化工原理(下)
分享
课程详情
课程评价
spContent=“化工原理”是化工及相近专业的专业基础课,在课程体系中占有重要的地位。课程主要研究对象是化工生产中常见的单元操作,对每个单元操作均讲述其原理、设备和问题的解决三方面的内容。化工原理(下)包括:传质理论与设备、吸收、精馏、萃取、干燥5个单元(每个单元相当于传统课程的1章)。
—— 课程团队
课程概述

        化工原理是化工类及相近专业培养体系中非常重要的一门专业基础课,是基础课与专业课之间的桥梁。前修课程是:高等数学、大学物理和物理化学。

        以化学工业生产中的物理加工过程为对象,化工原理课程研究若干“单元操作”的基本原理、典型单元设备的结构与工作原理、单元设备的设计与选型、以及操作与调节等问题。

        《化工原理》(下)主要章节如下:

   第5章 传质理论与设备

        5.1 传质与分离过程概述

        5.2 相内传质

        5.3 气-液相平衡基础知识

        5.4 板式塔

        5.5 填料塔。

   第6章 吸收

        6.1 概述

        6.2 吸收过程中的传质

        6.3 吸收问题的解决

        6.4 解吸

   第7章 蒸馏

        7.1 蒸馏概述

        7.2 简单蒸馏和平衡蒸馏

        7.3 精馏及其基本方程

        7.4 精馏问题的解决

        7.5 间歇精馏

        7.6 恒沸精馏和萃取精馏。

   第8章 萃取

        8.1 概述

        8.2 部分互溶系液液相平衡

        8.3 萃取设备

        8.4 萃取问题的解决;

   第9章 干燥

        9.1 概述

        9.2 湿空气的性质与湿度图

        9.3 湿物料的性质

        9.4 干燥器

        9.5 干燥问题的解决。

        通过对以上内容的讨论,化工原理不仅回答关于单元操作的“是什么?”、“为什么?”,更要回答“怎么办?”。具体地说,要回答下面三个问题:

      (1)如何在多种单元操作中选择一种合适的,完成一项生产任务;

      (2)如何进行单元设备的设计;

      (3)如何正确操作一台单元设备,如何正确调节其运行工况。


课程大纲

周次

视频

学习目标(掌握熟悉、了解)

第5章 传质理论与设备(第1-3周)

1

传质理论与设备

5-1 传质与传质分离概述

传质与传质分离概述

传质、传质分离传质单元操作

5-2 相内传质

物质扩散

分子扩散;Fick定律;分子扩散系数;涡流扩散

静止流体中的传质

等摩尔反射扩散;单向扩散;

对流传质

对流传质的概念、机理、速率;对流传质系数的经验关联;对流传质模型

5-3相平衡基础知识

体系平衡时的特征及体系分类

体系平衡时的特征;体系的类别;

第2周

理想体系的p-x关系和t-x-y关系

总压一定时的p-x关系;总压一定时的t-x-y关系;

理想体系的y-x关系

总压一定时的y-x关系

非理想体系

正偏差溶液;负偏差溶液;最高、高低恒沸点

第II类体系的相平衡关系

溶解度与溶解度曲线;亨利定律;

相平衡关系的应用

判断过程方向;计算过程推动力;确定过程极限

第3周

5-4板式塔

 

板式塔的结构

总体结构;溢流装置;板面布置;

板上两相接触状态和板压降

板上两相接触状态;板压降

非理想行为

液沫夹带;气泡夹带;气体的不均匀分布;液体的不均匀分布;

板式塔内的不正常操作现象

夹带液泛;溢流液泛;严重漏液

塔板效率和塔板负荷性能图

塔板效率;塔板负荷性能图

常用塔板简介

泡罩塔板;筛板;浮阀塔板;舌形塔板;林德塔板

5-5填料塔

填料塔的结构

填料塔的构成;填料(层)特性特性参数;工业常用填料

填料塔内的流体流动

气体流过干、湿填料层的压降;三种状态(恒持液量、载液、溢泛);泛点的经验关联;塔设备的评价指标;塔型的选择

 

5-6 单元总结

单元总结

第6章 吸收(第4-6周)

第4周

吸收

6-1概述

吸收概述

吸收的原理、依据、应用、分类;对吸收剂的要求;工业吸收操作简介

6-2 吸收过程中的传质

总传质速率方程

吸收中的相际传质;总传质速率方程(4种形式)

分析与讨论

总传质速率方程的统一形式;总传质系数之间的关系;体积传质系数;解吸中的传质;相界面处浓度的确定;传质阻力分析

6-3低浓度气体吸收问题的解决

 

吸收塔的物料衡算和操作方程

全塔物料衡式;操作方程与操作线

第5周

吸收过程基本方程

各种形式的吸收过程基本方程

传质单元数的计算

对数平均推动力;吸收因数法;查图法

传质单元

传质单元;传质单元的物理意义;传质单元高度

吸收塔设计型问题的解决-1

问题的描述;流式的选择;操作温度和压强的选择;吸收剂浓度的选择;液气比的选择

第6周

吸收塔设计型问题的解决-2

吸收液再循环;理论塔板数的计算

吸收塔操作型的解决

第1类操作型问题;第2类操作型问题;吸收塔的操作分析吸收塔的调节

6-4 解吸问题的解决

解吸问题的解决

实现解吸的手段;解吸问题的解决;

6-5 单元总结

单元总结

第7章 蒸馏(第7-10周)

第7周

蒸馏

7-1概述

蒸馏概述

蒸馏分离混合物的原理;蒸馏操作分类

7-2平衡蒸馏和简单蒸馏

平衡蒸馏

平衡蒸馏过程与原理;平衡蒸馏基本方程;平衡蒸馏问题的解决

简单蒸馏

简单蒸馏过程与原理;简单蒸馏问题的解决

7-3 精馏原理及基本方程

精馏原理

精馏原理

精馏塔的物料衡算和操作方程

全塔物料衡算;恒摩尔流假定;操作方程与操作线

第8周

进料热状态

进料热状态(参数)和进料方程;全凝器与分凝器

精馏塔的热量衡算

全塔热量衡算式;冷凝器热负荷及冷却剂用量;再沸器的热负荷及加热剂用量

7-4 精馏设计型问题的解决

求理论板数的逐板计算法

确定理论板数的逐板计算法

求理论板数的梯级图法

确定理论板数的梯级图法

第9周

回流比的影响及选择

回流比的影响;最小回流比;全回流;回流比的选择

求理论板数的简捷算法

最少理论板数;Fenske方程;吉利兰关联图(式);

影响理论板数的其他因素

进料热状况的影响;回流热状况的影响;进料位置的影响

7-5精馏操作型问题的解决

逐板计算试差法和图解试差法

逐板计算试差法;图解试差法

精馏的操作分析

操作分析

第10周

精馏塔内的温度分布和灵敏板

精馏塔内的温度分布;灵敏板

7-6 其他类型精馏塔

其他类型精馏塔-1

直接蒸汽加热;精制塔;提馏塔;

其他类型精馏塔-2

多股进料;侧线出料

7-7 间歇精馏

间歇精馏

间歇精馏过程分析;恒定回流比的间歇精馏;恒定回流液组成的间歇精馏

7-8 恒沸精馏和萃取精馏

恒沸精馏和萃取精馏

恒沸精馏;萃取精馏;恒沸精馏与萃取精馏的比较

7-8 本章总结

本章总结

 

第8 章 萃取(第11-12周)

第11周

萃取

 

8-1 概述

萃取概述

液-液萃取原理;工业萃取过程简介;选择萃取操作的原因

8-2 部分互溶物系液液相平衡

混合与分开过程的物料衡算

混合物组成符号;三角形坐标系;混合(分开)过程的物料衡算;点到对边的连线

直角三角形相图

平衡连结线;溶解度曲线;临界混溶解点;辅助线;相图与萃取

相平衡关系的数学描述

分配曲线与相平衡方程;溶解度曲线方程;归一条件;溶剂的选择性系数;互溶度对分离效果的影响

8-3 萃取设备

萃取设备

萃取设备分类;萃取内的流体流动;混合澄清槽;喷洒塔;筛板塔转盘塔;振动筛板塔;脉冲筛板塔;

第12周

8-4 萃取问题的解决

部分互溶物系单级萃取问题的解决

数学描述与求解;图解法;单级萃取分离限度

部分互溶物系多级萃取问题的解决

多级错流萃取的设计型和操作型问题的解决;多级逆流萃取问题的解决

完全不互溶物系萃取问题的解决

组成与相平衡关系的表示;物料衡算与操作方程;完全不互溶物系单级、多级错流、多级逆流萃取问题的解决(图解法;解析法)

8-5 本章总结

本章总结

第9章 干燥(13-15周)

第13周

干燥

9-1 概述

干燥概述

固体物料的去湿方法;干燥操作分类;对流干燥简介

9-2 湿空气的性质和湿度图

湿空气的性质-1

水汽分压;绝对湿度;相对湿度;焓和湿比热容;比体积

湿空气的性质-2

露点温度;干球温度和湿球温度;绝热饱和温度;参数分类与相互关系

湿度图

湿度图的构造;湿度图的应用

第14周

9-3 湿物料的性质

物料中水分的性质

物料水含量的表示;结合水分与非结合水分;自由水分与平衡水分

湿物料的干燥特性

干燥曲线;干燥速度;干燥速度曲线;间歇干燥过程分析

9-4 干燥器

干燥器

干燥系统的组成;厢式干燥器;喷雾干燥器;气流干燥器;流化床干燥器

第15周

9-5 干燥问题的解决

干燥问题的解决

物料衡算;对预热器的热量衡算;对干燥器的热量衡算;理想干燥过程

干燥器系统的热效率

干燥系统的总热量;热量分配;热效率

间歇干燥时间

恒速阶段干燥时间的计算;降速阶段干燥时间的计算

9-6本章总结

本章总结

第17周

考试

 

预备知识

高等数学

大学物理

物理化学

证书要求

1. 完成课程所有内容的学习;

2. 参与课堂讨论,占10%;

3. 单元测验,占20%(共5次,每次约20个选择题);

4. 单元作业,占20%(共5次,采用学生互评,未参与互评的同学最多只能得到所给分数的50%,未完成互评的同学最多只能得到所给分数的80%);

5. 考试,50%。

60至84分为合格,可以获得证书;

85分及以上为优秀,可以获得优秀学员证书。


参考资料

丁忠伟、刘丽英、刘伟,化工原理(下),高等教育出版社,2014,北京.

丁忠伟等,化工原理学习指导(第二版),化学工业出版社,2014,北京.