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化工分离工程第一章绪论1.1概述1.1.1 分离过程的发展与分类随着世界工业的技术革命与发展,特别是化学工业的发展,人们发现尽管化工产品种类繁多,但生产过程的设备往往都可以认为是由反应器、分离设备和通用的机、泵、换热器等构成。
其中离不开两类关键操作:一是反应器,产生新物质的化学反应过程,其为化工生产的核心;-其中离不开两类关键操作:一是反应器,产生新物质的化学反应过程,其为化工生产的核心;-于是研究化学工业中具有共同性的过程和设备的规律,并将之运用于生产的“化学工程”这一学科应运而生。
分离过程可分为机械分离和传质分离两大类。
机械分离过程的对象都是两相或两相以上的非均相混合物,只要用简单的机械方法就可将两相分离,而两相间并无物质传递现象发生传质分离过程的特点是相间传质,可以在均相中进行,也可以在非均相中进行。
传统的单元操作中,蒸发、蒸馏、吸收、吸附、萃取、浸取、干燥、结晶等单元操作大多在两相中进行。
依据处于热力学平衡的两相组成不相等的原理,以每一级都处于平衡态为手段,把其他影响参数均归纳于效率之中,使其更符合实际。
它的另一种工程处理方法则是把现状和达到平衡之间的浓度梯度或压力梯度作为过程的推动力,而把其他影响参数都归纳于阻力之中,传递速率就成为推动力与阻力的商了。
上述两种工程处理方法所描述的过程,都称作平衡级分离过程。
分离行为在单级中进行时,往往着眼于气相或液相中粒子、离子、分子以及分子微团等在场的作用下迁移速度不同所造成的分离。
热扩散、反渗透、超过滤、电渗析及电泳等分离过程都属此类,称速率控制分离过程,都是很有发展潜力的新分离方法。
综上所述,分离过程得以进行的基础是在“场”的存在下,利用分离组分间物理或化学性质的差异,并采用工程手段使之达到分离。
显然,构思新颖、结构简单、运行可靠、高效节能的分离设备将是分离过程得以实施乃至完成的保证。
1.1.2 分离过程的地位广泛的应用、科技的发展、环境的需要都说明分离过程在国计民生中所占的地位和作用,并展示了分离过程的广阔前景:现代社会离不开分离技术,分离技术发展于现社会。
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一、教学目的：通过本课程教学，使学生典型分离技术的基本内容，掌握多组分精馏和吸收、吸附、膜分离等单元操作的原理和有关计算；能进行典型化工单元操作的工艺计算。
二、时间安排：60学时1、绪论2学时2、精馏12学时3、特殊精馏8学时3、吸收12学时4、吸附14学时5、膜分离技术10学时6、复习2学时7、合计60学时三、重点与难点1、重点：精馏、吸收2、难点：吸附、膜分离四、授课1．2节（一）引入：《化工原理》课中，我们学习了双组分物料分离的单元操作。
但是自然界存在的绝大多数物质，多数是以多种成分的混合物形式存在，当我们需要其中的某一组分物质时，往往需要对多组分混合物重新进行混合和分离，如选矿、冶炼、食盐的制取、石油的分馏等，所以，在工程上，多组分分离更具有实际意义，为此，特开设分离工程课程以满足工程需要。
（二）授课：第一章绪论第一节概况一、分离工程的作用、意义和分类：1、概括化工生产过程：1）原料的预处理（粉碎、加热、分离）；2）经预处理的原料通过化学反应而生成产物（包括中间品、产品）；3）产物的分离和提纯。
4）物料的输送5）化工过程可概括为：化学反应、分离、加热（冷）等预处理、输送------产生学科：反应工程、分离工程、传热、流体（粉体）的输送。
2、关于分离过程1）物质(组分)的混合为自发的自然过程，并拌有熵增大，也是所谓的无序程度的增加。
相反，将混合物分离则不是自发过程，需要消耗一定能量。
2）如果被分离的混合物存在两个或多个互不溶的相，一般先利用机械方法分离各相，如利用重力场、离心力常或电场等予以分离。
随后对每相采用适当的分离技术分离之。
3）对于均相混合物（气相、液相或固相），通常是产生或加入一个与其不互溶的另一相物质，而实现混合物的分离的。
此不互溶的物质可以利用能量分离剂)(MSA加入。
(ESA产生，或作为质量分离剂) 4）能量分离剂包括热、压力、电、磁、离心运动、辐射等；质量分离剂指过滤介质、吸收剂、表面活性剂、吸附剂、离子交换树脂、膜材料等。
目录第一章绪论 (1)第二章单级平衡过程 (6)第三章多组分精馏和特殊精馏 (19)第四章气体吸收 (24)第五章液液萃取 (27)第六章多组分多级分离的严格计算 (28)第七章吸附 (34)第八章结晶 (35)第九章膜分离 (36)第十章分离过程与设备的选择与放大 (37)第一章绪论1.列出5种使用ESA和5种使用MSA的分离操作。
答：属于ESA分离操作的有精馏、萃取精馏、吸收蒸出、再沸蒸出、共沸精馏。
属于MSA分离操作的有萃取精馏、液-液萃取、液-液萃取（双溶剂）、吸收、吸附。
2.比较使用ESA与MSA分离方法的优缺点。
答：当被分离组分间相对挥发度很小，必须采用具有大量塔板数的精馏塔才能分离时，就要考虑采用萃取精馏（MSA），但萃取精馏需要加入大量萃取剂，萃取剂的分离比较困难，需要消耗较多能量，因此，分离混合物优先选择能量媒介(ESA)方法。
3.气体分离与渗透蒸发这两种膜分离过程有何区别？答：气体分离与渗透蒸发式两种正在开发应用中的膜技术。
气体分离更成熟些，渗透蒸发是有相变的膜分离过程，利用混合液体中不同组分在膜中溶解与扩散性能的差别而实现分离。
4. 海水的渗透压由下式近似计算：π=RTC/M ，式中C 为溶解盐的浓度，g/cm 3；M 为离子状态的各种溶剂的平均分子量。
若从含盐0.035 g/cm 3的海水中制取纯水，M=31.5，操作温度为298K 。
问反渗透膜两侧的最小压差应为多少kPa? 答：渗透压π=RTC/M ＝8.314×298×0.035/31.5=2.753kPa 。
所以反渗透膜两侧的最小压差应为2.753kPa 。
5. 假定有一绝热平衡闪蒸过程，所有变量表示在所附简图中。
求： （1） 总变更量数Nv;（2） 有关变更量的独立方程数Nc ； （3） 设计变量数Ni;（4） 固定和可调设计变量数Nx ,Na ；（5） 对典型的绝热闪蒸过程，你将推荐规定哪些变量？思路1：3股物流均视为单相物流， 总变量数Nv=3(C+2)=3c+6 独立方程数Nc 物料衡算式 C 个热量衡算式1个 相平衡组成关系式C 个 1个平衡温度等式1个平衡压力等式 共2C+3个 故设计变量Ni=Nv-Ni=3C+6-(2C+3)=C+3固定设计变量Nx ＝C+2,加上节流后的压力，共C+3个 可调设计变量Na ＝0 解：（1） Nv = 3 ( c+2 )（2） Nc 物 c 能 1 相 cF ziT F P FV , yi ,T v , P vL , x i , T L , P L习题5附图内在(P ，T) 2 Nc = 2c+3 （3） Ni = Nv – Nc = c+3 （4） Nxu = ( c+2 )+1 = c+3 （5） Nau = c+3 – ( c+3 ) = 0 思路2：输出的两股物流看成是相平衡物流，所以总变量数Nv=2(C+2) 独立方程数Nc ：物料衡算式 C 个 ，热量衡算式1个 ,共 C+1个 设计变量数 Ni=Nv-Ni=2C+4-(C+1)=C+3固定设计变量Nx:有 C+2个加上节流后的压力共C+3个 可调设计变量Na ：有06. 满足下列要求而设计再沸汽提塔见附图，求： （1） 设计变更量数是多少？ （2） 如果有，请指出哪些附加变量需要规定？解： N x u 进料 c+2压力 9 c+11=7+11=18N a u 串级单元 1 传热 1 合计 2 N V U = N x u +N a u = 20 附加变量：总理论板数。
天津大学化工分离工程完整教案第一章绪论一、学习目的与要求通过本章的学习，能对传质分离过程有一个总体了解。
二、考核知识点与考核目标（一）、化工分离操作在化工生产中的重要性（一般）识记：化工分离操作在化工生产中的重要性分析。
（二）、分离过程的分类和特征（次重点）识记：分离过程的分类和特征，传质分离过程的分类和特征。
§1.1 本课程的内容和任务§1.1.1课程内容、性质与特点该课程是化学工程专业所开设的一门专业基础课之一。
分离过程是将混合物分成组成互不相同的两种或几种产品的操作，它是一门与实际生产联系极其紧密的课程，是学生在具备了物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理等技术知识后的一门必修课，它利用这些课程中有关相平衡热力学、动力学机理、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。
由理想理想气体实际气体理想溶液实际溶液由简单复杂二元精馏多元精馏单组分吸收多组分吸收§课程设置的目标开设本课程，为了使学生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。
对一些新分离技术有一定的了解。
1、注重基本概念的理解，为分离工程的选择、特性分析和计算奠定基础；2、分离过程的共性出发，讨论各种分离过程的特征；3、强调工程和工艺相结合的观点，注意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。
§1.1.3与本专业其他课程的关系与该专业课相关的基础课《物理化学》、《传递过程原理》、《化工原理》、《化工热力学》等与本课程有着相当密切的关系，是本课程的技术基础课，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。
§学习方法及要求1. 理解重要公式的推导过程及推导假设，掌握公式及公式的使用范围；2. 掌握各种分离过程的基本原理、理论、操作特点，简捷法（FUG）和严格计算法及强化改进操作的途径，对设备的特殊要求；3. 该课程应用性、技能性较强，须认真地做习题，加深对所学内容的理解；4. 会用计算中常用到的手册和图表提高使用图表的能力。
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《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
③反应增加了溶质在液相中的溶解度，吸收剂用量少；
④反应降低了溶质在气相中的平衡分压，可较彻底地除去气相中很少量的有害气体.
缺点:解吸困难，解吸能耗。
若反应为不可逆,反应剂不能循环使用，用途大受限制.
化学吸收（Chemical absorption)
溶质与吸收剂之间的化学反应对吸收过程具有显著影响。
主要特点:吸收过程中溶质进入液相后在扩散路径上不断被化学反应所消耗。
双膜理论
由W.K.Lewis 和W。
G。
Whitman 在上世纪二十年代提出，是最早出现的传质理论。
双膜理论基本论点
（1) 相互接触的两流体间存在着稳定的相界面，界面两侧各存在着一个很薄(等效厚度分别为 1 和2 ）的流体膜层。
溶质以分子扩散方式通过此两膜层。
(2) 相界面没有传质阻力，即溶质在相界面处的浓度处于相平衡状态。
（3) 在膜层以外的两相主流区由于流体湍动剧烈，传质速率高，传质阻力可以忽略不计，相际的传质阻力集中在两个膜层内。
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。
第一章绪论Chapter1 Introduction§1-1分离操作在化工生产中的地位（Position of separation process in chemical industry）化工分离技术是随着化学工业的发展而逐渐形成和发展的，生产实践是分离工程形成与发展的源泉。
先了解早期人类生产活动中的分离过程，早在数千年前，人们已利用各种分离方法制作许多人们生活和社会发展中需要的物质。
例如，利用日光蒸发海水结晶制盐；农产品的干燥；从矿石中提炼铜、铁、金、银等金属；火药原料硫磺和木炭的制造；从植物中提取药物；酿造葡萄酒时用布袋过滤葡萄汁；制造蒸馏酒等等。
这些早期的人类生产活动都是以分散的手工业方式进行的，主要依靠世代相传的经验和技艺，尚未形成科学的体系。
而早期的化学工厂是由化学家根据实验室研究结果直接建立的。
通过生产实践发现，生产用的大装置中的化学或物理过程与实验室玻璃器皿中的现象有很大的不同。
而在不同产品的生产过程中，却有许多过程遵循相似的原理。
由此提出的单元操作原理奠定了化学工程学科最初的理论基础。
现代化学工业是开始于18世纪产业革命以后的欧洲。
当时，三酸二碱等无机化学工业成为现代化学工业的开端。
而19世纪以煤为基础原料的有机化工在欧洲也发展起来。
当时的煤化学工业规模不是很大，主要着眼于苯、甲苯、酚等各种化学品的开发。
在这些化工生产中需要将产品或生产过程的中间体从混合物中分离出来。
例如，当时著名的索尔维制碱法中，使用了高达二十余米的纯碱碳化塔，同时应用了吸收、蒸馏、过滤、干燥等分离操作。
但在当时，这项成就是由化学家在进行化学工艺过程开发的同时完成的，他们并没有意识到他们同时在履行着化学工程师的职责。
这时的分离技术是结合在具体的化工生产工艺的开发过程中，单独而分散地发展的。
19世纪末，20世纪初大规模的石油炼制业促进了化工分离技术的成熟与完善。
单元操作概念的建立对化学工程的发展起了重大的作用。
