《化工传质与分离过程》教学大纲

★面向21世纪课程教材★化工传质与分离过程教学大纲天津大学化工学院化工系2003年4月《化工传质与分离过程》课程教学大纲56学时3.5学分一、课程性质、目的和任务本课程及其前续课程《化工流体流动与传热》，是为培养面向21世纪高等化工创新人才的需要而建立的新课程体系中的主干课程。本课程将传统的《化工原理》与《化工传递过程基础》有机地融为一体，并适当吸取《化工分离过程》的有关内容，依据传递过程的理论体系和单元操作的共性组合而成。本课程属于化工类及其相近专业的一门主干课，为学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。本课程担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，是化工类及其相近专业许多专业课程的重要基础课程，本课程教学水平的高低，对化工类及相近专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用。本课程属工科科学，用自然科学的原理（主要为动量、热量与质量传递理论）考察、解释和处理化学工程中的实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。本课程强调工程观点、定量运算和设计能力的训练；强调理论与实际相结合；强调提高分析问题、解决问题的能力和综合能力。学生通过本课程学习，应能够运用质量传递的基本理论及各传质单元操作过程的原理，解决过程计算及设备选择等问题，并为后续专业课程的学习奠定基础。二、教学基本要求本课程在第六学期(四年制)开设。教材内容分为课堂讲授、学生自学和学生选读三部分，其中课堂讲授部分由教师在教学计划学时内进行课堂教学，作为基本要求内容；学生自学部分由学生在教师的指导下，利用课外时间进行自学，作为一般要求内容；学生选读部分由学生根据自己的兴趣及能力，进行课外选读，不作要求。时；课程设计1.5周。本课程采用课后习题，每次课后留2～3个练习题，由学生独立完成，教师可根据情况布置综合练习题和安排习题讨论课。本课程每周安排课外答疑一次（3小时）。本课程的期末考试试卷分为客观题和综合题侧重对学生的综合、创新能力的考核，采用分析推导结合综合计算的开卷考试形式，占55%。三、教学内容本课程以质量传递的基本理论体系为主线，论述了传质过程基础、气体吸收、蒸馏、气液传质设备、液－液萃取、固体物料的干燥及其它传质与分离过程等。主要内容包括：1．传质过程基础。传质过程概论；传质微分方程；气体中的稳态扩散；对流传质的类型与机理；浓度边界层与对流传质系数；相际间的对流传质模型；对流传质问题的分析求解方法。2．气体吸收。吸收过程的平衡关系；吸收过程的速率关系；低组成气体吸收的计算（包括物料衡算与操作线方程、吸收剂用量的确定、塔径的计算、传质单元数法计算填料层高度等）；吸收系数的获取途径及吸收系数准数关联式中常用的准数。3．蒸馏。两组分理想溶液的汽液平衡；精馏原理与流程；两组分连续精馏的计算（包括理论板和恒摩尔流的概念、物料衡算和操作线方程、进料热状况的影响、理论板层数的计算、回流比的影响及其选择、塔高和塔径的计算等）。4．气液传质设备。板式塔的结构；板式塔的流体力学性能与操作特性；填料塔的结构与特点；填料塔的流体力学性能。5．液－液萃取。液－液萃取相平衡；单级萃取的计算。6．固体物料的干燥。湿空气的性质及湿度图；干燥过程的物料衡算与热量衡算；物料中所含水分的性质；干燥曲线、干燥速率与干燥速率曲线。7．其它传质与分离过程。膜分离的基本原理、膜材料和膜组件；结晶的基本原理、工业结晶方法与设备。四、学时分配注：★—课堂讲授内容☆—学生自学内容※—学生选读内容绪论（★）1学时第一章传质过程基础9学时第一节传质概论与传质微分方程（2学时）1.1.1传质过程概论（★）1.1.2传质微分方程（★）第二节分子传质（扩散）（2.5学时）1.2.1气体中的稳态扩散（★）1.2.2液体中的稳态扩散（★）1.2.3固体中的稳态扩散（☆）1.2.4扩散系数（★☆）第三节对流传质（4.5学时）1.3.1对流传质的类型与机理（★）1.3.2浓度边界层与对流传质系数（★）1.3.3相际间的对流传质模型（★）1.3.4对流传质问题的分析求解（★☆）1.3.5动量、热量与质量传递之间的类比（★）1.3.6对流传质系数经验公式（※）第二章气体吸收8学时第一节概述（0.5学时）2.1.1气体吸收过程（★）2.1.2气体吸收的分类（★）2.1.3气体吸收的工业应用（★）2.1.4吸收剂的选择（★）第二节气体吸收的平衡关系（1.5学时）2.2.1气体在液体中的溶解度（★）2.2.2亨利定律（★）2.2.3相平衡关系在吸收过程中的应用（★）第三节气体吸收速率方程式（1.5学时）2.3.1膜吸收速率方程式（★）2.3.2总吸收速率方程式（★）2.3.3吸收速率方程式及吸收系数小结（★）第四节低组成气体吸收的计算（3.5学时）2.4.1物料衡算与操作线方程（★）2.4.2吸收剂用量的确定（★）2.4.3塔径的计算（★）2.4.4填料层高度的计算（★）第五节吸收系数（0.5学时）2.5.1吸收系数的测定（★）2.5.2吸收系数的经验公式（☆）2.5.3吸收系数的准数关联式（★☆）第六节其它吸收与解吸（0.5学时）2.6.1高组成气体吸收（☆）2.6.2非等温吸收（※）2.6.3多组分吸收（※）2.6.4化学吸收（※）2.6.5解吸（★）第三章蒸馏12学时第一节两组分溶液的汽液平衡（2学时）3.1.1两组分理想溶液的汽液平衡（★）3.1.2两组分非理想溶液的汽液平衡（※）第二节平衡蒸馏与简单蒸馏（1学时）3.2.1平衡蒸馏（★）3.2.2简单蒸馏（★）第三节精馏原理和流程（1学时）3.3.1精馏原理（★）3.3.2精馏操作流程（★）第四节两组分连续精馏的计算（7学时）3.4.1理论板的概念及恒摩尔流假定（★）3.4.2物料衡算和操作线方程（★）3.4.3进料热状况的影响（★）3.4.4理论板层数的计算（★）3.4.5回流比的影响及其选择（★）3.4.6简捷法求理论板层数（★）3.4.7其它类型双组分精馏过程理论板层数的求法（★）3.4.8塔高和塔径的计算（★）3.4.9连续精馏装置的热量衡算（★）3.0精馏过程的操作型计算和调节（★）第五节间歇精馏（1学时）3.5.1回流比恒定时的间歇精馏（★）3.5.2馏出液组成恒定时的间歇精馏（★）第六节特殊精馏（0学时）3.6.1恒沸精馏（☆）3.6.2萃取精馏（☆）3.6.3盐效应精馏（☆）3.6.4几种特殊精馏方法的比较（☆）第七节多组分精馏（0学时）3.7.1流程方案的选择（※）3.7.2多组分物系的汽液平衡（※）3.7.3关键组分的概念及各组分在塔顶和塔底产品中的预分配（※）3.7.4简捷法确定理论板层数（※）第四章气液传质设备6学时第一节板式塔（3学时）4.1.1板式塔的结构（★）4.1.2塔板的类型及性能评价（★）4.1.3板式塔的流体力学性能与操作特性（★）4.1.4板式塔的设计（※）第二节填料塔（3学时）4.2.1填料塔的结构与特点（★）4.2.2填料的类型及性能评价（★）4.2.3填料塔的流体力学性能（★）4.2.4填料塔的内件（☆）4.2.5填料塔的设计（★☆）第五章液—液萃取6学时第一节概述（★）（0.5学时）第二节液—液萃取相平衡（1.5学时）5.2.1三角形坐标图及杠杆规则（★）5.2.2三角形相图（★）5.2.3萃取剂的选择（★）第三节液—液萃取过程的计算（3学时）5.3.1单级萃取的计算（★）5.3.2多级错流萃取的计算（★）5.3.3多级逆流萃取的计算（★☆）5.3.4微分接触逆流萃取的计算（★）5.3.5回流萃取（☆）第四节新型萃取技术（0.5学时）5.4.1超临界流体萃取（★）5.4.2化学萃取（※）第五节液—液萃取设备（0.5学时）5.5.1萃取设备的基本要求与分类（★）5.5.2萃取设备的主要类型（※）5.5.3萃取塔的流动和传质特性（★）5.5.4萃取设备的选择（※）第六章固体物料的干燥8学时第一节湿空气的性质及湿度图（2学时）6.1.1湿空气的性质（★）6.1.2湿空气的H-I图（★）第二节干燥过程的物料衡算与热量衡算（3学时）6.2.1湿物料含水量的表示方法（★）6.2.2干燥系统的物料衡算（★）6.2.3干燥系统的热量衡算（★）6.2.4空气通过干燥器时的状态变化（★）第三节固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系（2.5学时）6.3.1物料中的水分（★）6.3.2干燥时间的计算（★☆）第四节干燥器（0.5学时）6.4.1干燥器的主要型式（★☆）6.4.2干燥器的设计（※）第五节增湿与减湿（0学时）6.5.1空气与水之间的传热、传质关系（※）6.5.2调湿设备与水冷却塔（※）第七章其它传质与分离过程4学时第