《化工傳質與分離過程》教學大綱

★面向21世紀課程教材★化工傳質與分離過程教學大綱天津大學化工學院化工系2003年4月《化工傳質與分離過程》課程教學大綱56學時3.5學分一、課程性質、目的和任務本課程及其前續(xù)課程《化工流體流動與傳熱》，是為培養(yǎng)面向21世紀高等化工創(chuàng)新人才的需要而建立的新課程體系中的主干課程。本課程將傳統(tǒng)的《化工原理》與《化工傳遞過程基礎》有機地融為一體，并適當吸取《化工分離過程》的有關內容，依據傳遞過程的理論體系和單元操作的共性組合而成。本課程屬于化工類及其相近專業(yè)的一門主干課，為學生在具備了必要的高等數學、物理、物理化學、計算技術等基礎知識之后必修的技術基礎課。本課程擔負著由理論到工程、由基礎到專業(yè)的橋梁作用，是化工類及其相近專業(yè)許多專業(yè)課程的重要基礎課程，本課程教學水平的高低，對化工類及相近專業(yè)學生的業(yè)務素質和工程能力的培養(yǎng)起著至關重要的作用。本課程屬工科科學，用自然科學的原理（主要為動量、熱量與質量傳遞理論）考察、解釋和處理化學工程中的實際問題，研究方法主要是理論解析和在理論指導下的實驗研究。本課程強調工程觀點、定量運算和設計能力的訓練；強調理論與實際相結合；強調提高分析問題、解決問題的能力和綜合能力。學生通過本課程學習，應能夠運用質量傳遞的基本理論及各傳質單元操作過程的原理，解決過程計算及設備選擇等問題，并為后續(xù)專業(yè)課程的學習奠定基礎。二、教學基本要求本課程在第六學期(四年制)開設。教材內容分為課堂講授、學生自學和學生選讀三部分，其中課堂講授部分由教師在教學計劃學時內進行課堂教學，作為基本要求內容；學生自學部分由學生在教師的指導下，利用課外時間進行自學，作為一般要求內容；學生選讀部分由學生根據自己的興趣及能力，進行課外選讀，不作要求。時；課程設計1.5周。本課程采用課后習題，每次課后留2～3個練習題，由學生獨立完成，教師可根據情況布置綜合練習題和安排習題討論課。本課程每周安排課外答疑一次（3小時）。本課程的期末考試試卷分為客觀題和綜合題側重對學生的綜合、創(chuàng)新能力的考核，采用分析推導結合綜合計算的開卷考試形式，占55%。三、教學內容本課程以質量傳遞的基本理論體系為主線，論述了傳質過程基礎、氣體吸收、蒸餾、氣液傳質設備、液－液萃取、固體物料的干燥及其它傳質與分離過程等。主要內容包括：1．傳質過程基礎。傳質過程概論；傳質微分方程；氣體中的穩(wěn)態(tài)擴散；對流傳質的類型與機理；濃度邊界層與對流傳質系數；相際間的對流傳質模型；對流傳質問題的分析求解方法。2．氣體吸收。吸收過程的平衡關系；吸收過程的速率關系；低組成氣體吸收的計算（包括物料衡算與操作線方程、吸收劑用量的確定、塔徑的計算、傳質單元數法計算填料層高度等）；吸收系數的獲取途徑及吸收系數準數關聯式中常用的準數。3．蒸餾。兩組分理想溶液的汽液平衡；精餾原理與流程；兩組分連續(xù)精餾的計算（包括理論板和恒摩爾流的概念、物料衡算和操作線方程、進料熱狀況的影響、理論板層數的計算、回流比的影響及其選擇、塔高和塔徑的計算等）。4．氣液傳質設備。板式塔的結構；板式塔的流體力學性能與操作特性；填料塔的結構與特點；填料塔的流體力學性能。5．液－液萃取。液－液萃取相平衡；單級萃取的計算。6．固體物料的干燥。濕空氣的性質及濕度圖；干燥過程的物料衡算與熱量衡算；物料中所含水分的性質；干燥曲線、干燥速率與干燥速率曲線。7．其它傳質與分離過程。膜分離的基本原理、膜材料和膜組件；結晶的基本原理、工業(yè)結晶方法與設備。四、學時分配注：★—課堂講授內容☆—學生自學內容※—學生選讀內容緒論（★）1學時第一章傳質過程基礎9學時第一節(jié)傳質概論與傳質微分方程（2學時）1.1.1傳質過程概論（★）1.1.2傳質微分方程（★）第二節(jié)分子傳質（擴散）（2.5學時）1.2.1氣體中的穩(wěn)態(tài)擴散（★）1.2.2液體中的穩(wěn)態(tài)擴散（★）1.2.3固體中的穩(wěn)態(tài)擴散（☆）1.2.4擴散系數（★☆）第三節(jié)對流傳質（4.5學時）1.3.1對流傳質的類型與機理（★）1.3.2濃度邊界層與對流傳質系數（★）1.3.3相際間的對流傳質模型（★）1.3.4對流傳質問題的分析求解（★☆）1.3.5動量、熱量與質量傳遞之間的類比（★）1.3.6對流傳質系數經驗公式（※）第二章氣體吸收8學時第一節(jié)概述（0.5學時）2.1.1氣體吸收過程（★）2.1.2氣體吸收的分類（★）2.1.3氣體吸收的工業(yè)應用（★）2.1.4吸收劑的選擇（★）第二節(jié)氣體吸收的平衡關系（1.5學時）2.2.1氣體在液體中的溶解度（★）2.2.2亨利定律（★）2.2.3相平衡關系在吸收過程中的應用（★）第三節(jié)氣體吸收速率方程式（1.5學時）2.3.1膜吸收速率方程式（★）2.3.2總吸收速率方程式（★）2.3.3吸收速率方程式及吸收系數小結（★）第四節(jié)低組成氣體吸收的計算（3.5學時）2.4.1物料衡算與操作線方程（★）2.4.2吸收劑用量的確定（★）2.4.3塔徑的計算（★）2.4.4填料層高度的計算（★）第五節(jié)吸收系數（0.5學時）2.5.1吸收系數的測定（★）2.5.2吸收系數的經驗公式（☆）2.5.3吸收系數的準數關聯式（★☆）第六節(jié)其它吸收與解吸（0.5學時）2.6.1高組成氣體吸收（☆）2.6.2非等溫吸收（※）2.6.3多組分吸收（※）2.6.4化學吸收（※）2.6.5解吸（★）第三章蒸餾12學時第一節(jié)兩組分溶液的汽液平衡（2學時）3.1.1兩組分理想溶液的汽液平衡（★）3.1.2兩組分非理想溶液的汽液平衡（※）第二節(jié)平衡蒸餾與簡單蒸餾（1學時）3.2.1平衡蒸餾（★）3.2.2簡單蒸餾（★）第三節(jié)精餾原理和流程（1學時）3.3.1精餾原理（★）3.3.2精餾操作流程（★）第四節(jié)兩組分連續(xù)精餾的計算（7學時）3.4.1理論板的概念及恒摩爾流假定（★）3.4.2物料衡算和操作線方程（★）3.4.3進料熱狀況的影響（★）3.4.4理論板層數的計算（★）3.4.5回流比的影響及其選擇（★）3.4.6簡捷法求理論板層數（★）3.4.7其它類型雙組分精餾過程理論板層數的求法（★）3.4.8塔高和塔徑的計算（★）3.4.9連續(xù)精餾裝置的熱量衡算（★）3.0精餾過程的操作型計算和調節(jié)（★）第五節(jié)間歇精餾（1學時）3.5.1回流比恒定時的間歇精餾（★）3.5.2餾出液組成恒定時的間歇精餾（★）第六節(jié)特殊精餾（0學時）3.6.1恒沸精餾（☆）3.6.2萃取精餾（☆）3.6.3鹽效應精餾（☆）3.6.4幾種特殊精餾方法的比較（☆）第七節(jié)多組分精餾（0學時）3.7.1流程方案的選擇（※）3.7.2多組分物系的汽液平衡（※）3.7.3關鍵組分的概念及各組分在塔頂和塔底產品中的預分配（※）3.7.4簡捷法確定理論板層數（※）第四章氣液傳質設備6學時第一節(jié)板式塔（3學時）4.1.1板式塔的結構（★）4.1.2塔板的類型及性能評價（★）4.1.3板式塔的流體力學性能與操作特性（★）4.1.4板式塔的設計（※）第二節(jié)填料塔（3學時）4.2.1填料塔的結構與特點（★）4.2.2填料的類型及性能評價（★）4.2.3填料塔的流體力學性能（★）4.2.4填料塔的內件（☆）4.2.5填料塔的設計（★☆）第五章液—液萃取6學時第一節(jié)概述（★）（0.5學時）第二節(jié)液—液萃取相平衡（1.5學時）5.2.1三角形坐標圖及杠桿規(guī)則（★）5.2.2三角形相圖（★）5.2.3萃取劑的選擇（★）第三節(jié)液—液萃取過程的計算（3學時）5.3.1單級萃取的計算（★）5.3.2多級錯流萃取的計算（★）5.3.3多級逆流萃取的計算（★☆）5.3.4微分接觸逆流萃取的計算（★）5.3.5回流萃?。ā睿┑谒墓?jié)新型萃取技術（0.5學時）5.4.1超臨界流體萃?。ā铮?.4.2化學萃取（※）第五節(jié)液—液萃取設備（0.5學時）5.5.1萃取設備的基本要求與分類（★）5.5.2萃取設備的主要類型（※）5.5.3萃取塔的流動和傳質特性（★）5.5.4萃取設備的選擇（※）第六章固體物料的干燥8學時第一節(jié)濕空氣的性質及濕度圖（2學時）6.1.1濕空氣的性質（★）6.1.2濕空氣的H-I圖（★）第二節(jié)干燥過程的物料衡算與熱量衡算（3學時）6.2.1濕物料含水量的表示方法（★）6.2.2干燥系統(tǒng)的物料衡算（★）6.2.3干燥系統(tǒng)的熱量衡算（★）6.2.4空氣通過干燥器時的狀態(tài)變化（★）第三節(jié)固體物料在干燥過程中的平衡關系與速率關系（2.5學時）6.3.1物料中的水分（★）6.3.2干燥時間的計算（★☆）第四節(jié)干燥器（0.5學時）6.4.1干燥器的主要型式（★☆）6.4.2干燥器的設計（※）第五節(jié)增濕與減濕（0學時）6.5.1空氣與水之間的傳熱、傳質關系（※）6.5.2調濕設備與水冷卻塔（※）第七章其它傳質與分離過程4學時第