天津大学 化工分离工程 完整教案
天津大学化工分离工程完整教案
第一章绪论
一、学习目的与要求
通过本章的学习，能对传质分离过程有一个总体了解。
二、考核知识点与考核目标
（一）、化工分离操作在化工生产中的重要性（一般）
识记：化工分离操作在化工生产中的重要性分析。
（二）、分离过程的分类和特征（次重点）
识记：分离过程的分类和特征，传质分离过程的分类和特征。
§1.1 本课程的内容和任务
§1.1.1课程内容、性质与特点
该课程是化学工程专业所开设的一门专业基础课之一。分离过程是将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作，它是一门与实际生产联系极其紧密的课程，是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等技术知识后的一门必修课，它利用这些课程中有关相平衡热力学、动力学机理、传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系的分离和提纯技术。
由理想理想气体实际气体
理想溶液实际溶液
由简单复杂二元精馏多元精馏
单组分吸收多组分吸收
§课程设置的目标
开设本课程，为了使学生掌握各种常用的分离过程的基本理论、操作特点、简捷和严格计算方法和强化改进操作的途径。对一些新分离技术有一定的了解。
1、注重基本概念的理解，为分离工程的选择、特性分析和计算奠定基础；
2、分离过程的共性出发，讨论各种分离过程的特征；
3、强调工程和工艺相结合的观点，注意设计和分析能力的训练，强调理论联系实际，提高解决问题的能力。
§1.1.3与本专业其他课程的关系
与该专业课相关的基础课《物理化学》、《传递过程原理》、《化工原理》、《化工热力学》等与本课程有着相当密切的关系，是本课程的技术基础课，同时本课程又是《化工工艺设计与化工过程开发》的基础，它与《化工反应工程》紧密相连，只有这些课学好了才能学好这门课,做好毕业设计。
§学习方法及要求
1. 理解重要公式的推导过程及推导假设，掌握公式及公式的使用范围；
2. 掌握各种分离过程的基本原理、理论、操作特点，简捷法（FUG）和
严格计算法及强化改进操作的途径，对设备的特殊要求；
3. 该课程应用性、技能性较强，须认真地做习题，加深对所学内容的理
解；
4. 会用计算中常用到的手册和图表提高使用图表的能力。
§教材和参考书
教材：《化工分离过程》陈洪钫刘家祺主编。
参考书：
《化工分离过程》刘家祺主编化工出版社
《分离工程》邓修主编科学出版社
《石油化工分离工程》张一安徐心茹主编华东理工大学出版社。
《有机化工分离过程》，许其佑等编著，华东化工学院出版社。
抓住重点，理清思路，善于分析，旨在应用。认真听课，积极思索，必要预习，独立解题。
§1.2 分离操作在化工生产中的重要性（作用和地位）
§分离过程在化工生产中的重要性
无论化学、石油、冶金、食品、轻工、医药、生化和原子能等工业都广泛应用分离过程，
总而言之，广泛的应用，科技的发展，环境的需要都说明分离过程在国计民生中所占的地位和作用，并展示了分离工程的广阔前景：现代社会离不开分离技术，分离技术发展于现代社会。
化工生产中采用分离的目的主要有以下几点：
1、原料预处理；
2、产品的分离提纯；（苯乙烯生产）
3、环保和安全生产的需要；
4、防止催化剂中毒。
§分离在清洁工艺中的地位和作用
降低原材料和能源的消耗，提清洁工艺也称少废无废技术，是面向21世纪社会和经济可持续发展的重大课题，也是当今世界科学技术的重要内容之一。
清洁工艺将生产工艺和防治污染有机结合起来，将污染物消灭在生产工艺过程中，从根本上解决工业污染问题。清洁工艺是一种节能、低耗、高效安全、无污染的工艺技术。就化学工业而言，清洁工业本质是合理利用资源，减少甚至消灭废料的产生。
化工清洁工艺应综合考虑合理地原料选择，反应路径的洁净化，物料分离技术的选择及确定合理的工艺流程和工业参数等。
与化工分离密切相关的有：
（1）高有效利用率和循环利用率；
（2）开发和采用新技术、新工艺，改善操作条件，以控制和消除污染；
（3）采用生产工艺装置系统的闭路循环技术；
（4）处理生产中的副产物和废物，使之减少或消除对环境的危害；
（5）研究和开发利用低物耗、低能耗、高效率的三废治理技术。
闭路循环系统是清洁工艺的重要方面，其核心是将过程产生的废物最大限度地回收和循环使用，减少过程排出废物的量。
实现分离与再循环系统使废物最少化的方法：
（1）废物直接再循环，如废水循环使用（丙烯腈、丁醇、丁醛生产）（2）进料提纯减少杂质生成副产物，减少排放量；
（3）除去分离过程加入的附加物质（如特殊精馏中的S）；
（4）附加分离与再循环系统
§1.3 传质分离过程的分类和特征
分离过程
（1）机械分离
对象为两相或两相以上的混合物，只要用简单的机械方法就可将其分离，两相间不发生物质的传递。如过滤、沉淀等。
（2）传质分离
用于各种均相混合物的分离，其特点是有质量传递发生，有相间传质，可以在均相中进行，也可在非均相中进行。
传质分离依据物理化学原理的不同，可分为平衡分离和速率分离两大类。§平衡分离过程
——借助分离媒介（如热能、溶剂或吸附剂）使均相混合物系统变成两相系统，再以混合物中各组分在处于平衡两相中的不等同的分配为依据而实现分离。
分离媒介
按两相状态的不同，平衡分离过程可分为以下几类：
（1）气液传质过程如吸收、气体增湿或减湿；
（2）汽液传质过程如液体精馏；
（3）液液传质过程如萃取；
（4）液固传质分离结晶、浸取吸附、离子交换；
（5）气固传质过程固体干燥、吸附。
对于平衡传质分离过程，工程上有两种处理方法：
一、把现状和达到平衡之间的浓度梯度或压力梯度作为过程推动力，而
把其他因素都归纳于阻力中。传递速率就成为推动力和阻力之商（传
热、流体输送、吸收……）
二、依据处于热力学平衡的两相组成不相等的原理，以每一级都处于平
衡态为手段，得平衡级数，并把其他影响因素归纳于效率之中（如精
馏……）。
§速率分离过程
——借助某种推动力（浓度差、温度差、压力差、电位差等），有时在选择
性透过膜的配合下，利用各组分扩散速率的差异而实现组分的分离。
速率分离过程可分为膜分离和场分离。该类分离传递发生于相内，无须产生新的相，所以往往是低能耗的。
世界万物都是由有序自动走向无序，所有纯物质都逐渐变为混合物，而将混合物变为纯物质不能自发进行，只有外加能量方可使之进行。
一般分离过程能耗：
无相变分离<有相变分离；无外加物质的分离<有外加物质的分离。
膜分离：利用流体中各组分对膜渗透速率的差异而实现组分的分离。
分离过程发展现状见P10图1-3，图表明分离技术成熟程度和应用成熟程度。上方虽很成熟，改进余地小，但应用广，微小改进可带来巨大效益。
§1.4 分离过程的集成化
§反应过程与分离过程的耦合
为改善不利的热力学和动力学因素，减少设备和操作费用，节约资源和能源，分离过程和反应过程多种形式的耦合已开发和应用。如：
（1）化学吸收是反应和分离过程耦合的单元操作，可提高推动力和液相传质系数；
（2）化学萃取是伴有化学反应的萃取过程，溶质与萃取剂反应可提高过程推动力和速率；
（3）反应精馏反应和精馏结合成为一个过程，形成了精馏技术中的一个特殊领域。其一方面成为提高分离效率而将反应和精馏相结合的一种分离
操作（利用反应热使液体汽化，改变组分间的α），另一方面成为提高反
应收率而借助于分离手段的一种反应过程（将产物及时移出提高平衡转
化率，并靠物料汽化移走反应热）。若反应A+B→C+D ，C的α>AB的
α，D的α 与B的配比等于化学计量比）。 目前，反应精馏已从单纯的工艺开发向过程普遍性规律研究的方向发展。工业广泛应用于酯化、酯交换、皂化、胺化、水解、异构化、硝化…… 反应。 （4）膜反应器将合成膜的优良分离性能与催化反应相结合，在反应的同时选 择性地脱除产物，使平衡转化率提高，或控制反应物的加入速度提高Y、X和S。（5）药物的控制释放控制释放的时间和部位（一天多次改为一天一次或多天一次，减少副作用）。 （6）膜生物传感器 §分离过程与分离过程的耦合 不同分离过程耦合在一起构成复合分离过程，以集中原分离过程之所长，避其所短。适用于特殊物系的分离。如： （1）萃取结晶是分离沸点相近的混合物的有效方法； （2）吸附蒸馏在同一设备中进行g-l-s三相的分离过程。 §过程的集成 1. 传统分离过程的集成 共沸精馏往往与萃取集成，共沸精馏与萃取精馏集成。 2. 传统分离与膜分离集成 3. 膜分离集成采用多种不同膜组合 第二章单级平衡过程 通过本章的学习，使学生正确理解相平衡热力学中的基本概念;掌握平衡常数、泡点、露点和闪蒸过程的计算方法. 二、知识考核点与考核目标 (一) 相平衡条件（重点） 识记：相平衡条件；汽液、液液平衡表示方法. （二）相平衡常数和分离因子（重点） 识记：相平衡常数和分离因子的含义；状态方程法、活度系数法表示的汽液平衡常数。 应用：用状态方程法、活度系数法计算汽液平衡常数。 （三）活度系数法计算汽液平衡常数的通式及计算（重点） 理解：活度系数法计算汽液平衡常数的四种简化形式。 应用：用活度系数法计算汽液平衡常数的前三种简化形式计算汽液平衡常数。 （四）、泡点和露点计算类型（重点） 识记：泡点和露点的含义及四种计算类型。 （五）、泡点温度和压力的计算（重点） 应用：用汽液平衡常数前三中简化形式计算泡点温度和泡点压力。 （六）露点温度和压力的计算（重点） 应用：用汽液平衡常数前三中简化形式计算露点温度和露点压力。 （七）闪蒸过程类型 （重点） 识记：闪蒸的含义；闪蒸过程的类型及应用。 （八）等温闪蒸和部分冷凝过程（重点） 识记：核实闪蒸问题是否成立的两种方法。 应用：汽液平衡常数与组成无关的闪蒸过程的计算。 单级平衡过程是化工传质分离过程中最简单的分离过程，其是使其两相相互接触达到物理平衡，然后将两相分开，若两组分在两相中的分离因子很大，则单级平衡就足以满足预期的分离要求，否则需要多级分离。如对g-l 平衡，分离因子为α，若物系中 1α ，则单级平衡分离几乎达到完全分离， 1α ，则需要几个、几十甚至上百个分离级；若 1α≈ ，几乎不能用普通精馏法分离。本章仅讨论单级平衡，包括g-l 、l-l 和g-l-l 等分离过程，计算基础是物料平衡和相平衡。当有相变化或混合热很大时，还需考虑能量平衡。 相平衡是研究精馏、吸收、萃取等化工中最常见的传质分离过程的基础，可用于阐述混合分离的原理、传质推动力和进行设计计算，是设计和开发单级平衡分离的关键。 §2.1 相平衡 §.2.1.1相平衡的关系 2.1.1.1 相平衡的条件 相平衡是指物系中各相保持物理平衡而共存的状态，从热力学上看 ，逸度 是一种虚拟的压力，具有压力的单位。物理平衡时 需与物理量T 、P 、组成关联方可用于相平衡计算。 1. 汽液平衡关系 为将之与T 、P 组成关联引入两辅助函数逸度系数和活度系数 。 （1） 逸度系数（校正实际气体相对于理想气体的偏差） 汽相组分i 的逸度系数i i i i i f f p y P ϕ== 式中：P ——为总压； ,i i x y ——分别为汽液相中i 的摩尔分数。 （2） 活度系数（校正实际溶液相对于理想溶液的偏差） i i i ϕγϕ=，01ln ()p p RT V dp RT p ϕ→= -⎰ 液相组分i 的活度系数 或 汽相组分i 的活度系数 或 理想溶液活度系数等于1。 ——基准状态下组分i 在汽液相中的逸度。 达到平衡时，由前面各式得： 1. 液液平衡关系 2 . 相平衡常数和分离因子 定义Ki 为i 组分在平衡两相中的摩尔分数之比。 对汽液平衡 （1）以T、V为独立变量 （2）以P、T为独立变量 目前求取K的状态方程有数百个，要选取合适且计算比较简便的方程求解。（具体方程介绍见书） 的规定不是唯一的 （1）可凝组分的基准态逸度 活度系数的基准态是指活度系数等于1时的状态，对于可凝组分常选取纯组分在系统T、P为基准态 即取=1 时纯组分的逸度作为基准逸度。或说：为在系统T、P下液相中纯组分的逸度。即基准态为与系统具有相同T、相同P和同一相态的纯i组分（上结论在萃取精馏和共沸精馏中很重要）。 表示纯组分i在一定T和蒸汽压下的逸度系数，则： 上式中为在系统温度压力下纯组分i的逸度，是纯组分i在体系T、压力为i在体系温度下的饱和蒸气压的逸度系数，校正处于饱和蒸汽下的蒸汽对理想气体的偏差，指数项（普瓦廷Poynting因子）是校正压力偏离饱和蒸汽压的影响。 （1）不凝性组分的基准逸度 采用x i→0时，→1 （2-22） 当组分i的摩尔分数变为无穷小时≈1，组分i的逸度等于基准态逸度乘以组分i的摩尔分数。该基准态下组分i的逸度等于在系统T、P估算出来的亨利常数。 对于由一个溶质（不凝组分）和一个溶剂（可凝组分）构成的二元溶液：溶剂按x i→1.0，=1选取基准态（依据拉乌尔定律）， 溶质按x i→0，→1选取基准态（依据亨利定律）。 当两侧基准态不同时，称为不对称型基准态。 1. 液相活度系数 与的关系。（为过剩自由焓） 由上述原理推出的常用的求的公式有： （1）Margules单参数方程 （1） VanLaur方程（两参数） 活度系数方程 A12、A21为模型参数，需由实测平衡数据推算得到。 （1）Margules二参数方程 活度系数方程 活度系数方程。二元物系 为威尔逊参数，为组分i和组分j之间的二元相互作用能量参数，J/mol； 分别纯液体i和j的摩尔体积。 特点： ①仅需用二元参数即可预见多元系的活度系数； ②适用范围广，对酮、醇、醚、腈及水、硫、卤化物的互溶系统均有较高的正 确度； ③基本上与T无关因此活度系数方程中包含了T的影响； ④不能预计液液平衡时的活度系数。 （1）NRTL（有规双液）方程 由上述原理推出的常用的求的公式有： （1）Margules单参数方程 （1） VanLaur方程（两参数） 活度系数方程 A12、A21为模型参数，需由实测平衡数据推算得到。 （1）Margules二参数方程 活度系数方程 应用局部组成概念的活度系数方程 （1）威尔逊方程 活度系数方程。二元物系 为威尔逊参数，为组分i和组分j之间的二元相互作用能量参数，J/mol； 分别纯液体i和j的摩尔体积。 特点： ①仅需用二元参数即可预见多元系的活度系数； ②适用范围广，对酮、醇、醚、腈及水、硫、卤化物的互溶系统均有较高的正 确度； ③基本上与T无关因此活度系数方程中包含了T的影响； ④不能预计液液平衡时的活度系数。 （1）NRTL（有规双液）方程 活度系数方程，二元物系 A12、A21为模型参数，需由实测平衡数据推算得到。 多元物系 参数，其中为组分i和组分j之间的二元相互作用能量参数； ，其中为模型参数之一，通常在0.2~0.47之间。 （1）UNIQAC（通用化学）方程 活度系数： 将下标1和2对调得计算式。 1. 汽相逸度系数 常用的最简便的是维里方程 截取到第二维里系数，可适用于中低压系统。 粗略定量（2-30）、（2-31）适用范围 §2.1.2.3活度系数法计算g-l汽液平衡常数的简化形式 Фvi——组分i在温度为T压力为P时气相的逸度系数。 riv——组分i在温度为T压力为P时气相的活度系数 在不同情况下可对上面通式进行简化： 1. 汽相为理想气体，液相为理想溶液 由上式讲一下为什么在一定T、P范围内可看为常数。 2.汽相为理想气体，液相为非理想溶液 理想气体，,气相为理想溶液；溶液为非理想溶液 3.汽相为理想溶液，液相为理想溶液 气体为理想溶液，,气相为非理想气体,, ；理想溶液；则 4.汽相为理想溶液，液相为非理想溶液 气体为理想溶液，,气相为非理想气体,,;溶液为非理想溶液 5.汽相为非理想溶液，液相为非理想溶液 气体为非理想溶液，;气体为非理想气体,；溶液为非理想溶液 2.1. 3.3四元系（多元系） 有三种不同类型: 第一类，只有组分1与组分2~4部分互溶，而组分2~4彼此完全互溶。 第二类，只有组分1与组分部分互溶，该两组分与系统 中其他组分完全互溶，组分3和4也完全互溶。 第三类，只有组分1与组分3和4分别部分互溶，而组分1和2完全互溶，组分2、3、4彼此完全互溶。 相平衡常数计算方法的选择见“邓修书P31”（整理之） 第三章多组分多级分离工程分析与简捷计算 一、学习目的与要求 通过本章的学习，使学生掌握各种常用的分离过程的基本原理、流程及其简捷计算；了解塔内流量、浓度和温度分布特点。 二、考核知识点和考核目标 （一）设计变量（重点） 识记：设计变量、可调设计变量、固定设计变量的含义。 （二）设计变量的确定（重点） 理解：设计变量、可调设计变量、固定设计变量的确定分法。 （三）多组分精馏过程分析（重点） 识记：关键组分、清晰分割和非清晰分割的定义。 应用：塔内流量、液相浓度和温度分布特点。 （四）最小回流比（重点） 识记：分配组分、非分配组分的含义。 理解：分析最小回流比下恒浓区的部位。 应用：用恩德伍德法计算最小回流比。 （五）最少理论板数和组分的分配（重点） 识记：全回流、最少理论板数的含义及芬斯克公式。 理解：求最少理论板数的几种表示形式。 应用：确定最少理论板数及塔顶和塔釜组分的分配。 (六)实际回流比和理论板数（重点） 应用：实际回流比、理论板数、适宜进料位置的确定。 （七）萃取精馏的原理（重点） 识记：萃取精馏、共沸精馏和特精馏的含义。 （八）萃取精馏的流程特点（次重点） 识记：萃取精馏的流程特点。 （九）萃取精馏溶剂作用原理和溶剂的选择（重点） 理解：溶剂作用原理；溶剂选择原则。 （十）萃取精馏过程分析（重点） 理解：分析萃取精馏过程特点。 （十一）共沸精馏的原理与萃取精馏原理的区别。（重点） 识记：共沸精馏的原理与萃取精馏原理的区别 （十二）共沸物的特征与共沸组成的计算（重点） 识记：均相共沸物和非均相共沸物的特征。 理解：共沸组成的计算方法。 （十三）共沸剂的选择（重点） 理解：共沸剂的选择原则及加入量的分析。 (十四)分离共沸物的双压精馏过程。（重点） 应用：分离共沸物的双压精馏过程分析。 （十五）二元非均相共沸精馏。 应用：二元非均相共沸精馏用图解法计算理论板数。 （十六）吸收和蒸出过程的流程（次重点） 识记：吸收和蒸出过程的流程特点。 （十七）多组分吸收和蒸出过程分析（重点） 识记：简单分析吸收和蒸出过程设计变量和关键组分。 理解：简单分析吸收塔内单向传质和浓度分布；吸收和蒸出过程的热效应。 （十八）多组分吸收和蒸出的简捷计算法（重点） 识记：吸收因子和蒸出因子、平均吸收因子和平均蒸出因子、吸收率和蒸出率的含义。 应用：多组分吸收和多组分蒸出的简捷计算法。 §3.1 设计变量 精馏和吸收中，若要得到确定的N，需确定哪些参数？ 对一个二元精馏系统（常规塔）设计中，进料组成，T、P定，再定轻（或重）组分的x D，x W（或知回收率）即可由R、回流状态和适宜进料位置求出N 或由N、回流状态和适宜进料位置求R。为什么？ 单组分吸收过程，在一定T和P下已知原料气和吸收的计量和组成，可由溶质的吸收率求出此条件下的N OG。为什么？ 电算中，经常要给变量赋值，为什么，给几个变量赋值，是否可任意定？ 在分离过程中，通常要给一些变量赋值，才能完成要求的设计。赋值的变量多佳还是少优？解方程组时，什么条件下得唯一解（独立方程式数目=未知数的数目），矛盾解（独立方程式数目>未知数的数目），无唯一解（独立方程式数目<未知数的数目）？ 设计变量——计算前，必须由设计者赋值的变量。 若赋值的变量数太少，设计不会有结果（多组解），若赋值的变量过多，设计也无法进行（矛盾解）。因此，设计第一步工作不是选择变量的具体值，而是确定设计变量的数目。即讨论确定设计变量的方法。 N V——描述系统的独立变量数； N C——系统变量数间的约束关系数； N i——设计变量数。 N i=N V-N C（3-1） （1）独立变量数N V N V =f+1= c-π+2+1=c-1+2+1=c+2。 c+2个变量：物料组成x 1，x 2 (x) （c-1） （或y 1 ，y 2 ……y （c-1） ）；物料流率L（V）； 温度T；压力P。 对一个达到相平衡的多相物流物流独立变量数为多少？ c+2个变量：物料组成x 1，x 2 (x) （c-1） （或y 1 ，y 2 ……y （c-1） ）；物料流率L（V）； 温度T；压力P。 2）当系统与外界有能量交换时，N V 还应加上描述能量交换的变量数。 则系统的N V =系统各物流的独立变量数+描述能量交换的变量数 N V =∑（C+2）+能量交换变量数 （2）约束关系数N C 的确定 约束关系包括： 1）物料衡算式数目等于组分数c 1）能量衡算式每个系统只有一个 2）相平衡式有c（π－1）个 3）化学平衡式分离过程一般不考虑 4）内在关系式指约定关系，如物流间温差、压差…… 如平衡的两相的物流，多了一相组成、流率、温度和压力计C+2个变量但也多了C各型平衡关系，和T、P相等计C＋2个约束关系：f= c-π+2=c-2+2=c。 再加上各相物料的流率2，N V 仍为c+2。N V =f+2＝C+2。对于多相物流N V =f+π＝ C+2 化工装置往往很复杂，讨论其N V 、N C 和N i 很麻烦，为此确定一个装置的设计变 量常用基本原则是将一个装置分解为若干进行简单过程的单元，由每一个单元的独立变量数求出每个单元的设计变量数，然后由单元设计变量数计算装置的设计变量数。 该法适用于连续稳定流动过程，流动的动能和位能可忽略，与外界交换的机械能只限于轴功，且过程无化学反应，所用平衡级是串联的。 §单元设计变量 分离过程主要单元15个，（P56表3-1） 3.1.1.1分配器 绝热操作下的分配器 单元独立变量数：每个物流的独立变量数N V=c+2，三个物流， 单元约束关系： 物料衡算式C个（等于组分数） 能量平衡式1个 相平衡式c（π-1）= c（1-1）=0 化学平衡式0个 内在约束关系式两物流T、P相同2个（P1=P2，T1=T2） 两物流组成相同x i，1=x i，2（c-1）个 （进料c+2个，系统压力1个） ，可以是L1/F或L2/F或L1/L2。 §.2产物为两相的全凝器（出料为平衡的两液相） 能量衡算式1个 相平衡式c个 §.3绝热操作的单元平衡级 固定设计变量：= +5（进料2（c+2）个，单元压力1个） 可调设计变量：=-=0个。 §.4有侧线出料的单元平衡级 单元约束关系 相平衡关系式 c 个 物料衡算式 c个 能量衡算式 1个 §.5有进料和侧线有热量进出的单元平衡级 单元约束关系 注意：c为物流组分数，当各股物流的组分数不同时，求各物流的独立变量数应代入各物流相应的组分数c值。 §装置设计变量 §.1装置设计变量 一个装置的设计变量应为组成装置的若干单元的设计变量之和。 但若装置中某一种单元以串联形式被重复使用时（如吸收、精馏中），则应增加一个变量数以区别于与其他单元相连接的情况。这一表示重复使用的变量数 称为重复变量数，为同一种单元被串联使用的次数。（注意是串级的数目，而非被串联使用的单元数目。 由于单元间是由物流相连的，在装置中相互直接相连的单元之间必有一股或几股物流，是从一单元进入另一单元的，则在连接单元之间有了新的约束关系以表示，，N为连接单元之间物流的数目。则有： §.2 简单吸收塔的设计变量 对于图3-1所示的简单吸收过程（P57） （1）N个绝热操作的简单平衡级 （2）串联而成，每一级设计变量数 （两股进料，再加一个压力） （2）重复变量数（仅一种单元串联使用） （3）串级单元间物流的约束关系数 所以 其中 可调设计变量： 其可为理论级数，也可为溶质中关键组分被吸收的完全程度。 查表3-1的简单平衡级 为装置各进料物流的变量数加上装置不同压力数目。 ，可为N或尾气中关键组分低浓度，吸收液中关键组分的浓度…… §.3精馏塔（常规塔）的设计变量（P57图3-2） 全塔6个单元，包括两个串级单元，各单元设计变量数见下表： 序号单元 1 全凝器c+4 C+3 1 2 回流分配器c+4 C+ 3 1 3 N-（M+1）板平 +（N-M+1）+5 +（N-M+1）+4 1 衡级 4 进料级+7 +7 0 5 （M-1）平衡级+（M+1）+5 +（M+1）+4 1 6 再沸器c+4 C+3 1 串级1： 串级2： 由于单元间物流数为9,所以 所以 其中（进料物流c+2个，N级压力,全凝器,分配器压力） 可调设计变量： 可调设计变量可为:回流状态,理论板数，进料位置，D流率和R（也可为其他赋值变量，但不能是固定设计变量，也不能出现矛盾） 总上可知，系统可调设计变量为各单元可调设计变量之和再加上系统的串级数。而固定设计变量只与进料物流和系统压力等级数有关。 §.4确定、、的方法 确定方法及步骤为： （1）按每一单相物流有c+2个变量，计算所有进料的固定设计变量数； （1）确定系统所具有的不同的压力级数（当忽略过程压降时当如何）； （2）以上两项之和即为系统的固定设计变量数； （3）将系统的串级单元的数目、分配器数目、侧线采出单元数目和传热单元数目加和即为系统可调设计变量数。 例用上法求图3-3（P58）所示精馏塔的、、。 解：：进料变量数c+2，压力等级数1个（压降忽略）， 毕业设计（论文）任务书 题目：年产**万吨甲醇合成工艺设计 学生姓名：**班级：**化工*班学号：****** 题目类型：工程设计指导教师：朱冬梅 一、本课题的目的及意义 本课题是根据化学工程与工艺专业的特点，以进一步培养和提高学生分析和解决有关合成及生产中工程设计有关化工设备的选型、化工设备工艺参数及工艺路线的确定的能力为目的，对甲醇合成工序典型化工设备的选型、化工设备工艺参数进行设计。课题内容涉及到典型化工设备在甲醇合成工艺流程中的地位和作用的分析，典型化工设备的选型、设备工艺参数的确定，工艺流程图的绘制、化工设备平面布置图的绘制。 通过此次毕业设计可培养学生了解毕业设计的整体过程，并学会针对具体项目进行设计过程的具体参与，毕业设计中间将安排学生进行实习，亲临化工合成车间现场进行合成工艺和设备的参观学习，从而将理论与实践有效地结合起来，提高分析和解决化工实际工程问题的能力、发扬创新精神和锤炼创新能力。 二、设计任务及要求 1．进行文献检索，提交文献综述（字数为5000字左右）。 2．主要工作内容 （1）完成甲醇生产工艺流程图（A3图纸）一张； （2）分析甲醇的合成方法和合成路线； （3）完成甲醇的生产工艺及主要设备计算； （4）完成甲醇生产的物料衡算； （5）所用精馏塔的塔型与塔板选择及塔计算； （6）完成甲醇合成的主设备图及工艺流程图； （7）提交外文翻译（内容为与甲醇合成工艺相关的英文，字数约2000左右印刷字符）。 3．撰写毕业论文（字数不少于1.5万字，含中英文摘要、正文、参考资料、致谢等）。 三、毕业设计的进程安排 设计（论文）内容周数日期完成情况导师签字了解设计内容、要求、任务，熟悉设计题目0.5周 收集与设计相关的文献、技术资料0.5周 对课题的发展情况做综述1周 进一步学习课题所需理论知识1周 完成甲醇合成工艺设计9周 撰写毕业论文1周 完成英文文献翻译1周 修改毕业设计说明书、答辩1周 注：机动1周 四、主要参考文献 1 天津大学物理化学教研室．物理化学（上、下）．高等教育出版社，1991 2 刁玉玮等编．化工设备机械基础．大连理工大学出版社，1992 3 杨福升等编．甲醇生产工艺与操作．石油化学工业出版社，1974 4 天津大学化工原理教研室．化工原理（上、下）．天津科学技术出版社，1994 5 天津大学等合编．基本有机化工分离工程．化学工业出版社，1995 6 房鼎业等编．甲醇生产技术及进展．华东化工学院出版社，1990 7 冯元琦主编．联醇生产第二版．化学工业出版社，1994 8上海化学工业设计院石油化工设备设计建设组．化工设备图集（Ⅳ，塔类）．上海科技出版社，1974 9 宋维端等编．甲醇工学．化学工业出版社，1991 正丁醇—水混合体系分离提纯正丁醇 摘要：本文采用单塔精馏（常压）分离提纯正丁醇，采用CP-3800气相色谱仪分析有机物含量，并用卡尔菲休水份分析仪分析水分，最终测定提留液所含正丁醇浓度是否达到要求。 关键词：正丁醇水共沸精馏提纯 1前言 正丁醇主要用于制造邻苯二甲酸、脂肪族二元酸及磷酸的正丁酯类增塑剂，也是有机合成中制丁醛、丁酸、丁胺和乳酸丁酯等的原料。进行正丁醇的精馏提纯实验，不仅可以节约资金消耗，且减少其对环境和生物造成的污染，具有重要的经济和环保意义。国内已有报道采用盐效应萃取法、离子液体萃取法提纯正丁醇，但这些方法不能直接用于工业化，而共沸精馏是一种很有效的分离方法且适用于工业化。正丁醇与水在低温下部分互溶，20℃时水中能溶解7.7%（质量分数）的正丁醇，正丁醇中能溶解20.1%的水，蒸馏时形成共沸物（共沸点92.5℃，正丁醇含量为55.5%），因此给正丁醇－水体系的分离带来困难。高纯度的正丁醇价值远高于普通纯度正丁醇。通过实验，掌握过程的机理，深入了解过程参数和和各变量之间的关系。研究系统参数和过程干扰对操作的影响，对在实际生产过程中，利用计算机模拟整个过程，有效地改变和改进生产条件（如进料量及操作条件等），可以提高经济效益。本次研究的是优化精馏操作条件使正丁醇达到规定的纯度要求。实验是通过分析塔顶和塔釜组分含量调整并得出最优进料量、回流比及采出量。 2实验部分 2.1实验仪器及药品 2.1.1仪器 实验采用的主要仪器设备见表1。 表1 实验用的主要仪器设备表 磁力搅拌器 1 JB-1型上海雷磁新泾仪器有限公司升降台 1 平流泵 1 气相色谱仪 1 CP-3800 水分分析仪 1 KF 756 瑞士万通中国有限公司回流比控制器 1 三口烧瓶 1 浙江大学 温度计 1 冷凝管 1 油浴锅 1 锥形瓶若干 化学工程与工艺主要包括：物理化学、化工原理、化工热力学、化学反应工程、化工分离工程、化工传递过程、化工系统工程、催化原理、化工工艺学、化工设计、环境工程、煤化工工艺学、天然气综合利用、燃气输配、炼焦工艺学、化产工艺学、碳素化学、化工技术经济、化工安全工程等专业课程和基础课程如：无机化学、有机化学、生物化学、分析化学、大学英语、电工学、机械制图、CAD、计算机基础、计算机语言(C语言)、工程力学、工程机械、马克思政治经济学、哲学、邓小平理论、管理学、高等数学、线性代数、数理统计与概论等。 包括化学与化工基础实验、认识实习、生产实习、金工实习、计算机应用及上机实践、课程设计、毕业设计(论文)等，一般安排40周。 简介：本专业具有两大特色，一是工程特色显著，对化学反应、化工单元操作、化工过程与设备、工艺过程系统模拟优化等知识贯穿结合，使学生具有设计、优化与管理能力；二是专业口径宽、覆盖面广，使学生具有从事科学研究、产品开发的能力，在精细化学品、涂料及应用、高分子化工与工艺等方面更有研发和应用能力 中文名：化学工程与工艺专业 年限：四年 授予学位：工学学士 专业代码：081301 一级学科：工学 一．培养目标 本专业培养具备化学工程与化学工艺方面的知识，能在化工、炼油、冶金、能源、轻工、医药、环保和军工等部门从事工程设计、技术开发、生产技术管理和科学研究等方面工作的工程技术人才。二．培养要求 本专业学生主要学习化学工程学与化学工艺学等方面的基本理论和基本知识，受到化学与化工实验技能、工程实践、计算机应用、科学研究与工程设计方法的基本训练．具有对现有企业的生产过程进行模拟优化、革新改造，对新过程进行开发设计和对新产品进行研制的基本能力。 三．知识技能 1. 掌握化学工程、化学工艺、应用化学等学科的基本理论、基本知识； 2. 掌握化工装置工艺与设备设计方法，掌握化工过程模拟优化方法； 3. 具有对新产品、新工艺、新技术和新设备进行研究、开发和设计的初步能力； 4. 熟悉国家对于化工生产、设计、研究与开发、环境保护等方面的方针、政策和法规； 5. 了解化学工程学的理论前沿，了解新工艺、新技术与新设备的发展动态； 6. 掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有一定的科学研究和实际工作能力。四．课程设置 物理化学、化工原理、化工热力学、化学反应工程、化工分离工程、化工传递过程、化工系统工程、催化原理、化工工艺学、化工设计、环境工程、煤化工工艺学、天然气综合利用、燃气输配、 理学门类-化学类专业解读的内容 理学门类-化学类专业解读的内容 化学专业 培养具备化学的基础知识、基本理论和基本技能，能在化学及与化学相关的科学技术和其它领域从事科研、教学技术及相关管理工作的高级专门人才。 本专业学生主要学习化学方面的基础知识、基本理论、基本技能以及相关的工程技术知识，受到基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练，具有较好的科学素养，具备运用所学知识和实验技能进行应用研究、技术开发和科技管理的基本技能。 主干课程： 主干学科：化学 主要课程：无机化学、分析化学(含仪器分析)、有机化学、物理化学(含结构化学)、化学工程基础及化工制图。 就业方向： 毕业生主要在精细化工相关企事业单位、商贸公司从事技术开发、产品研制、生产管理、生产监督、环境监测、质量检验、技术服务等工作。还可到相关行业从事化学品的应用研发、安全管理、质量检测等工作。 推荐院校： 根据2016化学专业大学排名，全国共有280所高校开设化学专业，其中排名前20名的院校分别是：浙江大学、厦门大学、中国科学技术大学、南京大学、北京大学、吉林大学、清华大学、南开大学、四川大学、复旦大学、湖南大学、兰州大学、山东大学、北京师范大学、武汉大学、华东理工大学、中山大学、郑州大学、华东师范大学、福州大学 应用化学 应用化学是一级学科化学工程与技术下设的二级学科。该专业培养具备化学的基本理论、基本知识且具有较强的实验技能，能在科研 机构、高等学校及企事业单位等从事科学研究、教学工作及管理工作的高级专门人才。 应用化学专业学生主要学习化学方面的'基础知识、基本理论、基本技能以及相关的工程技术知识，受到基础研究和应用基础研究方面的科学思维和科学实验训练，具有较好的科学素养，具备运用所学知识和实验技能进行应用研究、技术开发和科技管理的基本技能。 主要课程： 无机化学，分析化学、有机化学，物理化学，现代仪器分析，材料化学，化工原理，化工工艺，化工仪表自动化，化工设备，化工设计，化工企业管理。 就业方向： 应用化学专业的毕业生就业行业包括教育、材料、军工、汽车、军队、电子、信息、环保、市政、建筑、建材、消防、化工、机械等行业。部门包括：各级质量监督与检测部门、科研院所、设计院所、教学单位、生产企业、省级以上的消防总队等。该专业毕业生适宜到石油化工、环保、商品检验、卫生防疫、海关、医药、精细化工厂等生产、技术、行政部门和厂矿企业从事应用研究、科技开发、生产技术和管理工作；也适宜到科研部门和学校从事科学研究和教学工作。 院校推荐： 根据2016应用化学专业大学排名，全国共有388所高校开设应用化学专业，以下是排名前20的大学,南京大学、北京大学、吉林大学、复旦大学、北京化工大学、南京理工大学、大连理工大学、北京理工大学、天津大学、武汉大学、中南大学、中山大学、华东理工大学、上海交通大学、浙江工业大学、哈尔滨工业大学、四川大学、华南理工大学、湖南大学、重庆大学 化学生物学专业 化学生物学专业主要培养具有坚实的化学与生物学基础知识和较广泛的化学生物学交叉领域的知识，具有熟练的化学与相关生物学实验技能，创新意识强，综合素质高，能在化学生物学、化学、生命、医药、材料、化工、环保等相关领域从事教学、科研、技术开发及管 化学工程与工艺本科主干课程简介 课程名称：无机化学 课程简介：内容提要：原子结构及周期律；化学键与晶体结构；化学热力学初步；反应速度；化学平衡；配位化学；重要元素及其化合物的存在、制备、性质和用途，以及过渡元素稀土元素、核化学等。通过教学使学生掌握化学中的一些基本原理，懂得一些与国民经济和新兴技术相关的基本知识，为后续课的学习打好基础。 实践性教学内容与安排： 考核与评价方式：笔试（闭卷） 主讲教师：郭士成（教授）涂长信（副教授）金学勇（高级实验师）胡其图（讲师） 英荣建（讲师）陈爱霞（讲师）李琳（讲师） 教材：《无机化学》武汉大学等校编著高等教育出版社1994年 参考书目：《无机化学》北京师大著高等教育出版社1992年 课程名称：无机化学实验 课程简介：内容提要：无机化学实验包括：玻璃管简单加工及塞子钻孔；电力平衡与盐的水解；溶液配制；氮和磷；B和B元素；硫酸亚铁铵的制备，从废凡触媒中回收五氧化二钒等31个实验。它的主要任务是使学生直接获得感性认识，巩固和加深对无机化学有关理论、无机反应性能的理解；掌握无机物的一般制备、分离和提纯等基本操作方法和技能；学会观察实验现象，准确测定有关数据，并能正确处理、概括和表达实验结果；培养严谨的科学态度、良好的实验素养和独立分析问题的能力。 实践性教学内容与安排： 考核与评价方式：笔试、操作考试、完成指定实验、实验报告 主讲教师：郭士成（教授）涂长信（副教授）金学勇（高级实验师）胡其图（讲师） 英荣建(讲师) 陈爱霞(讲师) 李琳(讲师) 教材：《无机化学实验》武汉大学等校编著高等教育出版社1994年 参考书目：《无机化学实验》北京师大著高等教育出版社1992年 课程名称：分析化学 课程简介：内容提要：分析化学是化学学科的一个重要分支，是研究物质的组成、含量、结构及其他多种信息的一门学科。主要包括定性分析、酸碱滴定法，氧化还原滴定法，沉淀滴定法，质量分析和误差理论。通过本课程的学习，要求学生掌握分析化学的基本原理，树立量的概念，学会某些常见物质的分析方法，并初步具有分析问题和解决问题的能力实践性教学内容与安排：分析化学实验 考核与评价方式：笔试（闭卷） 天津大学化工学院研究生生导师——姜忠义 职称：专家 职务：无 导师类型：博士生导师(博导) 专业：化学工艺 联系电话：+86（0）22-27406646 传真：+86（0）22-27406646 通讯地址：天津市南开区卫津路92号天津大学化工学院邮政编码300072 电子信箱： 重要教诲经历： （一）学历 1990.09-1994.03 天津大学有机化工专业博士学位 1987.09-1990.09 天津大学生物化工专业研究生学位 1983.09-1987.07 河北工学院（现河北工业大学）有机化工专业学士学位 （二）重要工作经历 .07-至今专家，博士生导师，天津大学化工学院 .04-.10 访问学者，美国加州理工学院（美国科学院、工程院、医学院三院院士David Tirre ll课题组） 1998.03-.06 副专家，研究生生导师，天津大学化工学院 1996.11-1998.01 访问学者，美国明尼苏达大学（美国工程院院士，美国化学工程师协会前主席Edward Cussler课题组） 1994.03-1998.02 讲师，天津大学化工学院 重要研究方向： 仿生与生物启发下膜和膜过程（膜分离，酶催化，纳米材料） 面向水资源、二氧化碳和能源高效运用重大需求，以膜过程强化为目的，以膜构造调控为核心，模仿细胞多层次构造和物质转化、传递功能，开展膜分离和酶催化两类绿色过程研究，基于生物矿化、生物粘合、自组装等原理，创立和发展膜仿生制备办法，揭示膜多尺度构造形成与变化规律，摸索膜构造与性能内在联系。 重要讲授课程： 《化工分离过程》（本科生）（国家精品课程，国家双语教学示范课程；负责人） 《化工分离工程》（研究生生）（天津大学先进精品课程，负责人） 《高等分离技术基本》（博士生） 重要学术兼职： [1] 天津市第二届学科评议构成员 [2] 天津大学化学工艺国家重点学科负责人 [3] 天津大学膜科学与技术研究中心主任 [4] 天津大学化工学院-河北宝恩膜技术联合研究中心主任 [5] 新疆生产建设兵团化工绿色过程重点实验室-省部共建国家重点实验室哺育基地主任 [6] 《化学工业与工程》副主编 [7] 《Recent Patents on Chemical Engineering》编委 《化工原理》(一)教学大纲 一、课程中英文名称 中文名称：化工原理 英文名称：Principle of Chemical Engineering 二、授课对象：化学工程与工艺专业总学时110 三、本课程与其他课程的联系 先修课程：高等数学、线性代数、机械制图、物理、算法语言、数值方法、物理化学 后续课程：化工传递过程、化工分离工程、化工系统工程 四、课程教学的目的 《化工原理》是化学工程与工艺类及相近专业的一门主干课，它以化工生产中的物理加工过程为背景，研究和探讨化工生产中大规模改变物质物理性质的基本规律。通过课程教学，使学生掌握流体力学、热量传递和质量传递的基本理论知识；掌握本课程的主要研究方法及主要单元操作的基本原理、工艺计算和典型设备结构与设计。培养学生具备根据各单元操作在技术上和经济上的特点，进行“单元过程和设备”选择的能力、过程的计算和设备设计的能力；具备进行单元过程的操作和调节以适应不同生产要求的能力；具备单元过程在操作中发生故障时如何寻找故障的原因并加以解决的能力；具备应用计算机进行单元操作辅助计算的能力；具备综合运用所学的基本理论和知识解决工程实际问题的能力。 五、课程教学的主要内容［化工原理（一）上的内容为1~6点，55学时；化工原理（一） 下的内容为7~12 ，55学时］ 1．绪论（1学时） 知识点：课程性质、内容、特点及研究学习方法；物料衡算；热量衡算；单位制与单位换算。 重点：物料衡算；热量衡算；单位制与单位换算。 难点：热量衡算；单位换算。 2．流体流动（18学时） 知识点：流体主要物性（粘度、密度）与压强定义、单位与换算；流体静力学平衡方程及其应用；连续性方程及其应用；柏努利方程及其应用；稳定流动与不稳定流动；层流和湍流的基本特征与判别；雷诺准数计算；流体管内流速分布；湍流特性与边界层概念；当量直径概念与计算；圆管与非圆管内流动阻力计算；局部阻力计算；简单管路与复杂管路设计型问题和操作型问题的定量计算；管路操作型问题的定性分析；管路设计型及操作型问题的计算机辅助计算；变截面、变压头流量计基本结构、特点、测量原理及使用方法；最优管径的确定。 重点：流体静力学平衡方程及其应用；连续性方程及其应用；柏努利方程及其应用；层流和湍流的基本特征与判别；流动阻力计算；简单管路与复杂管路设计型问题和操作型问题的定量计算；管路操作型问题的定性分析。 难点：复杂管路设计型和操作型问题的定量计算；管路操作型问题的定性分析。 3．流体输送机械（8学时） 知识点：离心泵基本原理、构造；离心泵基本方程式；离心泵主要特性参数、特性曲线、安装高度、工作点与流量调节；离心泵选用、安装与操作；流体输送设计型和操作型问题的定量计算；流体输送操作型问题的定性分析；往复泵、旋涡泵、旋转泵等其他类型泵的结构原理、特点与应用；离心式风机、旋转式鼓风机、往复式压缩机、真空泵等气体输送机械的基本结构、工作原理及应用。 重点：离心泵主要特性参数；特性曲线；安装高度；工作点与流量调节；离心泵选用、安装与操作；流体输送设计型和操作型问题的定量计算；流体输送操作型问题的定性分析。 难点：安装高度；工作点与流量调节；流体输送操作型问题的定性分析。 4．流体通过颗粒层的流动（7学时） 知识点：过滤基本理论及基本参数；过滤基本方程及其应用；板框过滤机、叶滤机与转鼓真空过滤机基本结构、工作原理及计算；过滤操作型问题的定性分析；间歇过滤机的最佳生产周期的定量计算；连续过滤机最佳转速的确定；滤饼的可压缩性；恒速过滤；离心分离原理与离心机；其他分离设备构造、原理。 重点：过滤基本方程及其应用；板框过滤机、叶滤机与转鼓真空过滤机设计型和 理论课和理论（含实践）课教学内容 1 结合本校的办学定位、人才培养目标和生源情况，说明本课程在专业培养目标中的定位与课程目标 我省为全国化工第一大省，近期发展目标是成为化工强省。但我省化工行业技术力量远落后于全国平均水平，为我省化工企业提供急需实用型技术人才是我校化学工程与工艺专业教学的主要任务。本课程重视理论和实践，注重技能性和实用性，强调学生能力的培养和素质的提高。通过本课程学习，学生可掌握各种常用分离过程的基本原理，操作特点，简捷和严格计算方法，强化改进操作的途径，了解一些新分离技术，提高学生理论联系实际，解决问题的能力，对同学今后胜任化工方面的生产、研究工作，以及继续深造都是非常重要的。因此，分离工程是化学工程及化学工艺专业和化学制药专业的主干课程之一。 2 知识模块顺序及对应的学时 第一章绪论(2学时)：本课程的内容和任务；分离过程在化工生产中的重要性；分离过程的分类和特点；分离方法的选择；分离过程的集成化 第二章单级平衡过程（8学时）：相平衡；多元物系的泡点和露点计算；闪蒸过程的计算 第三章多组分分离过程分析与简捷计算（16学时）：设计变量；多组分精馏过程；萃取精馏和共沸精馏；吸收和蒸出过程；萃取过程 第四章多组分多级分离过程的严格计算（8学时）：平衡级的理论模型；三对角矩阵法；逐级计算法 第五章分离设备的处理能力和效率（5学时）：气液传质设备的处理能力和效率；萃取设备的处理能力和效率；传质设备的选择； 第六章分离过程的节能（6学时）：分离过程的最小功和热力学效率；精馏过程的节能技术； 分离顺序的选择 第七章其它分离技术和分离过程的选择（5学时）：膜分离技术；吸附分离技术；反应精馏；分离过程的选择 实践（验）课教学内容 （一）课程设计的思想、效果以及课程目标 1、实践性教学的设计思想 化学工程与工艺专业的培养目标及就业方向决定了该专业的毕业生应善于将所学理论知识与化工生产实际相结合，应具有较强的解决化工生产实际问题的能力。实践性教学环节是培养学生工程实践能力、全面提高学生素质的重要环节。分离工程课程实践性教学环节包括专业实验、生产实习、毕业实习、和毕业设计等实践活动。在教学实践活动中，我们始终将培养学生的创新意识、工程观点以及提高理论联系实际的能力放在首位，并贯穿于教学的全过程。由于学生都没 7.1.1 最小分离功 分离的最小功表示了分离过程耗能的最低限。 最小分离功的大小标志着物质分离的难易程度，实际分离过程能耗应尽量接近最小功。 图 7-1 连续稳定分离系统 由热力学第一定律： (7-1) 和热力学第二定律（对于等温可逆过程）： (7-2) 得到等温下稳定流动的分离过程所需最小功的表达式： （ 7-3 ） 即 或表示为自由能的形式： （ 7-4 ） 或表示为逸度的形式： （ 7-7 ） 一、分离理想气体混合物 对于理想气体混合物： (7-8) 对于由混合物分离成纯组分的情况： （ 7-9 ） 在等摩尔进料下，无因次最小功的最大值是 0.6931 。 对于分离产品不是纯组分的情况：过程的最小分离功等于原料分离成纯组分的最小分离功减去产品分离成纯组分所需的分离功。 [例7-1] 二、分离低压下的液体混合物 （ 7-10 ）对于二元液体混合物分离成纯组分液体产品的情况： （ 7-11 ） 可见，除温度以外，最小功仅决定于进料组成和性质，活度系数大于 1 的混合物比活度系数小于 1 的混合物需较小的分离功。当进料中两组分不互溶时，—W min,T =0 。 [例7-2][例7-3] 7.1.2 非等温分离和有效能 当分离过程的产品温度和进料温度不同时，不能用自由能增量计算最小功，而应根据有效能来计算。 有效能定义： 有效能是温度、压力和组成的函数。 稳态下的有效能平衡方程： （ 7-18 ） 等当功： （ 7-19 ） 系统的净功（总功）： （ 7-20 ）过程可逆时，可得最小分离功： （ 7-21a ） 该式表明，稳态过程最小分离功等于物流的有效能增量。 7.1.3 热力学效率和净功消耗 申报省级《化工分离工程》精品课程综合说明材料 一、课程建设规划 本课程的建设目标是为了更好地适应分离工程产业化的发展需要，遵循高等 教育的规律，建立面向21世纪的教学内容和课程体系，开展分离工程、生物分离工程下游技术、原理及设备的教学工作，精选分离工程的教学内容，精心编排讲授体系，引入现代化的先进教学手段，将分离工程建设成具有工科特色的、基础理论与高新技术紧密联系的高水平课程。该课程的课堂教学、实验教学、教学改革及课外活动等均按照精品课程的要求，最终建成全省以工科为特色的化工分 离工程精品课程。 本课程由青岛科技大学教学名师、硕士生导师叶庆国教授主讲并负责建设，计划在2007～2009年内建设成国家一流的教学研究型的精品课程，逐渐实现全部课程资源上网讲授，以进一步扩大该门课程在省以至国内的影响，完善和改进化工分离工程教学远程网络资源的建设。为了继续拓展《化工分离工程》相关课程的现代化教学工作，计划将工科化工分离工程课程在已经实现多媒体教学的基础上实现英汉双语及网络化教学。计划引进国外化工分离工程教授和出国回校的化工分离工程教师从事双语教学，并加强对国内青年教师双语教学能力的培养，争取创建国内外一流的《化工分离工程》示范性教学课程。 目前该课程网站已有部分内容实现网上共享。包括： 1．1．《化工分离工程》课程的备课资源库； 2．2．化工分离工程部分电子教案； 3．3．化工分离工程部分英汉双语电子教案； 4．4．化工分离工程CAI多媒体课件； 5．5．化工分离工程学习指导及习题集； 6．6．化工分离工程试题库； 7．7．化工分离工程部分历年试题及参考答案 8．8．开辟了化工分离工程教学研究专栏； 9．9．化工分离工程教学学生反馈意见留言板； 10．10．部分主讲教师课堂教学录像。 网址：https://www.360docs.net/doc/cc19064215.html,在首页点击“《化工分离工程》精品课”图标即可进入。 二、课程师资队伍建设 （一）课程负责人教学情况 1．课程负责人近五年来讲授的主要课程： 3.1—1解①无解；②有唯一解；③多解。 3.1— 2：解 3.1— 3：解 3.1—4解 3.1—5解解： 以100摩尔进料为计算基准。根据题意定甲苯为轻关键组分，异丙苯为重关键组分。从相对挥发度的大小可以看出，二甲苯为中间组分。在作物料衡算时，要根据它的相对挥发度与轻、重关键组分相对挥发度的比例，初定在馏出液和釜液中的分配比，并通过计算再行修正。物料衡算表如下： 组分 进料，f 1 馏出液，d i 釜液，w i B 20 20 — T 30 35—0.03W 0.003W X 10 1* 9* C 10040 D 0015 .0 W 0015 .040-*为二甲苯的初定值。 解得 D=50.929，W=49.071 则 d T =29.853，w T =0.147 d C =0.0764，w C =39.924 代入式（3-9） 42 .721.00.1lg 924.390764.0147.0853.29lg =⎪⎭ ⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤ ⎢⎢⎣⎡⎪ ⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛= m N 由N m 值求出中间组分的馏出量和釜液量： 519.021.033.0924.390764.0121.033.0924.390764.01042.742 .7=⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪ ⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=x d w x =10-0.519=9.481 由于与初定值偏差较大，故直接迭代重做物料衡算： 组分 进料，f 1 馏出液，d i 釜液，w i B 20 20 — T 30 30—0.03W 0.003W X 10 0.519 9.481 C 10040 D D 0015.0W D 0015.040-二次解得 D=50.446，W=49.554 则 d T =29.852，w T =0.148 d C =0.0757，w C =39.924 再求N m ： 42 .721.00.1lg 924.390757.0148.0852.29lg =⎪⎭ ⎫ ⎝⎛⎥⎥⎦⎤ ⎢ ⎢⎣ ⎡⎪ ⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛=m N 校核d x ： 515.021.033.0924.390757.0121.033.0924.390757.01042.742 .7=⎪ ⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛+⎪ ⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯=x d 再迭代一次，得最终物料衡算表： 组分 进料，f 1 馏出液，d i 釜液，w i 苯 20 20 — 甲苯 30 29.8513 0.1487 二甲苯 10 0.5150 9.4850 异丙苯 40 0.0757 39.9243 3.2—9解解： 查苯、甲苯、联苯的Antone 方程参数得t KPa)/log(*+- =C B A P A B C 物理化学A （Physical Chemistry A） 课程代码：13410068和13410045 学分：5 学时：80 （其中：课堂教学学时：80实验学时：0上机学时：0课程实践学时:0） 先修课程：高等数学、大学物理、无机化学 适用专业：化学工程与工艺 教材：《物理化学》（第五版）天津大学，高等教育出版社，2009年第五版。 一、课程性质与课程目标 （一）课程性质 本课程是化学工程与工艺专业的一门主要专业基础课程，对化工专业的相关专业课程起到承上启下的作用，学习本课程的知识，学生能够用来解决复杂的化学工程问题。 （二）课程目标 课程目标1：能够运用化学热力学知识进行过程方向和限度的判定，解决复杂的化学工程问题。 课程目标2：利用化学平衡知识解决反应限度问题，并且能够通过控制条件提高收率。 课程目标3：将多相平衡知识应用于化工分离工程等复杂化工过程的分离与处理中。 课程目标4：能够运用电化学理论解决复杂化工过程中所遇到的相关问题。 课程目标5：能够将界面化学的理论应用到解决具体的化工问题中。 课程目标6：能够运用化学动力学知识解决化学反应的速率和机理问题，并对复杂的化工过程进行指导。 （三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系 本课程支撑专业培养计划中毕业要求指标点1-2。 1.毕业要求1-2: 能针对一个系统或过程建立合适的数学模型，并利用适宜的边界条件求解。 注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“✓”，也可标注“H、M、L”。 二、课程内容与教学要求 第0章绪论 （一）课程内容 了解物理化学研究的内容、方法和教学要求。使学生知道物理化学使利用物理学的研究方法来解决化学问题。物理化学主要要研究化学反应的方向与限度，研究化学反应的速率和机理等问题。 （二）教学要求 了解物理化学的研究内容、研究方法。 第1章气体的PVT性质 （一）课程内容 1．理想气体状态方程：掌握理想气体状态方程、理想气体模型和摩尔气体常数； 2．理想气体混合物：掌握道尔顿分压定律、阿马格分体积定律； 3．气体的液化及临界参数：学习正常沸点、饱和蒸汽压等基本概念。掌握临界参数的表示方法； 4．真实气体的状态方程：主要掌握范德华方程； 5．对应状态原理及普遍化压缩因子图：初步了解对应状态原理与普遍化压缩因子图。 （二）教学要求 1．了解理想气体的状态方程及微观模型，学习道尔顿定律和阿马格定律。 2．了解范德华方程和维里方程。 3．了解实际气体的临界性质。 （三）重点与难点（若不单独列出，需在教学要求中适当注明） 天津大学化工分离工程完整教案 第一章绪论 一、学习目的与要求 通过本章的学习，能对传质分离过程有一个总体了解。 二、考核知识点与考核目标 （一）、化工分离操作在化工生产中的重要性（一般） 识记：化工分离操作在化工生产中的重要性分析。 （二）、分离过程的分类和特征（次重点） 识记：分离过程的分类和特征，传质分离过程的分类和特征。 §1.1 本课程的内容和任务 §1.1.1课程内容、性质与特点 该课程是化学工程专业所开设的一门专业基础课之一。分离过程是将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作，它是一门与实际生产联系极其紧密的课程，是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等技术知识后的一门必修课，它利用这些课程中有关相平衡热力学、动力学机理、传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复杂物系的分离和提纯技术。 由理想理想气体实际气体 理想溶液实际溶液 由简单复杂二元精馏多元精馏 单组分吸收多组分吸收 §课程设置的目标 开设本课程，为了使学生掌握各种常用的分离过程的基本理论、操作特点、简捷和严格计算方法和强化改进操作的途径。对一些新分离技术有一定的了解。 1、注重基本概念的理解，为分离工程的选择、特性分析和计算奠定基础； 2、分离过程的共性出发，讨论各种分离过程的特征； 3、强调工程和工艺相结合的观点，注意设计和分析能力的训练，强调理论联系实际，提高解决问题的能力。 §1.1.3与本专业其他课程的关系 与该专业课相关的基础课《物理化学》、《传递过程原理》、《化工原理》、《化工热力学》等与本课程有着相当密切的关系，是本课程的技术基础课，同时本课程又是《化工工艺设计与化工过程开发》的基础，它与《化工反应工程》紧密相连，只有这些课学好了才能学好这门课,做好毕业设计。 §学习方法及要求 1. 理解重要公式的推导过程及推导假设，掌握公式及公式的使用范围； 2. 掌握各种分离过程的基本原理、理论、操作特点，简捷法（FUG）和 严格计算法及强化改进操作的途径，对设备的特殊要求； 3. 该课程应用性、技能性较强，须认真地做习题，加深对所学内容的理 解； 4. 会用计算中常用到的手册和图表提高使用图表的能力。 §教材和参考书 教材：《化工分离过程》陈洪钫刘家祺主编。 参考书： 《化工分离过程》刘家祺主编化工出版社 《分离工程》邓修主编科学出版社 《石油化工分离工程》张一安徐心茹主编华东理工大学出版社。 《有机化工分离过程》，许其佑等编著，华东化工学院出版社。 抓住重点，理清思路，善于分析，旨在应用。认真听课，积极思索，必要预习，独立解题。 §1.2 分离操作在化工生产中的重要性（作用和地位） §分离过程在化工生产中的重要性 无论化学、石油、冶金、食品、轻工、医药、生化和原子能等工业都广泛应用分离过程， 总而言之，广泛的应用，科技的发展，环境的需要都说明分离过程在国计民生中所占的地位和作用，并展示了分离工程的广阔前景：现代社会离不开分离技术，分离技术发展于现代社会。毕业设计任务书--甲醇
实验报告
化学工程与工艺
理学门类-化学类专业解读的内容
化学工程与工艺本科主干课程简介
天津大学化学基本工艺导师姜忠义
《化工原理》(一)教学大纲
天津大学 化工分离工程 理论课和理论(含实践)课教学内容
第7章 天津大学化工分离工程教案
精品课程申报书
化工分离工程第3章答案
《物理化学A》课程教学大纲(本科)
天津大学 化工分离工程 完整教案