《分离工程》课程实施大纲.docx

分离工程课程实施大纲目录1 .教学理念1.课程介绍31.1 课程的性质31.2 课程在学科专业结构中的地位、作用31.3 课程的历史与文化传统41.4 课程的前沿及发展趋势51.5 课程与经济社会发展的关系61.6 课程内容可能涉及到的伦理与道德问题61.7 学习本课程的必要性7.教师简介错误!未定义书签。1.8 教师的职称、学历错误!未定义书签。1.9 教学背景错误!未定义书签。1.10 研究兴趣（方向）错误!未定义书签。2 .先修课程9.课程目标93 .课程内容103.1 课程的教学大纲103.2 教学重难点113.3 学时安排113.4 教学日历13.课程实施143.5 教学单元一（绪论）14教学日期143.5.1 教学目标14教学内容143.5.2 教学过程14化学工程学科的两个基本问题化学工程学科的两个基本问题”过程的平衡，限度LA化工热力学研究的问题化学动力学化学动力学研 究化学反应的 动力学规律）反应过程和反应工程、研究的问题I化学反应工程 I研究实现过程 、 的设备、传递过程单元操作和 传递过程研A 究的问题 I餐递过程研究过程的速率与传递机理分离工程研究应用质量传递原理实现 组分分离的基本原理及工程化问题，. 是传递过程的一部分（单元操作侧重E过程的设备与工程问课程的历史与文化传统分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的，生产实践是分离工程 形成与发展的源泉。早期的化学工厂是由化学家根据实验室研究结果直接建立的。 生产实践发现，生产用的大装置中的化学或物理过程与实验室玻璃器皿中的现象 有很大的不同。在不同产品的生产过程中，却有许多过程遵循相似的原理。由此 提出的单元操作原理奠定了化学工程学科最初的理论基础。随着大量的工业实践, 人们逐渐认识到，各种化工生产工艺，除了其中的核心即反应过程外，大都是由 为数不多的一些基本操作组成的。这些基本操作的知识对于化工过程的正确开发 和化工流程、装置的正常运行及经济性有重要的作用。在二十世纪初提出的单元 操作的概念指出：任何化工生产过程不论规模如何，皆可分解为一系列名为单元 操作的过程，例如粉碎、混合、加热、吸收、冷凝、浸取、沉降、结晶、过滤等。 单元操作的概念包含了流体动力过程、传热过程、传质分离过程、热力过程、粉 体工程等许多化工生产过程中常见的操作和过程，传质分离过程是其重要组成部 分。单元操作概念的建立对化学工程的发展起了重大的作用0它对用于不同的化 学工艺中的同样的操作，以单元操作的概念抽象出来，对其共同规律进行研究。 通过对其基础研究、单元操作所用设备的结构、操作特性、设计计算方法及应用 开发等多方面的研究，为分离过程在化工工艺开发、化工过程放大、化工装置设12 .教学合约13.1 教师作出师德师风承诺作为一名光荣的人民教师，担负着教书育人的重任，为了认真履行教师职责, 严格遵守高等学校教师职业道德规范；为了进一步明确授课教师对师德师风建 设应负的责任，努力提高授课教师师德师风建设的整体水平，特向全社会作出公 开承诺，全校教职工应在以下十方面履行职责，承担教育责任。1、实行师德师风建设目标管理责任制，授课教师都应严格执行学校关于加强师 德师风建设的各项规定，以德立身。2、爱国守法。热爱祖国，热爱人民，拥护中国共产党领导，拥护中国特色社会 主义制度。遵守宪法和法律法规，贯彻党和国家教育方针，依法履行教师职责, 维护社会稳定和校园和谐。不得有损害国家利益和不利于学生健康成长的言行。 3、切实提高依法执教的法制意识，全校教职工都要自觉学法、知法、守法，用 教师法、教育法、等有关政策法规规范自己的教学工作。4、坚持开展以德立身，教学为本，情感育人的师德自律教育，铸师魂，修师德， 练师能，内强素质，外树形象。5、严谨治学。弘扬科学精神，勇于探索，追求真理，修正错误，精益求精。实 事求是，发扬民主，团结合作，协同创新。秉持学术良知，恪守学术规范。尊重 他人劳动和学术成果，维护学术自由和学术尊严。诚实守信，力戒浮躁。坚决抵 制学术失范和学术不端行为。6、模范遵守社会公德。为人师表，衣着整洁得体，语言规范健康，举止文明礼 貌，以自身的良好形象教育引导学生。7、尊重、爱护和信任学生，爱心育人，尊重学生人格，对学生不讽刺，不挖苦， 不辱骂，杜绝体罚和变相体罚行为。8、注重提高教育教学效果。爱生敬业，勤奋工作，备好每一篇教案，上好每一 堂课，批好每一次作业，与学生谈好每一次话，以自己辛勤的劳动换取每一位学 生的成功。9、严格执行有关教育法规。不搞有偿家教，不向家长索要或暗示馈赠钱物，不 参与黄、赌、毒及一切封建迷信活动，教师不得请学生代批作业、试卷，代写学 生成绩册和评语等。10、自觉抓好自查自纠，围绕师德师风建设问题，定期进行自我对照，自我检查， 自我整改，主动听取接受学生家长、学校行风监督员等各方面的批评与建议，自 觉置于社会的监督之下。以上十条，特向学校和上课学生作出公开承诺，如有违法违纪，授课教师将 接受学校处罚，同时敬请学生、学校、行风监督员积极配合、支持，共同落实以 上承诺。13.2 阅读课程实施大纲，理解其内容本课程实施大纲是对课程的教学内容、教学实施方案、师资基本情况、教学 方法及其他与本课程相关的内容说明。本课程实施大纲主要是面向学生，以学习 为中心，确保课程的每一个方面都能为学生的学习提供最为有效的支持。上课同 学应该认真阅读本课程实施大纲，明确本大纲具体的教学以及规范内容，同时遵 守课程实施大纲当中所确定的责任与义务。13.3 同意遵守课程实施大纲中阐述的标准和期望本课程实施大纲由任课老师指定，教师对大纲中阐述的标准和期望能很好 地理解和执行。同时，希望上课同学也能将本大纲的要求贯穿本课程。13 .其他说明如果上课同学有对本课程实施的意见和建议，欢迎大家提出，或对你自己 做更多介绍，以便我对你有更多了解。同时进度安排可能会根据实际授课情况有 所调整。计和在化工生产中的正确应用提供了较为完整的理论体系和经济高效的分离设 备，对促进化学工业的发展起到了重要的作用。同时，以此为基础发展起来了以 因次分析和相似论为基础的实验研究方法和以数学模型方法为基本的理论结合 实际的化学工程研究方法，也对化学工程学本身的发展作出了很大的贡献。自二十世纪五十年代以来,通过对化学工程的深入研究，提出了三传一反（动 量传递、热量传递、质量传递、化学反应工程）的概念。使分离工程建立在更基 本的质量传递的基础上，从界面的分子现象和基本流体力学现象进行分离工程中 各单元操作的基础研究，并用定量的数学模型描述分离过程，用于分析已有的分 离设备，并用于设计新的过程和设备。由于计算机技术的飞速发展，使得从较基础的理论角度出发对分离过程和设 备进行研究成为可能，减少了误差和失真。对一些复杂的数学模型的开发并用于 分离过程的优化，使化工过程更趋成熟和完善。1.4 课程的前沿及发展趋势二十世纪下半叶掀起的新技术革命浪潮在人类文明和社会发展上将具有重 大的意义。在现代生物技术、环境科学、资源与能源科学、信息技术与材料科学 等高新科技的发展对分离工程提出了新的、更高的要求，有许多是传统分离技术 所无能为力的，分离工程发展与高新科技的结合是现实的迫切需求，也是分离工 程面临的新的机遇和挑战。比如现代生物技术产品的商品化在很大程度上取决于能否将具有生物活性 的产品从组成复杂的、具有许多性质相似的杂质的稀溶液中经济有效地加以分离 纯化。此外，信息工业、生物技术和医药工业、材料工业的飞速发展向分离工程 提出了前所未有的纯度要求和分离精度要求；由于石油和天然气资源的逐渐枯竭, 能源结构在未来几十年内将面临重大的变化。新能源的发展要求分离工程提供新 的、经济有效的大规模分离方法；资源的开发向贫矿的利用转化以及海洋资源的 开发利用需要更经济有效的分离技术；环境保护对分离技术提出了持续的、不断 提高的需求；为了节约能源、降低设备投资和分离操作成本，对传统分离过程的 改造或以新分离方法取代。分离技术的发展呈现出以下若干特点：竞争促进了分离过程的强化，新技 术的应用，剧烈的竞争加速了分离技术发展，促进了分离过程的强化；耦合分离技术引起重视，耦合分离技术因具有简化流程、提高收率和降低消耗的优点引 起人们的日益重视，耦合分离技术（化学吸收、化学萃取、反应精偏、膜反应器、 药物的控制释放等）在化工、生物工程、制药和新材料等高新技术领域成功应用 获得了良好的效益；信息技术推动了分离技术的发展；根据国情，加速分离 科学和技术的发展，发展趋势：传统分离技术改造，如精镭筛板塔改造为效率 更高的填料塔；新型分离过程开发，如分子蒸偏、新型萃取分离、反胶团萃取、 超临界萃取、新型生物膜法、膜分离等新型分离技术等。分离与反应耦合以及 分离过程之间的耦合。1.5 课程与经济社会发展的关系分离工程是一门有关工程问题的学科，是解决如何将常见的化工分离技 术应用到工业生产过程中，是为选择一种经济可行的分离技术所服务的。因此经 济性是在选择分离技术时所必须要考虑的问题。另外，随着社会经济的快速发展, 人们对日益丰富的物质文化提出更加的要求。需要开发出更加环保、安全、绿色 化的化工产品；而这些产品的生产开发离不开绿色健康的分离技术的开发，所以 说分离技术的发展与经济社会发展密切相关。因此在分离工程的教学过程中 不仅需要给学生传递基本的分离理论和常见的分离技术，同时还需要与时俱进、 紧跟社会技术进步、将课程涉及新技术引入课程教学，尤其是针对一些新技术的 应用、社会发展热点问题，在课堂上开展讨论，引导学生思考解决问题的方法, 也能让学生切身体会所学知识并非空洞无物，而是能解决生活中实际问题的有用 技能，激发学生的学习热情。1.6 课程内容可能涉及到的伦理与道德问题随着技术的进步和人民生活水平的提高，目前科学技术中存在的伦理与道德 问题已经引起了人们的极大关注。化工学科研究领域十分广泛，与日常生活有着 紧密联系，因此课程教学过中应注意伦理和道德教育。分离工程作为本科主干基础学科，对未来培养国家后备工程人才起到关 键性的作用，而在此课程学习基础上，化学工程类科学研究才可能成为现实。其 中科学研究是运用严密的科学方法，从事有目的、有计划、有系统的认识客观世 界，探索客观真理的活动过程，是对研究变量或指标的共同的本质的概括。而当 代“伦理”概念蕴含着西方文化的理性、科学、公共意志等属性，“道德”概念蕴含 6着更多的东方文化的情性、人文、个人修养等色彩。我们所讲的科学研究中的伦 理与道德，是科学研究者应当秉持的研究规则和行为规范，使伦理道德规范运用 到涉及科技活动现实的具体问题的规范问题。科学研究的基本任务是探索、认识 未知。理想的科学研究被描述为一个科学家求真、至善、至美的过程。在这个过 程中，科学家揭示着自然界的客观规律，开发应用有利于人类利益的技术，去追 求人类社会的持续、和谐的发展。但是，理想状态只能是一个无限接近到无法到 达的状态，科学和现实社会可能会产生各种各样的冲突和矛盾，科学研究中的伦 理道德就成一个为人们关注的焦点。我们讲科学研究中的伦理与道德，并不是指 科技成果本身有什么伦理道德，而是指科学研究、技术探索过程中的伦理道德, 更是指科学研究应用到政治、经济、文化、军事领域之中产生的伦理道德问题。 而分离工程正是作为科学研究的基础知识学科，必须考虑“伦理”和相关的“道 德”问题。因此在教学过程中要注意正确引导学生理性看待这些环境问题，激发学生思 考如何处理目前面临的这些问题，而不是抱怨。同时，作为工程技术人才，在设 计和研究过中要严格按照国家有关法律、标准和规范操作，尤其是涉及环境问题, 如三废的处理等要全面考虑。技术层面的伦理问题，主要引导学生从技术上思考 原料、过程到产品及产品残值涉及的伦理问题。如原料尽量少用或不采对人体和 环境有毒害物质；工艺过程尽量考虑节能、节水和减少原料消耗；产品残值的处 理尽量简单可行等。1.7 学习本课程的必要性分离工程是化学工程学科的重要组成部分，是化学工程与工艺专业的一 门专业必修课。通过本课程的学习，可以正确理解分离工程的有关基本概念和理 论；理解各概念之间的联系和应用；掌握分离工程的基本计算方法；能够理论联 系实际，灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题。其教学内容是以化工生产中的分离过程为研究对象，分离过程贯穿于整个化 工生产过程中，有着不可替代的作用，同时分离技术有着多样性和复杂性。因此， 本课程在学习分离过程基本理论、原理和方法的基础上，思考如何将精储、蒸发、 结晶、萃取等常见分离过程应用于化工过程中，学习如何针对不同混合物开发出 合适的分离技术，了解现代分离技术发展的动态，关注针对目前严峻的能源问题、 环境问题、资源问题分离技术所起的作用。因此学习好分离工程这门课程对 化工专业学生有着极其重要的必要性和实用性，是其在今后的化工工作中能够独 立发现问题、解决问题必然所在。3 .先修课程高等数学、大学物理、物理化学、化工原理和化工热力学。4 .课程目标(1)培养学生将物理化学、化工原理、化工热力学等学科知识用于化学反应工 程学科的综合能力；(2)通过本课程的学习，使学生了解化学反应工程学科前沿，理解该学科理论 体系，掌握研究方法；(3)通过本课程的学习，使学生初步具有实现反应过程最优化的能力以及分析、 改进、开发设计反应器的能力。5 .课程内容6.1 课程的教学大纲第1章绪论（2学时）1.1 掌握的内容：分离过程在化工生产中的重要性；分类过程的分类；常用 的化工分离操作过程；分离过程研究和技术开发的历史、现状和未来。1.2 了解的内容：平衡分离过程和速率分离过程；工业上常用的基于平衡分 离过程的分离单元操作及其基本原理；分离媒介；典型应用实例。第2章 多组分分离基础（12学时）2.1 掌握的内容：在“化工热力学”课程有关相平衡理论的基础上，掌握多组 分或复杂物系设计变量的确定方法，较为全面的了解化工过程中经常遇到的多组 分物系的气液平衡，即各种单级平衡过程的计算问题。熟练掌握多组分非理想体 系相平衡常数计算方法；泡点和露点计算；等温闪蒸和部分冷凝过程的计算。2.2 了解的内容：常用化工生产操作单元、装置和过程的设计变量的确定； 多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子。多组分物系的泡点方程、露点 方程；计算方法。等温闪蒸过程和部分冷凝过程。闪蒸方程；闪蒸过程的计算, 了解绝热闪蒸过程的计算。第3章精编（6学时）3.1 掌握的内容：多组分精储的基本原理、流程及其简捷计算法，以及塔内 的流率、浓度和温度分布特点。3.2 了解的内容：恒沸精储、萃取精储和加盐精储等特殊精储过程原理及其 简捷计算方法。第4章吸收（6学时）4.1 掌握的内容：多组分吸收和解吸过程的基本原理、流程及其简捷计算法， 以及塔内的流率、浓度和温度分布特点。4.2 了解的内容：多组分吸收和解吸过程分析、简捷计算方法。第5章多组分多级分离的严格计算（4学时）5.1 掌握的内容：掌握建立平衡级理论模型的基本方法，三对角线矩阵方程 的托玛斯解法，精储过程计算的泡点法和流率加和法。5.2 了解的内容：托玛斯法解三对角矩阵方程；精储问题的求解。三对角矩 阵方程托玛斯解法计算精微过程的泡点温度。了解精储计算的同时校正法和非平 衡级模型。第7章 其他分离过程（2学时）7.1 掌握的内容：各种新型分离技术的发展、研究及应用基本情况。7.2 了解的内容：了解部分已经工业化的新型分离技术的基本原理、主要特 点。新发展的技术及耦合技术的理论研究状况。6.2 教学重难点第一章绪论重点：分离过程基本概念、分类；平衡分离过程和速率分离过程。难点：平衡分离过程基本原理第二章多组分分离基础重点：常用化工生产操作单元、装置和过程的设计变量的确定；多组分物系的相 平衡条件；平衡常数；分离因子。多组分物系的泡点方程、露点方程；计算方法。 等温闪蒸过程和部分冷凝过程。闪蒸方程；闪蒸过程的计算。难点：平衡常数的计算；泡露点计算问题、闪蒸过程分析第三章精微重点：多组分精储过程分析和简捷计算方法。特殊精镭过程、流程，及其简捷计 算方法。难点：精储过程分析及相关计算第四章吸收重点：多组分吸收和解吸过程分析、简捷计算法。难点：过程分析和计算分析第五章多组分多级分离的严格计算重点：托玛斯法解三对角矩阵方程；精编问题的求解。难点：严格计算学时安排第一章绪论主要知识点：分离过程的基本概念、分离、特性；分离过程在化工生产中的重要 性；常用的化工分离操作过程；分离工程理论的发张；分离过程研究和技术开发 的现状和未来。学时安排（参考）：2学时第二章多组分分离基础主要知识点：多组分或复杂物系设计变量的确定方法；在“化工热力学”课程有 关相平衡理论的基础上，较为全面的了解化工过程中经常遇到的多组分外系的 气液平衡，即各种单级平衡过程的计算问题。熟练掌握多组分非理想体系平衡 常数计算方法（活度系数法、状态方程法等）；泡点和露点计算；等温闪蒸和 部分冷凝过程的计算，了解绝热闪蒸过程的计算。学时安排（参考）：12学时第三章精微主要知识点：多组分精储、共沸精储、萃取精福、的基本原理、流程，及其简 捷计算方法，以及塔内的流率、浓度和温度分布特点。学时安排：6学时第四章吸收主要知识点：多组分吸收和解析过程的基本原理、流程，及其简捷计算法，以 及塔内的流率、浓度和温度分布特点。学时安排：6学时第五章多组分多级分离的严格计算主要知识点：建立平衡级理论模型的基本方法，三对角线矩阵方程的托玛斯解法， 精储过程计算的泡点法和流率加和法。了解精福计算的同时校正法和非平衡级模 型。学时安排（参考）：4学时第七章其他分离方法主要知识点：学习吸附、离子交换、萃取和膜分离等其他的分离技术，了解这些技 术的基本原理、应用范围等等。学时安排（参考）：2学时教学日历课程名称分离工程时 间 分 配上课周数8周学院化工专业应化2019级学时数32学时班级2019 级 1-5 班讲课时数32学时系专业习题课及课堂讨论班级实验系专业每周上课时数4学时周 次 及 日 期教学、作业类别及内容讲授内容(教学大纲分章和题目的名称)讲 课 学 时自 学 学 时课 堂 作 业 数课 外 作 业 数课程 进度 完成 情况第1周3.6第一章绪论223.9第二章多组分分离基础相平衡关系221第 2 周3.13气液平衡的分类与计算223.16多组分物系的泡点与露点计算221第 3 周3.20单级平衡分离过程计算223.23设计变量分析221第 4 周3.27装置设计变量+例题讲解223.30第三章精微多组分精储过程分析221第 5 周4.3多组分精微的简捷(FUG)计算法224.6共沸精镯+吸收221第 6 周4.10第四章气体吸收与解析一吸收和解吸过程流程224.13多组分吸收和解吸过程分析221第 7 周4.17多组分吸收和解吸过程简捷计算224.20第五章多组分多级分离的严格计算 平衡级的理论模型+复杂精储塔物理模型22第 8 周4.24模拟计算方法+三对角矩阵法2214.27泡点法+例题讲解+课程答疑22教学方法20教学单元二（2.2相平衡关系）207.2.1 教学日期20教学目标207.2.2 教学内容20教学过程217.2.3 教学方法23教学单元三（活度系数法计算相平衡关系）247.2.4 教学日期24教学目标247.2.5 教学内容24教学过程247.2.6 教学方法31作业安排317.3 教学单元四（泡点和露点计算）31教学日期317.3.1 教学目标31教学内容317.3.2 教学过程31教学方法357.3.3 作业安排35教学单元五（露点计算+闪蒸计算）357.3.4 教学日期35教学目标错误!未定义书签。7.3.5 教学内容35教学过程367.3.6 教学方法40作业安排407.4 教学单元六（绝热闪蒸计算+第二章总结）406.课程实施7.1 教学单元一（绪论）教学日期课程安排：2021-2022学年 第2学期；第9周星期一，9-10节教学目标1. 了解分离工程研究主要内容及目标；掌握化工分离过程的基本概念、分类和常见分离过程；2. 了解分离工程理论的形成与发展；了解最新分离技术的发展动态教学内容主要知识点：分离过程的基本概念、分离工程的特性，分离过程的分类；分 离过程在化工生产中的重要性；常用化工分离操作过程；分离过程研究和技术开 发的现状和未来。重点：平衡分离过程和速率平衡分离过程，分离因子难点：平衡分离过程的理解与分析7.1.1 教学过程概念讲解分离过程：是指借助一定的分离剂，将混合物分成组成互不相同的两种或几 种产品的操作。产产产1 2 n品品品混合物 （气、液、方分离设备能量分离剂 f 物质分离剂| 能量分离剂ESA：指传入或传出系统的热及输入或输出系统的功。闪 蒸、冷凝、精储等。物质分离剂MSA：指分离过程中所借助的物质，如吸收过程的吸收 剂、萃取过程的萃取剂及吸附过程的吸附剂。分离因子：Xj% / Xj2可以判定这两个组分在两种产品中的分离程度，与1相差越远，就越能达到有效的分离固有分离因子:xi分离技术的特性.分离技术的重要性（广泛性）原料净化中间产物分寓产品提纯污染物处理.分离技术的多样性由于化工分离技术的应用领域十分广泛，决定了分离技术的多样性。按机理划分，大致可分成5类，它们的特点和设计方法有所不同：生成新相以进行分离（如蒸储、结晶）；加入新相进行分离（如萃取、吸收）；用隔离物进行分离（如膜分离）；用固体试剂进行分离（如吸附、离子交换）；用外力场和梯度进行分离（如离心萃取分离和电泳等）。1 .分离技术的复杂性缺乏基础物性数据（尤其是对于复杂条件下的物性数据，比如高温、高压、超临界、多组分等）缺乏大型塔器的可靠设计方法化工分离过程分类一类：机械分离过程 对象：非均相混合物特点：用机械法将非均相物系分离，而相间并无物质传递发生比如：这谑、沉叶、离一分离、麦风修尘平衡分离过程（精储、吸收、萃取、结晶、吸附等）速率分离过程（微滤、超滤、反渗透、电渗析等）特点：涉及物质从原料向一股产品流的扩散，过程遵循物质传递原理1.平衡分离过程借助分离媒介（能量、物质、压力等），使均相混合物系统形成新的相界面 的方法，常使用不互溶的两个相界面上的平衡关系进行分离。其分离基础是混合 物中各组分在相平衡时两相中的不等同的分配。按照两相的不同可以分为以下几类气液传质过程：如吸收、气体的增湿和减湿汽液传质过程：如液体的蒸播和精储液液传质过程：如萃取液固传质过程：如结晶、浸取、吸附、离子交换、色层分离等气固传质过程：如固体干燥、吸附等2.速率分离过程过程名称原料分离剂产品分离原理蒸发液体热液体+蒸汽蒸汽压不同蒸僧液体热液体+蒸汽蒸汽压不同吸收气体不挥发性液体液体+气体溶解度不同萃取液体不互溶液体液体+液体溶解度不同2吉晶液体冷或热液体+固体过饱和吸附气体或液体固体吸附剂固体+液体或气体吸附力不同干燥湿物料热固体+蒸汽湿组分蒸发浸取固体溶剂固体+液体溶解度不同离子交换液体固体树脂液体+固体离子的可交换性利用溶液中不同组分在某种推动力（如压差、浓度差、电位差）作用下经过 某种介质（如半透膜）时的传质速率（透过率、迁移率、扩散速率）差异而实现 分离特点：所处理的物料和产品属于同一相态，仅有组成的差别过程名称 原料分离剂产品分离原理气体扩散热扩散气体气体或液体析永透滤渗勒渗过电隹反超体体体体液液液液压力梯度和膜湿度梯度电场和膜电场压力梯度和膜压力梯度和膜气体气体或液体液体液体液体+液体液体+液体多孔膜中扩散的速率差异 热扩散速率差异膜对不同离子的选择性渗透胶质在电场下的迁移速率差异溶质溶解度与溶剂在膜中 的扩散速率分子大小差异分离方法的选择分离方法的选择'确定分离/目的/待分离混合物中各组协 y的物理、化学、生物学 /方面的性质参数列表/分离过程开发的方法传质分离过程开发是研究适宜分离方法的工业化途径，以期经济合理地实现规定的分离任务。目的：（1）适宜分离方法、流程和操作条件的选择；（2）分离设备的合理选型；（3）分离设备几何尺寸的确定。放大技术的常用方法：过程放大的方法有逐级经验放大法、数学模型法、工程理论法和参照 法四种，对于一个缺乏参照系统的新的传质分离操作来说，前两种方法更为常用。 1）逐级经验放大法/以小试一扩大试验一中试一工业化试验的程序，通过逐级试验获取参数来达 到目的。稳妥，但耗费大。步骤：进行小试，确定操作条件和设备形式。确定的依据是最终产品质量、产量 和成本，并不考虑过程的机理；小试之后进行规模稍大的中试，以确定设备尺寸 放大后的影响（放大效应）；然后才能放大到工业规模的大型装置，在处理物料 复杂或对选用的分离方法缺少经验时，放大把握不大，则上述每级试验放大倍数 就小，往往需多级中间试验，耗资大，开发周期长。2）数学模型法/根据过程的内在规律，建立准确描述过程的数学模型，通过合理的简化后, 利用计算机求解得到相关的参数。将复杂过程分解为多个较简单的子过程，再根据研究的目的进行合理的简化, 得出物理模型；应用物理基本规律及过程本身的特征方程对物理模型进行数学 描述，得数学模型；对数学模型进行分析解或数值解得到设计计算方法，通过试验确定方程中的模 型参数；应用计算机进行复杂过程的综合研究和寻优，得到最优结果，最后需进行中间 试验，检验结果的可靠性。数学模型法尽管在方法的逻辑上合理，从方法论上说也很科学，与逐级经验放大 方法相比，可以节省试验费用，缩短开发周期，结果比较可靠，但在化工中的实 际应用至今仍然有限。主要原因在于化工过程太复杂，可靠又合理简化的数学模型难以建立。分离工程理论的形成与完善分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的，生产实践是分离工 程形成与发展的源泉。化学工程学科的两个基本问题”过程的平衡，限度、过程的速度一化工热力学研究的问题化学动力学研 究化学反应的*反应过程化学动力学I和反应工程、研究的问题、传递过程单元操作和 传递过程研究的问题 I动力学规律I化学反应工程I研究实现过程I 的设备'过程的速率与I 传递机理分离工程研究应用质量传递原理实现 组分分离的基本原理及工程化问题 是传递过程的一部分单元操作侧重 过程的设备与 j工程问题分离过程的发展动态绿色分离工程：指分离过程绿色化的工程实现。分离过程绿色化的途径有两种：对传统分离过程进行改进、优化，使过程对环境的影响最小甚至没有开发及使用新型的分离技术，如膜分离技术、分步结晶技术、超临界萃取技术等。本章小结,学习了分离过程的基本概念、分离过程的分类以及常用的化工分离操作/ 了解了分离过程在化工过程中的重要性,学习了分离工程研究的主要内容及其理论形成的历程,掌握分离因子、固有分离因子两个重要概念/学习了分离过程的发展动态以及其开发方法7.1.5 教学方法1、举例法：以典型化工生产过程为例，引出化工过程包含的内容和环节， 进而得出分离操作对化工过程的重要性：分离单元操作。2、提问法：给出一化工过程，请学生思考并回答其包含的典型分离单元过 程，老师结合学生回答讲解；3、对化工过程发展历史，以教师讲解为主。7.2教学单元二（2.2相平衡关系）教学日期课程安排：2021-2022学年第二学期；第9周星期五，3-4节教学目标掌握相平衡关系以及相平衡常数的确定方法难点：多组分非理想体系相平衡常数的计算。7.2.1 教学内容掌握相平衡关系以及相平衡常数的确定方法难点:多组分非理想体系相平衡常数的计算。7.2.2 教学过程 概念讲解相平衡关系:若有两个或两个以上的均相，虽然它们互相紧密接触，但它们各自的性质并 不随时间而改变，就用相平衡来表示这一状态。“平衡”的意思是说：在宏观上 系统的性质随时间而改变的趋势已达到零。相平衡条件：各相的温度相等、压力相等，每个组分的逸度相等。p = p” = P' =Iftff!M = A = M =相平衡基本关系式aj 产 / x<p说 yiP = 3；XiP*=肚 IXj，yv =fiv/xifi0V相平衡常数K = y / x or y. = K xi j i i，ii i表示了 i组分在平衡的汽液两相中的分配情况，俗称分配系数相对挥发度心,若,表示汽液两相中八/两组分的浓度之比相等，因此不能用一般的精储来分离气液相平衡常数的计算实验实测法气液达到平衡的时候分别测定气相的组分组成和液相组份组成，由气液两 相的平衡组成就可以计算相平衡常数不足：实验条件的限制(价格、易燃易爆限制)要达到充分的平衡所需时间长状态方程法从状态方程出发计算逸度和逸度系数，进而计算相平衡常数的方法。只要给出组分i的汽液两相的逸度系数，即可求出Ki,而已知K则可由 xi(yi)求与之相平衡的yi(xi) o逸度系数均可用状态方程来计算，但该状态方 程必须同时适用于汽液两相，常见的有SRK、PR和BWR方程.此法适用于中压下，液相非理想性不是很强的煌类系统。常见的状态方程:理想气体状 态方程pV = RT方 型 状方 程范德 华方 程RT aV-b V2R-K方 程RTap V-b TV（y + b）S-R-K 方程RT a（T）p 一V-b V（V+b）P-R方 程RTn（T）p 一V-b V（y+b） + b（y-b）P-T方 程RTn（T）p =V-b V（y+b） + c（y-b）常 数 状 杰 方 程Vinal 方程Z-l+ + + r+或Z-l + *p + Up +RTVV3M-H 方程p = t（芈，式声/（T）= 4+47 + qexp（£）BWR 方程p = RTp+®RT 4 消）/r+（必T。）/-+4。/ + 丁2夕-（1 + 3-）9（勿-）活度系数法利用状态方程计算气相气相逸度系数，如维里方程，RK方程，用活度系 数求解实际溶液的逸度系数。该法用于压力不高，液相非理想性强的系统。7.2.3 教学方法1、举例：实际生活中的相平衡，如水汽化、晾衣服等；2、理论推导：相平衡常数的定义及计算推导。1.1.1 教学日期40教学目标401.1.2 教学内容40教学过程401.1.3 教学方法46作业安排467.7 教学单元七（单元设计变量）46教学日期467.7.1 教学目标46教学内容467.7.2 教学过程47教学方法507.7.3 作业安排507.8 教学单元八（装置设计变量+期中考试）50教学日期507.8.1 教学目标50教学内容507.8.2 教学过程50教学方法547.8.3 作业安排547.9 教学单元九（期中考试讲解+多组分精t留）54教学日期547.9.1 教学目标54教学内容547.9.2 教学过程54教学方法577.9.3 作业安排587.10 教学单元十（多组分精僧简捷计算）58教学日期587.3教学单元三（活度系数法计算相平衡关系）教学日期课程安排：2021-2022学年第二学期；第9周星期一，9-10节教学目标利用活度系数法计算相平衡关系教学内容1 .活度系数法计算相平衡常数的步骤；.基准态逸度的选择；2 .液相和气相活度系数；.P-T-K列线图法计算相平衡常数；3 .经验公式法计算相平衡常数。4 .3.4 教学过程活度系数法求取基准态逸度、液相活度系数和汽相逸度系数。基准态逸度/1产在体系温度、压力下，溶液中各组分的纯物 质聚集态相同，并且组分之间可以无限制混合 时，各组分都以Lewis-RamMH定则为基础规定 标准态。，在体系温度、压力下，溶液中各组分的纯物 质聚集态不同，或者，组分之间不能无限制混 合时，溶剂以LewisR?ndall定则为基础规定标 准态，溶质以Henr、,定律为基础规定标准态。可凝组分基准态(1)可凝组分基准态逸度:(1)可凝组分基准态逸度:3J 3力”基准态规定：毛=1时，%=1得出力便为在系统人产下液相中纯组分i的逸度 zf =乃/?如何求取纯组分2的逸度#纯组分/在一定温度的饱纯液体组分/在系统温度下的和蒸汽压下的逸度系数。摩尔体积，与压力无关。纯组分/在一定温度的饱纯液体组分/在系统温度下的和蒸汽压下的逸度系数。摩尔体积，与压力无关。校正饱和蒸汽压下的蒸汽 对理想气体的偏离。普瓦廷因子，校正压力对饱 和烝汽压的偏离。不可凝组分基准态取基准态：茗-0,若9r该基准态下组分，的逸度肥为在系统温度和压力下的亨利常数。亨利系数可以通过查图查手册得到 当T、P一定，看一 0时:Henry's law在低压下，溶质组分的逸度近似等于它在气 相中的分压，亨利常数不随压力而改变。对于由一个溶质（不凝性组分）和一个溶剂（可凝性组分） 构成的两组分溶液，通常，不对称型标准化方法溶剂的活度系数基准态定义为：W 1, Yj T 1f* = fjL溶质的活度系数基准态定义为："0, %* -1 #l=H液相活度系数为/活度系数方程：过剩自由始产与活度系麴，.关系:cnGE =GEi=l=RTln/i(2-27)hi九=(d(ngedni)T,P,nj常用的数学模型特征适用1. Van Laar（范拉尔）方 程二元汽液平衡非理想性强的二元混合物， 部分互溶体系.2. Margules （马古斯）方 程