最新化工原理下册天津大学柴诚敬31-32学时

《化工原理-下》课程教学大纲课程编号：CHET2017课程类别：学科基础课程授课对象：化学工程与工艺专业开课学期：春季学分：2学分主讲教师：朱秀林、程振平、张正彪等指定教材：夏清，陈长贵主编，《化工原理》（下册），天津科学技术出版社，2006年第七章蒸馏课时：6周，共12课时教学内容第一节两组分溶液的气液平衡一、相律和相组成教学要点：相律，质量分数与摩尔分数的换算二、两组分理想物系的气液平衡教学要点：用饱和蒸气压表示气液平衡关系，相对挥发度，t-x-y图，x-y图三、两组分非理想物系的气液平衡教学要点：恒沸组成，t-x-y图，x-y图第二节平衡蒸馏和简单蒸馏一、平衡蒸馏教学要点：平衡蒸馏的流程及计算二、简单蒸馏第三节精馏原理和流程一、精馏原理及操作流程教学要点：部分汽化与冷凝，精馏段，提馏段第四节两组分连续精馏的计算一、理论板的概念及恒摩尔流的假定教学要点：理论板，恒摩尔液流，恒摩尔气流二、物料衡算和操作线方程教学要点：全塔物料衡算，精馏段的操作线方程，提馏段的操作线方程三、进料热状况的影响教学要点：加料板，进料热状况参数四、理论板的求法教学要点：逐板计算法，图解法，进料方程五、几种特殊情况时理论板层数的求法教学要点：直接蒸气加热，多侧线塔六、回流比的影响及其选择教学要点：全回流，最少理论板层数，芬斯克方程，最小回流比，适宜回流比的选择七、简捷法求理论板层数，塔高和塔径的计算教学要点：吉利兰图及应用，塔高的计算，塔径的计算八、连续精馏装置的焓衡算及精馏塔的操作和调节教学要点：冷凝负荷，再沸器的热负荷，精馏过程的节能，影响精馏操作的主要因素，精馏塔的控制和调节第五节间歇精馏一、回流比恒定时间歇精馏的计算教学要点：确定理论板层数，瞬间x D和x W的关系，釜液量的计算二、溜出液组成恒定的间歇精馏的计算教学要点：理论板层数的确定，x W和R的关系，气化量的计算第六节恒沸精馏和萃取精馏一、恒沸精馏教学要点：原理及特点二、萃取精馏教学要点：原理及特点第七节多组分精馏一、流程方案的选择教学要点：精馏塔的数目，流程方案的选择二、多组分物系的气液平衡教学要点：理想系统的气液平衡，非理想系统的气液平衡，相平衡常数的应用 三、关键组分的概念及各组分在塔顶和塔底产品中的分配教学要点：关键组分的概念，清晰分割四、最小回流比，简捷法确定理论板层数教学要点：轻重关键组分，吉利兰图思考题：1、压强对气液平衡有何影响？一般如何确定精馏塔的操作压强？2、进料量对塔板层数有无影响？为什么？3、对不正常形状的气液平衡曲线，是否必须通过曲线的切点来确定最小回流比R min，为什么？4、通常，精馏操作回流比R = (1~2) R min，试分析根据哪些因素确定倍数的大小。

化工原理（天津大学第二版）下册部分答案第8章2. 在温度为25 ℃及总压为101.3 kPa 的条件下，使含二氧化碳为3.0%（体积分数）的混合空气与含二氧化碳为350 g/m 3的水溶液接触。

试判断二氧化碳的传递方向，并计算以二氧化碳的分压表示的总传质推动力。

已知操作条件下，亨利系数51066.1⨯=E kPa ，水溶液的密度为997.8 kg/m 3。

解：水溶液中CO 2的浓度为33350/1000kmol/m 0.008kmol/m 44c == 对于稀水溶液，总浓度为 3t 997.8kmol/m 55.4318c ==kmol/m 3 水溶液中CO 2的摩尔分数为4t 0.008 1.4431055.43c x c -===⨯ 由 54* 1.6610 1.44310kPa 23.954p Ex -==⨯⨯⨯=kPa气相中CO 2的分压为t 101.30.03kPa 3.039p p y ==⨯=kPa < *p故CO 2必由液相传递到气相，进行解吸。

以CO 2的分压表示的总传质推动力为*(23.954 3.039)kPa 20.915p p p ∆=-=-=kPa3. 在总压为110.5 kPa 的条件下，采用填料塔用清水逆流吸收混于空气中的氨气。

测得在塔的某一截面上，氨的气、液相组成分别为0.032y =、31.06koml/m c =。

气膜吸收系数k G =5.2×10-6 kmol/(m 2·s ·kPa)，液膜吸收系数k L =1.55×10-4 m/s 。

假设操作条件下平衡关系服从亨利定律，溶解度系数H ＝0.725 kmol/(m 3·kPa)。

（1）试计算以p ∆、c ∆表示的总推动力和相应的总吸收系数；（2）试分析该过程的控制因素。

解：(1) 以气相分压差表示的总推动力为t 1.06*(110.50.032)kPa 2.0740.725c p p p p y H ∆=-=-=⨯-=kPa 其对应的总吸收系数为246G L G 11111()(m s kPa)/kmol 0.725 1.5510 5.210K Hk k --=+=+⋅⋅⨯⨯⨯ 35252(8.89910 1.92310)(m s Pa)/kmol 2.01210(m s Pa)/kmol =⨯+⨯⋅⋅=⨯⋅⋅6G 1097.4-⨯=K kmol/(m 2·s ·kPa)以液相组成差表示的总推动力为33*(110.50.0320.725 1.06)kmol/m 1.504kmol/m c c c pH c ∆=-=-=⨯⨯-=其对应的总吸收系数为m/s 10855.6m/s 102.5725.01055.11111664G L L ---⨯=⨯+⨯=+=k H k K（2）吸收过程的控制因素气膜阻力占总阻力的百分数为%58.95%100102.51097.4/1/166G G G G =⨯⨯⨯==--k K K k 气膜阻力占总阻力的绝大部分，故该吸收过程为气膜控制。

化工原理(天津大学下册课后习题参考答案第五章蒸馏1. 已知含苯 0.5(摩尔分率的苯 -甲苯混合液,若外压为 99kPa ,试求该溶液的饱和温度。

苯和甲苯的饱和蒸汽压数据见例 1-1附表。

t(℃ 80.1 85 90 95 100 105x 0.962 0.748 0.552 0.386 0.236 0.11解:利用拉乌尔定律计算气液平衡数据查例 1-1附表可的得到不同温度下纯组分苯和甲苯的饱和蒸汽压 P B *, P A *,由于总压 P = 99kPa,则由 x = (P-PB */(PA *-P B * 可得出液相组成,这样就可以得到一组绘平衡 t-x 图数据。

以 t = 80.1℃为例 x =(99-40 /(101.33-40 = 0.962同理得到其他温度下液相组成如下表根据表中数据绘出饱和液体线即泡点线由图可得出当 x = 0.5时,相应的温度为 92℃2. 正戊烷(C 5H 12和正己烷(C 6H 14的饱和蒸汽压数据列于本题附表,试求 P = 13.3kPa下该溶液的平衡数据。

温度 C5H 12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H 14 248.2 259.1 276.9 279.0 289.0 304.8 322.8 341.9 饱和蒸汽压 (kPa 1.3 2.6 5.3 8.0 13.3 26.6 53.2 101.3 解:根据附表数据得出相同温度下 C 5H 12(A 和 C 6H 14(B 的饱和蒸汽压以 t = 248.2℃时为例,当 t = 248.2℃时 PB * = 1.3kPa查得 P A *= 6.843kPa得到其他温度下 A ¸B 的饱和蒸汽压如下表t(℃ 248 251 259.1 260.6 275.1 276.9 279 289 291.7 304.8 309.3P A *(kPa 6.843 8.00012.472 13.30026.600 29.484 33.42548.873 53.20089.000101.300 P B *(kPa 1.300 1.634 2.600 2.826 5.027 5.300 8.000 13.300 15.694 26.600 33.250 利用拉乌尔定律计算平衡数据平衡液相组成以 260.6℃时为例当 t= 260.6℃时 x = (P-PB */(PA *-P B *=(13.3-2.826 /(13.3-2.826 = 1平衡气相组成以 260.6℃为例当 t= 260.6℃时 y = PA *x/P = 13.3×1/13.3 = 1同理得出其他温度下平衡气液相组成列表如下t(℃ 260.6 275.1 276.9 279 289x 1 0.3835 0.3308 0.0285 0y 1 0.767 0.733 0.524 0根据平衡数据绘出 t-x-y 曲线3. 利用习题 2的数据,计算:⑴相对挥发度; ⑵在平均相对挥发度下的 x-y 数据, 并与习题 2 的结果相比较。

化工原理课程设计 柴诚敬一、课程目标知识目标：1. 理解并掌握化工原理的基本概念，如流体力学、热力学、传质与传热等；2. 学会运用化学工程的基本原理分析典型化工过程中的现象与问题；3. 掌握化工流程设计的基本方法和步骤，能结合实际案例进行流程分析与优化。

技能目标：1. 能够运用数学工具解决化工过程中的计算问题，如物料平衡、能量平衡等；2. 培养学生运用实验、图表、模拟等方法对化工过程进行研究和评价的能力；3. 培养学生团队协作、沟通表达及解决实际问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理学科的兴趣和热爱，激发学习积极性；2. 增强学生的环保意识，使其认识到化工过程对环境的影响及责任感；3. 培养学生严谨、求实的科学态度，提高其创新意识和实践能力。

本课程针对高年级学生，结合化工原理课程性质，注重理论与实践相结合，旨在培养学生运用基本原理解决实际问题的能力。

教学要求以学生为中心，注重启发式教学，激发学生的主动性和创造性。

课程目标分解为具体学习成果，以便于后续教学设计和评估。

通过本课程的学习，使学生能够全面掌握化工原理知识，为未来从事化工领域工作打下坚实基础。

二、教学内容本章节教学内容主要包括：1. 化工流体力学基础：流体静力学、流体动力学、流体阻力与流动形态等；参考教材第二章：流体力学基础。

2. 热力学原理及应用：热力学第一定律、第二定律，以及理想气体、实际气体的热力学性质；参考教材第三章：热力学原理及其在化工中的应用。

3. 传质与传热过程：质量传递、热量传递的基本原理，以及相应的传递速率计算；参考教材第四章：传质与传热。

4. 化工过程模拟与优化：介绍化工过程模拟的基本方法，如流程模拟、动态模拟等，以及优化策略；参考教材第五章：化工过程模拟与优化。

5. 典型化工单元操作：分析各类单元操作的基本原理及设备选型，如反应器、塔器、换热器等；参考教材第六章：典型化工单元操作。

教学大纲安排如下：第一周：化工流体力学基础；第二周：热力学原理及应用；第三周：传质与传热过程；第四周：化工过程模拟与优化；第五周：典型化工单元操作。

第一章流体流动1.4流体流动的基本方程—、概述流体动力学流体动力学主要研究流体流动过程中流速、压力等物理量的变化规律，研究所采用的基本方法是通过守恒原理（包括及）进行质量、能量及动量衡算，获得物理量之间的内在联系和变化规律。

作衡算时，需要预先指定衡算的空间范围，称之为 ,而包围此控制体的封闭边界称为控制面。

第一章流体流动1.4流体流动的基本方程1・4.1总质量衡算-连续性方程131-11管路系统的总质量衡算如图1・11所示，选择一段管路或容器作为所研究的控制体，该控制体的控制面为管或容器的内壁面、截面1・1与2・2组成的封闭表面。

管路系统的总质量衡算根据质量守恒原理可得_ dM £2,2 q加,1 +」门au=0(1-28)对于定态流动，dM/d0 = O则％,1 = %,2PyLlyAy —(1-29)推广到管路上任意截面q m-QM/i = P2U2^2~........ - puA二常数(1-30) 枉定态流动系统中,流体流经各截面时的质量流量恒定。

对于不可压缩流体，p=常数，则为q v s = u x A x—U2^2= .... —必=常数” -31)冇页压缩性流体流经各截面时的体积流量也不变.流速u与管截面积成反比，截面积越小，流速越大；反之, 截面积越大，流速越小。

此规律与管路的布畫形式及管路上是否有管件、阀则可变形为:(1-31 a)不可压缩流体征圆形管道申,任意截面的对于圆形管道u {%2g 加———... —puA.—吊不可压缩流体Qv.s—LI | iA | ― Lt 2 ^~2 ~—nA二常数—二（牛）2管内定态流动的连续性方程%2 ]注意：以上各式的适用条件例10、例11 （P26）例如附图所示，管路由一段^39 X4mm的管1、一段4 108 X 4mm的管2和两段© 57 XS.&nm 的分支管3a^3b连接而成。

若水以9X10 3JTL/S的体积流量流动，且在两段分支管內的流量相等，试求水在各段管內的速度。