)為 1 學(xué)

3、時的課堂教學(xué)第2節(jié) 傳質(zhì)分離過程的分類 本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)第3節(jié) 分離過程的研究開發(fā)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)基本要求：了解分離過程在化工生產(chǎn)中的重要性；分類過程的分類；常用的化工分離操作過程；分離過程研究和技術(shù)開發(fā)的現(xiàn)狀和未來。重 點：平衡分離過程和速率分離過程難 點：工業(yè)上常用的基于平衡分離過程的分離單元操作及其基本原理；分離媒介；典型應(yīng)用實例。 第二章 傳質(zhì)分離過程的熱力學(xué)基礎(chǔ) 本章包括 6 節(jié) ，共 9 學(xué)時第1節(jié) 相平衡基礎(chǔ) 本節(jié)為 3 學(xué)時的課堂教學(xué) 2.1.1汽液平衡 2.1.2液液平衡第2節(jié) 多組分物系的泡點和露點計算 本節(jié)為 2 學(xué)時的課堂教學(xué) 2.2

4、.1 泡點溫度和壓力的計算 2.2.2 露點溫度和壓力的計算第3節(jié) 閃蒸過程的計算 本節(jié)為 2 學(xué)時的課堂教學(xué) 2.3.1 等溫閃蒸和部分冷凝過程 2.3.2 絕熱閃蒸過程第4節(jié) 液液平衡過程的計算本節(jié)為 0.5 學(xué)時的課堂教學(xué)第5節(jié) 多元相平衡過程 本節(jié)為 0.5 學(xué)時的自主學(xué)習(xí)第6節(jié) 共沸系統(tǒng)和剩余曲線本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)基本要求：在“化工熱力學(xué)”課程有關(guān)相平衡理論的基礎(chǔ)上，較為全面的了解化工過程中經(jīng)常遇到的多組分外系的氣液平衡，即各種單級平衡過程的計算問題。熟練掌握多組分非理想體系平衡常數(shù)計算方法；泡點和露點計算；等溫閃蒸和部分冷凝過程的計算，了解絕熱閃蒸過程的計算。重 點：多組分

5、物系的相平衡條件；平衡常數(shù)；分離因子。多組分物系的泡點方程、露點方程；計算方法。等溫閃蒸過程和部分冷凝過程。閃蒸方程；閃蒸過程的計算。難 點：多組分非理想體系平衡常數(shù)計算。多組分物系的泡點溫度和泡點壓力、露點溫度和露點壓力的計算。等溫閃蒸過程和部分冷凝過程的計算。 第三章 氣液傳質(zhì)分離過程 本章包括 5 節(jié) ，共 15 學(xué)時第1節(jié) 設(shè)計變量 本節(jié)為 2 學(xué)時的課堂教學(xué)3.1.1 單元的設(shè)計變量3.1.2 裝置的設(shè)計變量3.1.3 流程的設(shè)計變量第2節(jié) 多組分精餾 本節(jié)為 5 學(xué)時的課堂教學(xué)3.2.1 多組分精餾過程分析3.2.2 最小回流比3.2.3 最少理論塔板數(shù)和組分分配3.2.4 實際回

6、流比和理論板數(shù)3.2.5 多組分精餾的簡捷計算方法第3節(jié) 特殊精餾 本節(jié)為 4 學(xué)時的課堂教學(xué)3.3.1 萃取精餾3.3.2 共沸精餾第4節(jié) 間歇精餾 本節(jié)為 0 學(xué)時的自主學(xué)習(xí)第5節(jié) 吸收和解吸 本節(jié)為 4 學(xué)時的課堂教學(xué)3.5.1 Multicomponent Absorption and Desorption3.5.2 Approximate Method for Multicomponent Absorption Calculation基本要求：掌握多組分或復(fù)雜物系設(shè)計變量的確定方法，多組分精餾、共沸精餾、萃取精餾、間歇精餾、吸收和解吸過程的基本原理、流程，及其簡捷計算方法，以及塔內(nèi)的

7、流率、濃度和溫度分布特點。熟練掌握多組分多級分離過程的簡捷計算方法。 重 點：常用化工生產(chǎn)操作單元、裝置和過程的設(shè)計變量的確定。多組分精餾過程分析和簡捷計算方法。特殊精餾和間歇精餾過程、流程，及其簡捷計算方法。多組分吸收和蒸出過程分析、簡捷計算方法。難 點：常用化工過程設(shè)計變量的確定。普通多組分精餾過程的物料衡算；清晰分割；非關(guān)鍵組分的分配。復(fù)雜精餾過程的簡捷計算。共沸精餾流程。多組分吸收、蒸出過程計算的平均吸收因子法和有效因子法；逆流萃取過程的簡捷計算。 第四章 液液傳質(zhì)分離過程 本章包括 4 節(jié) ，共 6 學(xué)時第1節(jié) 液液萃取 本節(jié)為 2 學(xué)時的課堂教學(xué)4.1.1 液液萃取(LLE)原理4

8、.1.2 萃取劑的選擇4.1.3 萃取體系的分類4.1.4 LLE的工業(yè)應(yīng)用4.1.5 多級萃取設(shè)備4.1.6 多組分多級逆流萃取計算第2節(jié) 超臨界流體萃取本節(jié)為 2 學(xué)時的課堂教學(xué)4.2.1 超臨界流體簡介4.2.2 超臨界萃取技術(shù)基本原理4.2.3 超臨界流體萃取流程4.2.4 超臨界流體萃取技術(shù)應(yīng)用第3節(jié) 反膠團(tuán)萃取 本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)第4節(jié) 雙水相萃取 本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)基本要求：了解傳統(tǒng)液液萃取過程及其簡捷計算。了解超臨界流體萃取、反膠團(tuán)萃取和雙水相萃取等新型萃取技術(shù)的基本原理。重 點：液液萃取的計算；超臨界流體萃取、反膠團(tuán)萃取和雙水相萃取的原理。 難 點：液液萃取的

9、計算。第五章 傳質(zhì)分離過程的嚴(yán)格模擬計算 本章包括 3 節(jié) ，共 5 學(xué)時第1節(jié) 平衡級的理論模型 本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)第2節(jié) 三對角矩陣法本節(jié)為 3 學(xué)時的課堂教學(xué)5.2.1 方程的解離方法及求解步驟5.2.2 泡點法（Bubble-point Method, BP法）5.2.3 流率加和法（Sum-Rates Method）第3節(jié) 多組分分離非平衡級模型 本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)5.3.1 多組分分離過程非平衡級模型的提出5.3.2 多組分分離過程非平衡級模型的基本假設(shè)和建模原則5.3.3 多組分分離非平衡級模型的建立和求解5.3.4 多組分分離過程非平衡級模型應(yīng)用實例基本要求：掌

10、握建立平衡級理論模型的基本方法，三對角線矩陣方程的托瑪斯解法，精餾過程計算的泡點法和流率加和法。了解精餾計算的同時校正法和非平衡級模型。重 點：托瑪斯法解三對角矩陣方程；精餾問題的求解。 難 點：三對角矩陣方程托瑪斯解法計算精餾過程的泡點溫度。 第六章 氣固、液固傳質(zhì)分離過程 本章包括 3 節(jié) ，共 2 學(xué)時第1節(jié) 吸附本節(jié)為 0 學(xué)時的自主學(xué)習(xí)第2節(jié) 結(jié)晶 本節(jié)為 0 學(xué)時的自主學(xué)習(xí)第3節(jié) 膜分離 本節(jié)為 2 學(xué)時的課堂教學(xué)6.3.1 膜6.3.2 膜組件6.3.3 膜分離過程基本要求：了解吸附、結(jié)晶過程的熱力學(xué)和動力學(xué)基礎(chǔ)，吸附、結(jié)晶設(shè)備及流程。了解膜分離的基本原理、過程、膜和膜組件的類型

11、以及膜分離技術(shù)的應(yīng)用。重 點：吸附和結(jié)晶過程的熱力學(xué)和動力學(xué)基礎(chǔ)、工藝流程，反滲透、納濾、超濾、微濾、滲透汽化、電滲析等膜分離過程原理。 難 點：吸附和結(jié)晶過程的計算，吸附劑的選擇，分離用膜和膜分離設(shè)備，膜分離過程原理。 第七章 分離過程的節(jié)能優(yōu)化與集成 本章包括 5 節(jié) ，共 8 學(xué)時第1節(jié) 分離過程的最小功和熱力學(xué)效率 本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)7.1.1 最小分離功7.1.2 非等溫分離和有效能7.1.3 熱力學(xué)效率和凈功消耗第2節(jié) 精餾的節(jié)能技術(shù) 本節(jié)為 3 學(xué)時的課堂教學(xué)7.2.1 精餾塔的多股進(jìn)料和側(cè)線采出7.2.2 熱泵精餾7.2.3 設(shè)置中間冷凝器和中間再沸器的精餾7.2.4 精餾過程的熱集成7.2.5 大型蒸餾節(jié)能技術(shù)從理論到實踐第3節(jié) 分離方法的選擇本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)7.3.1 分離過程的分類7.3.2 影響分離方法選擇的因素7.3.3 分離方法選擇原則7.3.4 為什么精餾過程最常用第4節(jié) 分離流程的優(yōu)化本節(jié)為 1 學(xué)時的課堂教學(xué)7.4.1分離順序數(shù)7.4.2 分離序列的確定第5節(jié) 化工分離過程研究前沿與熱點簡介本節(jié)為 2 學(xué)