《化工分离工程》教案2008-2009

《化工分离工程》2008-2009 《化工分离工程》 教 案 2009~ 2010 学年 第 二 学期 学 院、 系 室 化学工程系 课 程 名 称 化工分离工程 专业、、班级 化工2007级 主 讲 教 师 陈 彦 福 建 农 林 大 学 课程的目的和任务: 本课程面向化学工程与工艺专业，为专业核心课，学分2.5分，学时为50，讲授40学时，实验10学时。 二、本课程的性质、地位和任务 本课程是高等学校化学工程及工艺专业(本科)的一门专业课。是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学等技术基础知识后的一门专业主干课。化工分离工程是研究过程工业中物质分离和纯化的工程技术学科。本课程讲授传质与分离工程的原理和应用，以及化工分离过程中一些主要分离单元操作和分离工程领域的研究进展。它利用前期课程中介绍的有关相平衡、热力学、动力学、分子及共聚集状态的微观机理，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。通过本课程的学习，学生应掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点，简捷和严格的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。 着重基本概论的理解，为分离过程的选择、特性分析和计算奠定基础。从分离过程的共性出发，讨论各种分离方法的特征。强调将工程和工艺相结合的观点，以及和分析能力的训练;强调理论联系实际，以提高解决问题的能力。为毕业后从事本学科的工程技术工作和研究工作打下比较牢固的理论与实践基础。 本课程通过课堂讲授、要求学生 利用已学的《物理化学》、《化工原理》、《化工热力学》等课程中有关系相平衡热力学、动力学的微观机理，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。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。 通过理论教学 1(了解化工工艺学研究的主要内容和方法，化工工艺学在化工生产中的地位和作用; 2(了解化学工业的发展简史和当代化学工业的发展趋势; 3(掌握化学工艺的基本概念和理论基础，每个典型工艺过程的特点和基本内容，并能提出各工艺的最新技术进展; 4(在化工过程的理论与实际方面建立较为系统而扎实的基础，能较好地应用物理、化学、化工基础知识来分析和解决问题; 5(初步掌握化工工艺过程开发的基本思路和技巧，并对化工工艺的设计与控制、化工工艺过程，经济评价以及计算机辅助设计也有一定了解。 课程的基本要求: 本课程应在物理化学、化工原理、化工热力学完成的基础上学习。 要求通过本课程的教学，使学生了解、熟悉和掌握如下知识: 1、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。 2、对一些新分离技术有一定的了解。 本课的教学环节包括课堂讲授，学生自学，习题，答疑和期末考试。为后续课程的学习和工作奠定良好的基础。本课程着重基本概念的理解，为分离过程的选择、特性分析和计算奠定基础。从分离过程的共性出发，讨论各种分离方法的特征。强调将工程与工艺相结合的观点，以及设计与分析能力的训练;强调理论联系实际，以提高解决问题的能力。学生期末成绩评定由三方面组成，平时作业成绩占20%，测验成绩占10%，考查(试)成绩占70%。 1 教 材: 授课教材 陈洪钫，刘家祺(化工分离过程(北京:化学工业出版社，2005年 主要参考书目 刘家祺(分离过程(北京:化学工业出版社，2002年 叶庆国 分离工程学习指导与习题集 北京:化学工业出版社，2009年 蒋维钧(新型传质分离技术(北京:化学工业出版社，2006年 2 课时安排: 2学时 教学课型:理论课? 实验课? 习题课? 实践课? 其它? 题目(教学章、节或主题): 第一章 绪 论 教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次): 教学目的要求: 1. 了解分离操作在化工生产中的重要性; 2. 掌握传质分离过程的分类和特征; 3. 了解本课程的任务和内容。 教学内容(注明:* 重点 # 难点 ,疑点): 分离操作在化工生产中的重要性;传质分离过程的分类和特征;本课程的任务和内容。 第一节分离操作在化工生产中的重要性 第二节传质分离过程的分类和特征 1(2(1平衡分离过程 1(2(2速率分离过程 第三节本课程的任务和内容 教学方式、手段、媒介:以多媒体为主 黑板设计:左边幻灯，右边板书 讨论、思考题、作业: 教师姓名: 陈彦 职称:副教授 10年 3 月 1 日 3 课时安排: 6学时 教学课型:理论课? 实验课? 习题课? 实践课? 其它? 题目(教学章、节或主题): 第二章 单级平衡过程 教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次): 教学目的要求:1. 掌握相平衡各种关系式及计算; 2. 掌握多组分物系的泡点和露点温度和压力的计算; 3. 掌握等温闪蒸和部分冷凝过程的计算。 教学内容(注明:* 重点 # 难点 ,疑点): 相平衡;多组分物系的泡点和露点计算;闪蒸计算。 教学内容: 第一节相平衡13 2(1(1相平衡关系 2(1(2相平衡常数的计算 第二节多组分物系的泡点和露点计算 2(2(1泡点温度和压力的计算 2(2(2露点温度和压力的计算 第三节闪蒸过程的计算 2(3(1等温闪蒸和部分冷凝过程 2(3(2绝热闪蒸过程 本章内容应作为本课程的重点之一。 教学方式、手段、媒介:以多媒体为主 黑板设计:左边幻灯，右边板书 讨论、思考题、作业: 教师姓名: 陈彦 职称:副教授 10年 3 月 1 日 4 课时安排: 14学时 教学课型:理论课? 实验课? 习题课? 实践课? 其它? 题目(教学章、节或主题): 第三章 多组分精馏和特殊精馏 教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次): eu教学目的要求:1(掌握单元的设计变量N、装置的设计变量N; ii 2(了解多组分精馏过程分析，掌握最小回流比、最少理论板数和组分分配、实际回流 比和理论板; 3. 掌握萃取精馏的基本原理，过程分析与计算;掌握共沸物的特性和共沸组成的计算， 二元非均相共沸物的精馏;了解多元共沸精馏过程; 教学内容(注明:* 重点 # 难点 ,疑点): 教学内容:相平衡;多组分物系的泡点和露点计算;闪蒸计算。 第一节设计变量 3(1(1单元的设计变量 3(1(2装置的设计变量 第二节多组分精馏过程 3(2(1多组分精馏过程分析 3(2(2最小回流比 3(2(3最少理论塔板数和组分分配 实际回流比和理论板数 第三节萃取精馏和共沸精馏 3(3(1萃取精馏 3(3(2共沸精馏 第四节吸收和蒸出过程 3(4(1吸收和蒸出过程流程 3(4(2多组分吸收和蒸出过程分析 3(4(3多组分吸收和蒸出的简捷计算法 3(4(4化学吸收 第五节萃取过程 3(5(1萃取流程 3(5(2逆流萃取计算的集团法 教学方式、手段、媒介:以多媒体为主 黑板设计:左边幻灯，右边板书 讨论、思考题、作业: 教师姓名: 陈彦 职称:副教授 10年 3 月 1 日 5 课时安排: 6学时 教学课型:理论课? 实验课? 习题课? 实践课? 其它? 题目(教学章、节或主题): 第四章 多组分多级分离的严格计算 教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次): 1(掌握平衡级的理论建立模型; 2. 掌握逐板计算法; 3. 掌握三对角线矩阵方程的托玛斯法、泡点法。 教学内容(注明:* 重点 # 难点 ,疑点): 6(1 平衡级的理论模型# 6(2 三对角线矩阵法* 6(2(1(方程的解离方法和三对角线矩阵方程的托玛斯法 6(2(2 泡点法(BP法) 6(2(3 流率加和法(SR法) 6(2(4 等温流率加和法 6(3 同时校正法(SC法) 6(3(1 NS,SC法 6(3(2 GS-SC法 6(4 内外法(Inside(Out法) 6(4(1 内外法模型 6(4(2‘内外法算法 6(5 非平衡级模型简介 教学方式、手段、媒介:以多媒体为主 黑板设计:左边幻灯，右边板书 讨论、思考题、作业: 教师姓名: 陈彦 职称:副教授 10年 3 月 1 日 6 课时安排: ,学时 教学课型:理论课? 实验课? 习题课? 实践课? 其它? 题目(教学章、节或主题): 其他分离技术及分离过程的选择 第五章 吸附分离 第九章 膜分离技术 教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次): 1. 了解分离用膜和膜分离技术、反渗透、超滤、电渗透、气体膜分离技术、液膜分离; 2. 了解吸附原理和吸附剂、建立吸附平衡、吸附速率方程，掌握吸附生产工艺; 3. 了解膜分离过程分析;了解工艺生产情况; 教学内容(注明:* 重点 # 难点 ,疑点): 7(吸附 7(1 概述 7(1(1 吸附过程 7(1(2 吸附剂 7(2 吸附平衡 7(2(1 气体吸附平衡 7(2(2 液相吸附平衡 7(3 吸附动力学和传递* 7(3(1 吸附机理 7(3(2 外扩散传质过程 7(3(3 颗粒内部传质过程 7(4 吸附分离过程 7(4(1 搅拌槽 7(4(2 固定床吸附器 7(4(3 变温吸附循环 7(4(4 变压吸附 7(4(5连续逆流吸附 9(膜分离 9(1膜分离概述 9(1(1 膜* 9(1(2膜组件 9(2 微滤、超滤、纳滤和反渗透* 9(2(1反渗透与纳滤 9(2(2超滤 9(2(3 微滤 9(3气体膜分离 9(3(1 气体分离膜 9(3(2 气体膜分离的机理 9(4 渗透蒸发 9(4(1 基本原理 7 9(4(2 渗透蒸发过程传递机理* 9(4(3 影响渗透蒸发过程的因素 9(5 电渗析 9(5(1 电渗析基本原理及传递过程 9(5(2 离子交换膜 9(5(3 电渗析过程中的浓差极化和极限电流密度 9(6 液膜分离 9(6(1 液膜组成、结构和分类 9(6(2 液膜分离的传质机理 9(6(3 液膜分离过程 教学方式、手段、媒介:以多媒体为主 黑板设计:左边幻灯，右边板书 讨论、思考题、作业: 教师姓名: 陈彦 职称:副教授 10年 3 月 1 日 8 课时安排:6学时 教学课型:理论课? 实验课? 习题课? 实践课? 其它? 题目(教学章、节或主题): 分离过程及设备的选择与放大 教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次): 教学目的要求:了解分离过程及设备的选择与放大的主要方法与影响因素 教学内容(注明:* 重点 # 难点 ,疑点): 10(1 气液传质设备的处理能力与效率 10(1(1 气液传质设备处理能力的影响因素 10(1(2 气液传质设备的效率及其影响因素 10(1(3 气液传质设备的效率 10(2萃取设备的处理能力、传质效率与放大 10(2(1 萃取设备的处理能力和塔径 10(2(2 影响萃取塔效率的因素 10(2(3 萃取塔效率 10(2(4 萃取设备的放大 10(3传质设备的选择 10(3(1 气液传质设备的选择 10(3(2 萃取设备的选择 10(4 分离过程的选择 10(4(1 可行性 10(4(2 分离过程的类型 10(4(3 生产规模 教学方式、手段、媒介:以多媒体为主 黑板设计:左边幻灯，右边板书 讨论、思考题、作业: 教师姓名: 陈彦 职称:副教授 10年 3 月 1 日 9 课时安排:10学时 教学课型:理论课 实验课? 习题课? 实践课? 其它? 题目(教学章、节或主题): 实验教学内容 教学目的要求(分掌握、熟悉、了解三个层次): 通过实验达到对化工分离过程加深理解的目的 教学内容(注明:* 重点 # 难点 ,疑点): 实验一:共沸精馏 设计型实验(6学时) 1、实验目的 1)(了解工业无水乙醇的制备方法; 2)(了解共沸精馏的基本原理和实验装置的使用方法; 3)(训练设计实验的能力。 2、实验方法 1)(原料 95%乙醇;自选夹带剂 2)(实验要求 (1)要求制备含量>99%的无水乙醇; (2)由于苯有毒，要求不要使用苯作为夹带剂; (3)设计实验方案; (4)设计分析方法。 3)(实验 (1)设计好实验方案(可以提前进入实验室熟悉实验装置)，提前数天交指导实验教师审查; (2)审查合格后方可在指定时间内进入实验室进行实验; (3)实验完成后，需要对共沸精馏法生产1000吨/年规模无水乙醇进行概念设计和技术经济评价。 3、实验仪器 计算机采集数据的多功能精馏实验装置 实验二:膜分离 (4学时) 错流超滤法浓缩酶 一、实验目的 1(掌握超滤法的原理及意义。 2(掌握超滤法精制、浓缩酶制剂的操作工艺及要领。 3(学会中空纤维膜的清洗、保养方法。 二、实验方法 本实验是采用中空纤维超滤装置，以外(或内)压式开路间歇操作方式，将α—淀粉酶酶液进行浓缩和纯化。实验所用膜的截留分子量为6000道尔顿，可将α—淀粉酶液(分子量为约5万道尔顿)作为截留液浓缩，同时透过液中除大部分成份为水外还有一些小分子杂质，从而达到对酶液的精制作用。 三、实验仪器 不锈钢中空纤维超滤膜分离实验装置 产品型号: SL-2 四、实验操作方法 1(系统连接 将超滤柱中的1%甲醛保存液倒空，用自来水冲洗干净。按照图4-1或4-2(据所选超滤柱的类型而定)将实验装置连接起来。先在贮槽中加入大量去离子水，进一步冲洗柱子及整个系统。然后，升压至0.04MPa，检查系统是否有泄漏，一切正常后，排空柱中及系统中的去离子水，备用。 10 2(超滤 在贮槽1中加入澄清的α—淀粉酶原液。原始酶液体积V0(ml)并取样测酶活U0( mol?ml-1?min-1)，先启动蠕动泵，不升压，待排除柱及系统中气泡后，再升压至0.04MPa。收集的截留液再循环回流至贮槽1中，而透过液则流入贮槽4，周而复始。待反复循环至贮槽1中的酶液体积减少至原来体积约1/4倍时，可停上超滤。分别记示贮槽1和贮槽4中液体的体积V1和V4(ml)，并分别取样测定其各自的酶活性U1 和U4( mol?ml-1?min-1)。 教学方式、手段、媒介:以实验为主 板书设计: 讨论、思考题、作业: 教师姓名: 陈彦 职称:副教授 10年 3 月 1 日 11