传质分离过程

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1、本课程是高等学校化学工程及工艺专业（本科）的一门专业基础课，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。本课程主要讲授化工生产实际中复杂物系的分级、分离、浓缩、提纯等技术。通过该课程的学习， 使学生掌握各种常用分离过程的基本理论，操作特点，简捷和严格计算方法以及强化改进操作的途径，并 对一些新型分离技术有一定的了解，能够根据具体的分离任务和分离要求，选择适宜的分离方法，设计合 理的分离序贯。围绕本课程的实验教学、仿真实习、工程案例教学环节使分离理论与实践有机结合，显著增强了课 程的工程实践特色，符合工科创新性人才的培养目标。（1）课程的重点、难点化工分离过程

2、属于理论性较强的课程，综合运用化工原理、物理化学、化工热力学、传递过程等课 程的理论知识，针对化工生产中经常遇到的多组分非理想性物系，从分离过程的共性出发，讨论各种分离 方法的特征。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。在以基础知识 基本理论为重点的基础上，强调将工程与工艺相结合的观点，以及设计和分析能力的训练；强调理论联系 实际，以提高解决实际问题的能力。另外，在讲授传统分离技术的同时，还不断引进新型分离技术的有关 内容，并逐渐加强其重要性，以拓宽学生在分离工程领域的知识面，从而适应多种专业化方向的要求。难点在于本课程中应用到很多化工热力学和传递过程理论，内容较

3、为深奥和抽象。（2）解决办法1）采用多媒体课件与传统教学方式相结合的方法授课2）注重启发式教学，课堂上与学生互动，开展讨论式教学，培养学生的思维能力。3）安排专门的实验教学和工程案例教学，加深学生对课程内容的理解和体会。4）开发CAI教学课件，将课程中的重点、难点形象化，动画，兴趣化，帮助和有利于学生学习、掌 握课程重、难点内容。5）让学生走进教授实验室，进行科技创新实践，学以致用。教学大纲课程名称：化工分离过程英文名称：Chemical Separation Processes学分：3学时：48教学对象：化学工程与工艺专业四年级本科生预修课程：物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程。授课教

4、材：刘家祺主编传质分离过程，高等教育出版社，2005年参考教材：1. 分离过程，刘家祺主编，化学工业出版社，2002年2. 化工分离过程，陈洪钫、刘家祺编，化学工业出版社，1995年3. 化工分离工程，邓修，吴俊生主编，科学出版社，2000年4. Separation Process Principles, J D Seader, E J Henley, John Wiley and Sons, In年，1998考核方法：考试教学目的：利用已学的物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程等课程中有关系相平衡热力学、动力 学、分子及共聚状态的微观机理，传热、传质和动量传递理论来研究化工生产实际中复

5、杂物系的分离和提 纯技术。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，进行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。总体要求：通过本课程学习，使学生掌握各种常用传质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。对于给定的混合物体系和产物分离要求，能够选择和 设计适宜的分离过程。教学内容：1绪论（4学时）1. 1传质分离过程的分类1. 2分离过程的研究和技术开发基本要求：了解分离过程在工业生产，特别是化工生产中的地位与作用；分离过程的分

6、类；常用的化工分 离操作过程；分离过程研究和技术开发的现状和发展趋势。重点：平衡分离过程和速率分离过程。难点：工业上常用的基于平衡分离过程的分离操作及其基本原理；分离介质的设计与选择；典型应用实例。2. 传质分离过程的热力学基础（8学时）2.1相平衡基础2.2多组分物系的泡点和露点计算2.3闪蒸过程的计算2.4液液平衡过程的计算2.5多相平衡过程2.6共沸系统和剩余曲线基本要求：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 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，

7、了解绝热闪蒸过程的计算。重点：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：多组分非理想体系平衡常数的计算，泡点温度和露点温度的计算，绝热闪蒸过程的计算。3. 气液传质分离过程（12学时）3.1设计变量3.2多组分精馏3.3特殊精馏3.4间歇精憾3.5吸收和解吸基本要求：掌握多组分或复杂物系设计变量的确定方法，多组分精憾、特殊精憾、共沸精憾、萃取精憾、 间歇精憾、吸收和解吸过程的基本原理、流程、简捷计算方法以及塔内的流率、浓度和温度分布规律。熟 练掌握多组分多级分离过程的简捷计算方法。重点：常

8、用化工生产操作单元、装置和流程的设计变量的确定。多组分精憾过程分析和简捷计算方法。特 殊精憾和间歇精憾过程、流程及其简捷计算方法。多组分吸收和蒸出过程分析、简捷计算方法。难点：化工流程设计变量的确定。多组分精憾过程中非关键组分的分配。复杂精憾过程的简捷计算。共沸 精憾流程。多组分吸收、蒸出过程计算的平均吸收因子法和有效因子法。4液液传质分离过程（自学）4.1液液萃取4.2超临界流体萃取4.3反胶团萃取4.4双水相萃取基本要求：了解传统液液萃取过程及其简捷计算。了解超临界流体萃取、反胶团萃取和双水相萃取等新型 萃取技术的基本原理。重点：液液萃取的计算；超临界流体萃取、反胶团萃取和双水相萃取的基本

9、原理。难 点：多组分非理想体系液液萃取的计算。5传质分离过程的严格模拟计算（8学时）5.1平衡级的理论模型5.2三对角矩阵法5.3同时校正法5.4多组分分离非平衡级模型基本要求：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，精憾过程计算的泡点 法和流率加和法。了解精憾计算的同时校正法和非平衡级模型。重点：三对角矩阵方程托玛斯解法计算精憾过程的泡点温度。难点：多组分分离非平衡级模型6气固、液固传质分离过程（4学时）6.1吸附6.2结晶6.3膜分离基本要求：了解吸附、结晶过程的热力学和动力学基础，吸附、结晶设备及流程。了解膜分离的基本原理、 过程分类、膜和膜组件的类型以及膜分离技

10、术的应用。重点：吸附和结晶过程的热力学和动力学基础、工艺流程，反渗透、纳滤、超滤、微滤、渗透汽化、电渗 析等膜分离过程原理。难点：结晶过程动力学，吸附平衡关系，膜过程传质机理。7分离过程的节能优化与集成（12学时）7.1分离过程的最小功和热力学效率7.2精憾的节能技术7.3分离流程的优化7.4分离流程的集成基本要求：掌握分离过程的最小功、热力学效率和净功消耗的计算方法。了解非等温分离和有效能的概念。 了解精馏过程的节能技术，分离顺序的选择和分离流程的集成。重点：实际分离过程的有效能损失；有效能衡算方程。分离过程的最小功。精馏过程的节能。热力学效率。 分离顺序的选择。难点：分离过程的有效能分析和

11、节能途径设计。第 3 章 气液传质分离过程学习要点：1.设计变量数的确定（单元、设备、流程）；2.多组分精馏过程分析及简捷计算；3.特殊精馏（萃取精馏、共沸精馏、加盐精馏）过程分析;4. 吸收过程的特点及多组分吸收和过程的简捷计算方法。 3.1 设计变量3.2 多组分精馏 3.3 特殊精馏 3.4 间歇精馏3.5 吸收和解吸第4章 液液传质分离是利用溶质在两液相中不同的分配特性，通过相间传质达到分离的目的。 4.1 液液萃取 4.2 超临界流体萃取 4.3 反胶团萃取 4.4 双水相萃取第 5章 传质分离过程的严格模拟计算 目的：确定各级上的温度、压力、流率、气液相组成和传热速率等工艺设计所必

12、需的参数， 考 察和改进设备的操作、优化控制。 核心：建立描述分离过程的动量、质量和热量传递模型方程并进行求解。 求解方法：方程解离法、同时校正法。 适用范围：精馏、吸收、解吸、萃取等多种分离过程。 5.1 平衡级的理论模型 5.2 三对角矩阵法 5.3 同时校正法 5.4 多组分分离非平衡级模型第 6 章 气固、液固传质分离过程 主要包括吸附、结晶和膜分离等。一般都在低温和常温下进行，能耗较低，且在杂质含量较多或 目的组分含量较少的体系中显示出显著的技术优势。 吸附、结晶属于平衡分离过程，膜分离属速率分离过程。 6.1 吸附分离过程 6.2 结晶 6.3 膜分离第 7章 分离过程的节能优化与

13、集成过程优化的主要目标：使过程的物耗、能耗最小。分离过程的集成目的：实现过程优化。 分离过程的能耗是过程优化和集成的基础，分离过程的集成是节能的具体体现7.1 分离过程的最小功和热力学效率 7.2精馏的节能技术 7.3分离流程的优化 7.4分离流程的集成第 1章 绪 论引言“分离”对于不同工业领域涉及到不同的过程和功能。在化学工业、石油炼制和材料加工工业等化工类 型工业领域，分离过程可以定义为藉助于物理、化学或电学推动力实现从混合物中选择性地分离某些成分 的过程。分离过程在化工类型工业领域中可谓无所不在。N1H-4上:m|兰朝；汕十一；污隈柯畑s卜肝水lr品贏樺作_城应址用冲一0為图 1-1

14、生产过程中的分离操作分离过程可分为机械分离和传质分离两大类:机械分离过程的分离对象是由两相以上所组成的混合物，其目的只是简单地将各相加以分离，例如 过滤、沉降、离心分离、旋风分离和静电除尘等。传质分离过程用于各种均相混合物的分离，其特点是有质量传递现象发生。本课程要讨论的是传质分离过程。1.1 传质分离过程的分类按所依据的物理化学原理不同，工业上常用的传质分离过程可分为平衡分离过程和速率分离过程。一、平衡分离过程 定义：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相平衡的两相中不等同的分配为依据而实现分离。分离媒介：能量媒介（ESA）或物质媒介（

15、MSA），有时两种同时应用。ESA是指传入或传出系统的热，还有输入或输出的功。 MSA 可以只与混合物中的一个或几个组分部分互溶，常是某一相中浓度最高的组分。举例：闪蒸和部分冷凝、普通精馏、萃取精馏、共沸精馏、吸收、解吸（含带回流的解吸和再沸解吸）、 结晶、凝聚、浸取、吸附、离子交换、泡沫分离、区域熔炼等。二、速率分离过程 定义：在某种推动力（浓度差、压力差、温度差、电位差等）的作用下，有时在选择性透过膜的配合下利用各组分扩散速度的差异实现组分的分离。 举例：微滤、超滤、纳滤、反渗透、渗析、电渗析、渗透汽化、蒸汽渗透、渗透蒸馏等。1.2 分离过程的研究和技术开发一、开发低成本氧、氮和稀有气体的

16、分离方法（1） 工业气体的生产使用更有效和更低成本的空气分离方法，开发能提供廉价高纯氧的分离技术。新方法：采用反应金属络合吸附剂生产氧气；利用高选择性和高通量的膜进行空分； 使用专用吸附剂回收稀有气体（如氪或氙）。(2) 高纯度气体的生产主要研究成果：钙钛型氧化物致密膜用于高纯氧的生产；将纳米结构致密金属膜和金属氧化物膜应用于分离高纯度氢气、氧气和氮气等; 使用高选择性的聚合物 - 沸石混合膜制造高纯气。二、开发酸性气体的脱除方法 酸性气体主要指 CO2 、 H2S 、 SO2 开发新型膜材料三、有机物 / 有机物分离的膜过程 例如：从汽油中分离苯，从柴油中分离芳烃，异构体分离(如二甲苯混合物，正构烯烃和烷烃混合物)。 渗透汽化工艺四、精馏技术的改进降低精馏过程的能耗，共沸物系或近沸点物系的分离。 热串级 蒸汽压缩 化学合成与精馏的耦合 膜分离和精馏的集成五、稀溶液的分离 回收有价值的物质，或从可循环物料或排放的废液中脱除污染物。六、手性化合物的分离高效液相色谱、手性分子印记的树脂、结晶以及选择性手性膜渗透。七、废高聚物的分离回收