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@@@@大学《化工分离工程》教案~ 学年第学期课程学时65学院化学工程课程名称化工分离工程专业化工工艺主讲教师课时安排：5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）：了解分离工程在工业生产中的重要性，分离过程的分类以及常用的化工分离操作过程。
了解工业上常用的分离单元操作的基本原理，了解一些典型应用实例。
理解分离操作理论的形成和特性，分离过程的开发方法和发展趋势。
掌握分离因子的定义和应用，了解传质分离过程的分类和特征。
识记分离剂的类型及分离过程的选择方法。
教学目的要求：识记：分离剂的类型，分离因子概念，分离过程的选择方法。
领会：分离过程的特征与分类。
应用：分离过程的研究内容与研究方法。
本章重点：掌握分离过程的特征与分类，分离因子与固有分离因子的区别，平衡分离和速率分离的原理。
本章难点：用分离因子判断分离过程的难易程度，分离因子与级效率之间的关系。
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：课时安排：15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）：第二章多组分分离基础教学目的要求（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。
本章主要讨论：设计变量；相平衡关系；泡点和露点的计算；闪蒸过程计算。
本章重点：多组分物系的相平衡条件；平衡常数；分离因子；泡点方程和露点方程法；等温闪蒸过程和部分冷凝过程；闪蒸方程。
第四章产物的分离和提纯产物是指从反应器中出来的物料。
大多数反应产物都是混合物，它包括未反应掉的原料和反应生成物。
气相反应器和气固相反应器的产物主要是气体产物和夹带的催化剂粉尘；液相反应器的产物主要是液体产物与液固混合物；气液相和气液固三相反应器的产物则有气体产物、液体产物和液固混合物。
产物的分离和提纯是化工生产中的重要环节，它不仅可以由产物中分离出所需要的产品，并进一步提纯至一定产品的规格，还可以使未反应的物料得以循环利用。
因此，产物的分离和提纯操作对保证产品质量和生产过程的经济效益起着重要作用。
一、分离方法概述第一节产物分离的原则在化工生产中，产物的分离方法可分成机械分离和传质分离两大类。
一般来讲，非均相混合物的分离主要采用机械分离法；均相混合物的分离采用传质分离法。
1．机械分离机械分离法用于分离非均相混合物。
非均相混合物分为气态非均一系和液相非均一系两大类。
在工业生产中，用于分离气态非均一系混合物的分离方法有重力沉降、惯性除尘、旋风分离、静电分离、湿法洗涤和纤维过滤等。
用于液相非均一系的分离方法，按照其原理，大致可分为两类。
第一类方法取决于分散相和连续相之间的密度差，属于这一类的有浮选法、重力沉降法和离心沉降法。
第二类分离方法对两相密度差没有要求，而以具有过滤介质为前提，利用过滤介质对分散相物制裁的截留作用而实现分离操作。
属于这类的方法有滤饼过滤、深层过滤、筛滤、滤芯式过滤等。
2．传质分离传质分离方法主要用于各种均相混合物的分离，其特点是在分离过程中有质量传递现象。
工业上常用的传质分离过程又分为两大类，即在相间进行质量传递的平衡分离过程和在相内进行质量传递的分离过程。
(1)平衡分离过程。
多数传质分离操作是通过相平衡时原料中各组分在两相中的不同分配来实现的，这类分离操作通称为平衡分离过程，例如蒸馏、吸收和萃取操作。
为了实现平衡分离过程，将混合物分离成均匀的单一相溶液(气体、液体或固体)，需要在混合物中添加分离剂来产生或移出一相。
化工基础实验(教案)第一章：化工实验基本原理与安全1.1 实验原理介绍化工实验的基本原理，如化学反应、物质分离与提纯等。
解释实验原理在化工生产中的应用。
1.2 实验安全强调实验安全的重要性，介绍实验中可能遇到的安全隐患。
讲解实验操作中的安全规则和应急处理方法。
第二章：实验基本操作与技巧2.1 实验操作规范学习实验操作的基本步骤，如仪器的使用、药品的取用等。
强调实验操作的准确性和规范性。
2.2 实验技巧与方法学习实验中的常用技巧，如滴定、色谱分析等。
介绍实验方法的选取和优化。
第三章：实验数据分析与处理3.1 实验数据采集讲解实验数据采集的方法和注意事项。
强调数据准确性和可靠性的重要性。
3.2 实验数据分析与处理学习实验数据的处理方法，如误差分析、数据拟合等。
第四章：常用化工实验设备与操作4.1 反应釜操作学习反应釜的使用方法，如启动、停止、温度控制等。
强调反应釜操作的安全性和稳定性。
4.2 离心机操作学习离心机的使用方法，如调整转速、平衡调整等。
强调离心机操作的正确性和安全性。
第五章：典型化工实验操作与分析5.1 溶液配制与分析学习溶液的配制方法，如准确称量、溶解等。
强调溶液配制的准确性和精确性。
5.2 物质分离与提纯实验学习物质分离与提纯的方法，如过滤、蒸馏等。
强调实验操作的准确性和安全性。
第六章：物理性质测定实验6.1 密度测定实验学习使用密度计和比重瓶等仪器进行密度测定。
介绍密度测定在化工过程中的应用。
6.2 熔点测定实验学习使用熔点测定仪进行熔点测定。
强调实验操作的准确性和可重复性。
第七章：化学反应速率和化学平衡实验7.1 反应速率测定实验学习使用不同的方法测定化学反应速率。
介绍反应速率在化工设计和操作中的应用。
7.2 化学平衡实验学习使用平衡釜进行化学平衡实验。
强调实验操作对平衡位置的影响。
第八章：分光光度计和原子吸收光谱仪实验8.1 分光光度计实验学习使用分光光度计进行溶液浓度的测定。
第四章气体吸收主要教学目标：通过本章的学习，使学生掌握吸收、解吸过程的基本原理、流程及其简捷计算。
教学方法及教学手段：采用板书和教学课件及多媒体课件相结合，课堂上师生互动，采用启发式和提问式的教学方式，并且课堂上学习的表现记入学生的平时成绩。
教学重点及难点：吸收过程的流程特点；吸收过程设计变量和关键组分；吸收因子、平均吸收因子、吸收率的含义；多组分吸收的简捷计算法。
第一节多组分吸收和解吸过程分析吸收是化工生产中分离气体混合物的重要方法之一，在化工生产中，无论是原料的精制或产品的分离，常常需要从气体混合物中分出一种或若干种组分，因而吸收的应用十分广泛。
吸收在化工原理中曾接触这个概念，现在不是旧曲重弹，而是赋予新的内容，在原来的基础上更进一步的研究，由原来的单组分吸收，扩展到现在的多组分吸收。
1、吸收和解吸吸收是利用液体处理气体混合物，根据气体混合物中各组分在液体中溶解度的不同，而达到分离目的传质过程。
吸收是一个分离过程，且分离的是气体混合物，分离的介质是某一种液体溶剂称之为吸收剂，被吸收的气体混合物称为溶质。
当吸收过程用于中间产物分离时，离开吸收塔的吸收液需进行解吸操作，其作用是将溶质从吸收液中驱赶出来，并使吸收剂获得再生，所以解吸是吸收的逆过程。
2、工业生产中的吸收过程①净化或精制气体为除去原料气中所含的杂质，吸收是最常用的方法。
如用乙醇胺液脱出石油裂解气或天然气中的硫化氢，乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中原料气的脱硫、脱卤化物，合成甲烷工业中的脱硫、脱，二氯乙烷生产过程中用水去除氯化氢等。
CO2②分离气体混合物以上的组分与甲烷、氢用以得到目的产物或回收其中一些组分，如石油裂解气的油吸收，将C2分开；用N－甲基吡咯烷酮作溶剂，将天然气部分氧化所得裂解气中的乙炔分离出来；焦炉气的油吸收以回收苯以及乙烯直接氧化制环氧乙烷生产中用吸收法分离反应气体中的环氧乙烷等。
③将最终气态产品制成溶液或中间产品将气体中需用的组分以指定的溶剂吸收出来，成为液态的产品或半成品，如用水吸收氯化氢气体制成盐酸；在甲醇蒸汽氧化后用水吸收甲醛蒸汽制甲醛溶液；用水吸收丙烯腈作为中间产物等。
④废气治理很多工业废气中含2SO 、x NO （主要是NO 及2NO ），汞蒸汽等有害成分，虽然浓度一般很低，但对人体和环境的危害甚大，而必须进行治理，这类环境保护问题在我国已愈来愈受重视。
选择适当的工艺和溶剂进行吸收，是废气处理中应用较广的方法。
3、吸收过程的分类由于处理的气体混合物的性质不同，所采用的设备不同，吸收可分为许多类，根据讨论问题的方法和着眼点不同，吸收过程可以有许多分类方法：①按组分的相对溶解度的大小⑴单组分吸收气体吸收过程中只有一个组分在吸收剂中具有显著的溶解度，其它组分的溶解度均小到可以忽略不计，如制氢工业中，将空气进行深冷分离前，用碱液脱出其中的二氧化碳以净化空气，这时仅2CO 在碱液中具有显著的溶解度，而空气中的氮、氧、氩等气体的溶解度均可忽略。
⑵多组分吸收气体混合物中具有显著溶解度的组分不止一个，如用油吸收法分离石油裂解气，除氩以外，其它组分都程度不同的从气相溶到吸收剂中。
②吸收过程有无化学反应⑴物理吸收所溶组分与吸收剂不起化学反应，如VCM 生产中的水洗塔。
⑵化学吸收所溶组分与吸收剂起化学反应，如VCM 生产中的碱洗塔。
③吸收过程温度变化是否显著⑴等温吸收气体吸收相当于由气态变液态，所以会产生近于冷凝热的溶解热，在吸收过程中，有溶解热+反应热，其量往往较大，故温度总有上升，所以没有绝对的等温，只有当溶剂用量相对大，温升不明显。
⑵非等温吸收吸收过程温度变化明显。
④按吸收量的多少⑴贫气吸收吸收量不大，对吸收塔内的吸收剂和气体量影响不大。
⑵富气吸收吸收量大的情况。
⑤按汽液两相接触方式和采用的设备形式⑴喷淋吸收填料塔或空塔：气、液两相都连续。
淋降板塔：气相连续，液相分散。
⑵鼓泡吸收鼓泡塔或泡罩塔：使气相分离在液相中，即液相保持为连续相，气相分离为小气泡通过液层。
⑶降膜吸收降膜式吸收器，使气、液两相均连续，用于吸收热效应大的情况，吸收剂顺着管壁形成一层液膜，由于重力作用而往下流动，原料气以一定的流率逆流向上，两相在管壁中进行传质过程，产生的吸收热通过管壁传给冷凝剂，不断被冷凝剂带走。
每一具体的吸收过程以采用哪一种分类方法为宜，完全视何种分类方法能较准确的反映出该具体过程的特点来衡量，如采用油吸收法分离石油气，在进行吸收计算时，应突出说明它是多组分吸收，在计算进行过程中，应考虑到它是一个非等温吸收，在比较采用何种设备时，应考虑到使用鼓泡吸收还是喷淋吸收或其它等。
4、吸收过程的特点①原理不同。
吸收是根据各组分溶解度不同进行分离的。
精馏利用组分间相对挥发度不同使组分分离。
②塔式不同。
精馏有简单塔和复杂塔。
最简单的吸收为精馏中的复杂精馏，即两股进料，两股出料。
被分离的气体混合物均是从吸收塔的下部进入，在塔内自下而上的运动过程中与从塔顶喷淋下来的液体吸收剂中去，溶解度较低的气体（亦称为惰性气体）不被吸收而从吸收塔顶部排出，吸收剂从塔顶喷入后，在与气体混合物的接触过程中不断吸收易溶解的组分，最后吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出。
③传质形式不同。
吸收是单向传质，精馏是双向传质。
在精馏操作中，汽液两相接触，汽相中的较重组分向液相中传质（冷凝），液相中的较轻组分向汽相中传质（汽化），所以传质过程是在两相中交替进行。
当轻、重组分的分子汽化潜热相近时，塔内可以近似看作恒摩尔流，而不至于引起太大的误差。
而对于吸收系统，一般吸收剂是不易挥发的液体，气相中的某些组分不断溶解到不易挥发的吸收剂中，属于单向传质。
在吸收过程中，气相的量是不断减少，而液相的量在不断的增加，除非是贫气吸收，气液相流量在塔内不能视为常数，不能用恒摩尔流的假设，从而就增加了吸收计算的复杂性。
④温度范围、变化不同。
在精馏过程中沸点范围相对窄，而多组分吸收中，各溶质组分的沸点范围很宽，有的在操作条件下已接近或超过其临界状态（不能冷凝），所以多组分吸收不能视为理想系统来处理。
在精馏过程中，由于气化潜热与冷凝潜热相互利用，在整个塔内的温度变化范围不是很大，而且从塔顶向下，温度逐渐升高。
每块板上由于组成改变而引起的温度变化，可用泡露点方程定出。
而吸收过程由于气相中易溶组分溶解到溶剂中，会放出溶解热，这一热效应会使液相和气相的温度都升高，而温度升高又将影响到溶解的量，而溶解量又与溶质的溶解量有关系，因而气相中各组分沿塔高的溶解量分布不均衡，这就导致了溶解热的大小以至吸收温度变化是不均匀的，所以不能用精馏中常用的泡露点方程来确定吸收塔中温度沿塔高的分布，通常要采用热量衡算来确定温度的分布。
⑤物料的预分布不同。
精馏可按清晰分割和不清晰分割进行物料的预分布。
由于吸收每端既有进料，又有出料。
所以吸收塔的端点条件，即吸收液和尾气的组成温度，比常规的多组分精馏更难分配。
⑥精馏有两个关键组分，吸收只有一个关键组分。
在精馏中，有轻、重两个关键组分，这两个关键组分由分离要求来确定。
这主要是精馏是在两T,、相传质。
而对吸收而言，因为各个组分在同一塔内进行吸收，所有组分面临的客观条件都一样，pL，但是它们各自的溶解度不同，所以吸收量不同，吸收量的多少由各自的平衡塔板数、塔高、V常数决定，而且相互之间存在一定的关系，所以不能对所有的组分规定分离要求，而只能指定某一个组分的分离要求，根据对此组分的分离要求计算出所需的理论板数，然后再根据此理论板数计算出其它组分的分离程度。
这个首先被指定的组分通常是选取在吸收操作中起关键作用的组分，也就是必须控制其分离要求的组分，称之为关键组分。
吸收只有一个关键组分，是因为吸收是单向传质的缘故。
⑦组分分布不同精馏过程，关键组分的浓度分布有极大值，非关键组分在进料板上下形成几乎恒浓的区域。
吸收过程，不同组分和不同塔段的吸收程度是不同的，轻组分（即难溶组分）一般只在靠近塔顶的几级被吸收，而在其余级上变化很小。
重组分（易溶组分）主要在塔底附近的若干级上被吸收，而关键组分才在全塔范围内被吸收。
第二节吸收和解吸过程流程吸收剂与被吸收的易溶组分一起从吸收塔底排出后一般要把吸收剂与易溶组分分离开，即解吸过程，解吸过程一般可采用的方法有：加热升温；减压闪蒸；精馏解吸。
分离后易溶组分单独作为一种气体产品送出，而吸收剂则再送回吸收塔内循环使用。
一、单纯吸收工艺流程。
二、吸收—解吸法该法用于气体混合物通过吸收方法将其分离为惰性气体和易溶气体两部分的情况。
解吸的常用方法是使溶液升温，以减小气体溶质的溶解度，所以在解吸塔底部没有加热器，可用直接蒸汽和再沸器的形式，通过加热器提供热量使易溶组分蒸出并从解吸塔顶排出，解吸塔底的吸收剂经冷却再送往吸收塔循环使用。
解吸塔也可采用精馏塔，可起到提高蒸出溶质的纯度和回收吸收剂的作用。
三、吸收蒸出塔当吸收尾气中某些组分在吸收剂中有一定的溶解度，为保证关键组分的纯度采用吸收蒸出塔，即将吸收塔与精馏塔的提馏段组合在一起，原料气从塔中部进入，进料口上面为吸收段，下部为蒸出段，当吸收液（含有关键组分和其它组分的溶质）与塔釜再沸器蒸发上来的温度较高的蒸汽相接触，使其它组分从吸收液中蒸出，塔釜的吸收液部分从再沸器中加热蒸发以提供蒸出段必须的热量，大部分则进入蒸出塔内部使易溶组分与吸收剂分离开，吸收剂经冷却后再送入吸收塔循环使用。
一般只适用关键组分为重组分的场合。
第三节 多组分吸收和解吸过程简捷计算一、吸收过程工艺计算的基本概念1、吸收、解吸作用发生的条件根据相平衡的概念，可判断气液接触时吸收和解吸的条件。
吸收：溶质由气相溶于液相 *i i p p >，*i i y y >解吸：溶质由液相转入气相 *i i p p <，*i i y y <2、吸收过程的限度进料气体混合物中易溶组分i 的组成为i F y ,，出塔吸收液中i 组分含量为i N x ,，显然：i i N K y ,1+≥i N x ,。
从塔顶加入的吸收剂中i 组分含量为i x ,0，离开塔顶气相中i 组分的含量为i y ,1，显然：i y ,1≥i i x K ,0。
由此规定了设计吸收塔的限度，i x ,0是解吸过程分离后吸收剂中i 组分的含量，它与i y ,1由密切的关系，在设计时要将吸收和解吸一起考虑。
一般按照规定的分离要求先确定吸收塔的气体组成，根据已知选定的出塔气体组成再考虑气液相平衡数据来确定吸收剂在解吸后易溶组分的含量。
3、吸收过程的理论板吸收过程吸收液沿塔逐板下流时，易溶组分的含量不断升高，气体混合物在沿塔高上升过程中易溶组分的含量不断降低。
在吸收过程中为了计算方便起见，像精馏过程一样引入了理论板的概念。
在每一块理论板上，气液两相充分接触，离开n 板的气体混合物与离开n 板的吸收液达到相平衡，即i i i x K y =。
