最新化工原理下册天津大学柴诚敬19-20学时
《化工原理-下》课程教学大纲
《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。
化工原理下册课后习题答案_天津大学出版社主编夏清
化工原理课后习题解答（夏清、陈常贵主编.化工原理.天津大学出版社,2005.）田志高第五章蒸馏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-P B*)/(P A*-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（C5H12）和正己烷（C6H14）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 C5H12 223.1 233.0 244.0 251.0 260.6 275.1 291.7 309.3 K C6H14 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C5H12（A）和C6H14（B）的饱和蒸汽压以t = 248.2℃时为例，当t = 248.2℃时 P B* = 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 53.200 89.000101.300P 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-P B*)/(P A*-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 = P A*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。
化工原理第二版答案(柴诚敬主编)
绪论1.从基本单位换算入手，将下列物理量的单位换算为SI 单位。
（1）水的黏度μ=0.00856g/(cm ·s) （2）密度ρ=138.6kgf?s 2/m 4（3）某物质的比热容C P =0.24BTU/(lb ·℉) （4）传质系数K G =34.2kmol/(m 2?h?atm) （5）表面张力σ=74dyn/cm （6（1则.0=μ（2则=ρ（3则（4则（5则（6则2．乱堆25cm 拉西环的填料塔用于精馏操作时，等板高度可用下面经验公式计算，即 式中H E —等板高度，ft ；G —气相质量速度，lb/(ft 2?h)； D —塔径，ft ；Z 0—每段（即两层液体分布板之间）填料层高度，ft ； α—相对挥发度，量纲为一； μL —液相黏度，cP ； ρL —液相密度，lb/ft 3A 、B 、C 为常数，对25mm 的拉西环，其数值分别为0.57、-0.1及1.24。
试将上面经验公式中各物理量的单位均换算为SI 单位。
解：上面经验公式是混合单位制度，液体黏度为物理单位制，而其余诸物理量均为英制。
经验公式单位换算的基本要点是：找出式中每个物理量新旧单位之间的换算关系，导出物理量“数字”的表达式，然后代入经验公式并整理，以便使式中各符号都变为所希望的单位。
具体换算过程如下： （1）从附录查出或计算出经验公式有关物理量新旧单位之间的关系为()()s m kg 10356.1h ft lb 1232⋅⨯=⋅-（见1）α量纲为一，不必换算13lb =133lb 1kg 3.2803ft ⎛⎫⎛⎫⎛⎫ ⎪⎪⎪=16.01kg/m 2(2)则E H =同理G =(3)第一章流体流动流体的重要性质1．某气柜的容积为6000m 3，若气柜内的表压力为5.5kPa ，温度为40℃。
已知各组分气体的体积分数为：H 240%、N 220%、CO 32%、CO 27%、C H 41%，大气压力为101.3kPa ，试计算气柜满载时各组分的质量。
化工原理课程设计柴诚敬
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。
化工原理下册天津大学柴诚敬19-20学时
二、气液平衡关系式
1.拉乌尔定律 当理想溶液气液两相呈平衡时，溶液上方组分
的分压与溶液中该组分的摩尔分数成正比。
pA p*AxA
拉乌尔定律
pBpB *xBpB *(1xA)
2020/7/1
二、气液平衡关系式
溶液上方的总压 p总 等于各组分的分压之和
p总pApB
p总 p* AxApB *(1xA)
两相区
气相线 液相线
一、气液平衡相图
2. 气—液相组成图 气—液相组成图直观地表达了在一定压力下，
处于平衡状态的气液两相组成的关系，在蒸馏计 算中应用最为普遍。
x –y图
2020/7/1
x1与y1互成平衡
y1
2020/7/1
x1 苯－甲苯混合液的 x- y 图
平衡线
对角线
yx
平衡线与对 角线之间的 距离越大
3.计算气液平衡组成
已知 p总 、 t 求 x－ y关系
t
p
* i
给定 xi
ki
yi
列表
xi yi
2020/7/1
课外资料：气液平衡数据获取途径
1.由安托尼方程求取
lgpi*
Ai
t
Bi Ci
2.由手册查得
安托尼方程
权威的气液平衡数据手册
Gmehlimg J, et al. 《Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection》
yA kAxA
以平衡常数表示 的气液平衡方程
2020/7/1
二、气液平衡关系式
由
yA
p
* A
p总
xA
代入泡点方程，得
yA
天津大学《化工原理》课程设计报告
《化工原理》课程设计报告真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计学院天津大学化工学院专业化学工程与工艺班级2014学号3014207018姓名孙国铭指导教师马红钦化工流体传热课程设计任务书专业化学工程与工艺班级化工1班姓名孙国铭学号（编号）3014207018（一）设计题目：真空蒸发制盐系统卤水分效预热器设计（二）设计任务及条件1、蒸发系统流程及有关条件见附图。
2、系统生产能力：60 万吨/年。
3、有效生产时间：300天/年。
4、设计内容：Ⅱ效预热器（组）第12345678 台预热器的设计。
5、卤水分效预热器采用单管程固定管板式列管换热器，试根据附图中卤水预热的温度要求对预热器（组）进行设计。
6、卤水为易结垢工质，卤水流速不得低于0.5m/s。
7、换热管直径选为Φ38×3mm。
（三）设计项目1、由物料衡算确定卤水流量。
2、假设K计算传热面积。
3、确定预热器的台数及工艺结构尺寸。
4、核算总传热系数。
5、核算压降。
6、确定预热器附件。
7、设计评述。
（四）设计要求1、根据设计任务要求编制详细设计说明书。
2、按机械制图标准和规范，绘制预热器的工艺条件图（2#），注意工艺尺寸和结构的清晰表达。
设计说明书的编制按下列条目编制并装订：（统一采用A4纸，左装订）（1）标题页，参阅文献1附录一。
（2）设计任务书。
（3）目录。
（4）说明书正文设计简介：设计背景，目的，意义。
由物料衡算确定卤水流量。
假设K计算传热面积。
确定预热器的台数及工艺结构尺寸。
核算总传热系数。
核算压降。
确定预热器附件。
设计结果概要或设计一览表。
设计评述。
（5）主要符号说明。
（6）参考文献。
（7）预热器设计条件图。
主要参考文献1. 贾绍义，柴诚敬. 化工原理课程设计. 天津: 天津大学出版社, 20022. 柴诚敬，张国亮. 化工流体流动和传热. 北京: 化学工业出版社, 20073. 黄璐，王保国. 化工设计. 北京: 化学工业出版社, 20014. 机械制图自学内容：参考文献1，第一章、第三章及附录一、三；参考文献2，第五~七章；参考文献3，第1、3、4、5、11部分。
化工原理天大柴诚敬
]
[
kg
m/ m2
s2
]
[
kg m / m2 s
s
]
动量 面积 时间
单位时间通过单位面积的动量，称为动量通量
(momentum flux)
[ux
]
[kg
/
m3
m
/
s]
[
kg
m m3
/
s
]
动量 体积
单位体积具有的动量，称为动量浓度
45
层流—分子动量传递
d (ux )
dy
为动量浓度梯度
[ ] [ ] [ kg m3 ] [ m2 ] m s kg s
14
一、流动系统的总能量衡算方程
衡算范围： 1-1′、2-2′截面以及 管内壁所围成的空间
基准水平面： 0-0′水平面
图1-12 流动系统的总能量衡算 1-换热器; 2-流体输送机械
15
一、流动系统的总能量衡算方程
推导思路：
总能量 衡算
机械能 衡算
不可压缩流体 机械能衡算
16
一、流动系统的总能量衡算方程
48
一、湍流的特点与表征
湍流的特点 1、质点的脉动 2、湍流的流动阻力远远大于层流 3、由于质点的高频脉动与混合，使得在与流 动垂直的方向上流体的速度分布较层流均匀。
49
一、湍流的特点与表征
图1-14 圆管中流体的速度分布
50
一、湍流的特点与表征
1.时均量与脉动量
图1-15 湍流中的速度脉动
51
qmu22
p2qV ,2
上式经整理，可得
21
一、流动系统的总能量衡算方程
U
gz
u2 2
化工原理天大柴诚敬学时
第—草流体输送机械O 、通过本章学习，拿握化工中常用流体输送机械的基本结构、工作原理和操作特性，能够根据生产工艺要求和流体特性，合理地选择和正确操作流体输送机械，并使之在高效下安全可靠运行。
第二章流体输送机械2. 1概述2.1.1流体输送机械的作用管路对流体输送机械的能量要求由伯努利方程计算。
对于液体，采用以单位重量（1N）流体为基准的伯努利方程式+眷等 + 輕J/" —(2-1)K =立+也Pg7T2dA g心z+誉等+沪方程对于通风机的气体输送系统，在风机进出口截面间采用以单位体积(1m3)为基准的伯努利方程式,乩=Q£AZ+A D +卫-Q + Q 好G ・l/m3HVPa(2-6)流体输送机械除满足工艺上对流量和压头（对气体为风压与风量）两项主要技术指标要求外, 还应满足如下要求：①结构简单，重量轻，投资费用低。
②运行可靠，操作效率高，日常操作费用低。
③能适应被输送流体的特性，如黏度、可燃性、第二章流体输送机械2. 1概述2.1.1流体输送机械的作用2. 1.2流体输送机械的分类r输送液体泵按输送流体J的状态分类1 C通风机I输送气体鼓风机I压缩机动力式（叶轮式）按工作原理分类Y容积式（正位移式）流体作用式第二章流体输送机械2. 2离心泵2. 2. 1离心泵的工作原理和基本结构—・离心泵的工作原理是工业生产中应用最为广泛的液体输送机械。
其突出是结构简单、体积小、流量均匀、调节控制方便、故障少、寿命长、适用范围广（包括流量、压头和介质性质）、购置费和操作费用均较低。
—・离心泵的工作原理122-1离心泵装置简图g ：斗r F离心泵的工作原理077//////////离心泵的叶轮吸液方式单吸式双吸式平衡图2-3离心泵的吸液方式图2-4泵壳和导轮泵轴与泵壳之间的密封称为轴封，其作用 是防止泵内高压液体从间隙漏出，或避免外界 空气进入泵内。
常用的轴封装置有填料密封和 机械密封两大类。
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一、平衡蒸馏装置
平衡蒸馏为单级蒸馏操作。
将混合液在压力P1下加 热，然后通过减压阀使压力 降低至P2后进入分离器。过 热液体混合物在分离器中部 分汽化，将平衡的气、液两 相分别从分离器的顶部、底 部引出，即实现了混合液的 初步分离。
闪 蒸 平衡蒸馏的原理
泡点
tF
E 气相区
D C
B x
A
y
液相区
xF
苯－甲苯混合液的 t- x- y 图
两相区
气相线 液相线
一、气液平衡相图
2. 气—液相组成图 气—液相组成图直观地表达了在一定压力下，
处于平衡状态的气液两相组成的关系，在蒸馏计 算中应用最为普遍。
x –y图
x1与y1互成平衡
y1
x1 苯－甲苯混合液的 x- y 图
平衡蒸馏 装置简图
1.加热器； 2.减压阀； 3.分离器。
二、平衡蒸馏过程的计算
1.物料衡算 总物料衡算
qn,Fqn,Dqn,W
易挥发组分物料衡算
qn,FxFqn,Dyqn,W x
气相产品的流量为
qn,D
qn,F
xF x yx
二、平衡蒸馏过程的计算
设 qqn,W/qn,F 液化率
则 1qqn,D/qn,F 汽化率
整理得
直线 方程
y q x xF q1 q1
q
斜率 q 1
过点 (xF, xF )
平衡蒸馏中气液 相组成的关系式
二、平衡蒸馏过程的计算
2.热量衡算 对加热器作热量衡算，忽略热损失，得
Qqn,Fcp(ttF)
对减压阀和分离器作热量衡算，忽略热损失，得
qn,F cp(tte)(1q)rn q ,F
yA xA
yB xB yA xA
1yA 1xA
二、气液平衡关系式
略去下标，经整理可得
y x 1( 1)x
讨论
以相对挥发度表示 的气液平衡方程
❖ 蒸馏操作α >1，α值愈大，分离愈容易。 ❖ 若α=1，不能用普通蒸馏方法分离。
三、气液平衡方程的应用
1.计算泡点温度
已知 p总 、x求t、y
设：t0
p总 p* AxApB *(1xA)
气液平衡时液 相组成与平衡
整理，得
温度间的关系
xA
p总 pB* p*A pB*
泡点方程
p* A(pB *)f(t)
安托尼 方程
二、气液平衡关系式
2.以平衡常数表示的气液平衡方程
设平衡的气相遵循道尔顿分压定律，即
yA
pA p总
yA
p
* A
p总
xA
令
kA
p
* A
整理得
t
te
(1q)
r cp
二、平衡蒸馏过程的计算
3.气液平衡关系 平衡蒸馏中，气液两相处于平衡状态，即两
相温度相等，组成互为平衡。
y x 1 ( 1)x
注意
❖ 在平衡蒸馏中，气液组成关系同时满足平衡
方程与物料衡算方程。
练习题目
思考题 1.讨论溶液的气液平衡关系有何意义？ 2.挥发度与相对挥发度有何不同？ 3.相对挥发度在精馏计算中有何重要意义？ 4.何为泡点和露点，如何进行计算？ 5.平衡蒸馏的原理是什么？ 作业题: 1、2
p总
平衡 常数
yA kAxA
以平衡常数表示 的气液平衡方程
二、气液平衡关系式
由
yA
p
* A
p总
xA
代入泡点方程，得
yA
p*A p总p总 pB*源自p*A pB*露点方程气液平衡时气 相组成与平衡 温度间的关系
二、气液平衡关系式
3.以相对挥发度表示的气液平衡方程 (1)挥发度
挥发度定义
A
pA xA
p
* i
NO
ki
yi
1yi
tb = t0
YES
三、气液平衡方程的应用
2.计算露点温度
已知 p总 、 y 求t、x
设：t0
p
* i
NO
ki
xi
1xi
td = t0
YES
三、气液平衡方程的应用
3.计算气液平衡组成
已知 p总 、 t 求 x－ y关系
t
p
* i
给定 xi
ki
yi
列表
xi yi
课外资料：气液平衡数据获取途径
平衡线
对角线
yx
平衡线与对 角线之间的 距离越大
分离越容易
二、气液平衡关系式
1.拉乌尔定律 当理想溶液气液两相呈平衡时，溶液上方组分
的分压与溶液中该组分的摩尔分数成正比。
pA p*AxA
拉乌尔定律
pBpB *xBpB *(1xA)
二、气液平衡关系式
溶液上方的总压 p总 等于各组分的分压之和
p总pApB
1.由安托尼方程求取
lgpi*
Ai
t
Bi Ci
2.由手册查得
安托尼方程
权威的气液平衡数据手册
Gmehlimg J, et al. 《Vapor-Liquid Equilibrium Data Collection》
3.由实验测定
第九章 蒸 馏
9.1 蒸馏过程概述 9.2 两组分溶液的气液平衡 9.2.1 两组分理想物系的气液平衡 9.2.2 两组分非理想物系的气液平衡
B
pB xB
对于理想物系，有
A p*A B pB*
二、气液平衡关系式
(2)相对挥发度 相对挥发度定义
相对挥发 度
A pA / xA B pB / xB
对于理想物系，有
p
* A
p
* B
二、气液平衡关系式
(3)以相对挥发度表示的气液平衡方程 由道尔顿分压定律，有
p总yA/xA yAxB
p总yB/xB yBxA
结束语
谢谢大家聆听！！！
33
化工原理下册天津大学柴诚 敬19－20学时
第九章 蒸 馏
9.1 概述 9.1.1 蒸馏的原理及其应用
一、气液平衡相图
1. 温度—组成图 在恒定的总压下，溶液的平衡温度随组成而
变，将平衡温度与液（气）相的组成关系标绘成 曲线图，该曲线图即为温度一组成图。
t - x –y
图
露点
tF
td tb