化工原理-化工分离过程教学设计
化工原理课程设计课程目标
化工原理课程设计课程目标一、课程目标知识目标：1. 让学生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. 使学生了解化工过程中常见单元操作的基本原理和设备结构；3. 引导学生运用数学和物理方法分析化工过程中的现象和问题。
技能目标：1. 培养学生运用化工原理解决实际问题的能力，如进行物料和能量平衡计算；2. 提高学生运用图表、数据和实验等方法进行化工过程分析和优化的技巧；3. 培养学生利用专业软件进行化工过程模拟和计算的能力。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对化工原理学科的热爱，激发学生学习兴趣和探究精神；2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力，提高解决实际问题的自信心；3. 增强学生对化工行业的社会责任感，认识化工在国民经济发展中的重要作用。
课程性质分析：本课程为化工原理课程设计，旨在通过实际案例和练习，使学生将理论知识与实际工程相结合，提高解决实际问题的能力。
学生特点分析：学生已具备一定的化学、数学和物理基础知识，具有一定的分析问题和解决问题的能力，但实际工程经验不足。
教学要求：1. 注重理论与实践相结合，提高学生的实际操作能力；2. 采用案例教学、讨论式教学等方法，激发学生的主动性和创新性；3. 强化过程评价，关注学生的个性化发展。
二、教学内容1. 流体力学基础：流体性质、流体静力学、流体动力学、流体阻力与流动形态；2. 热力学基础：热力学第一定律、热力学第二定律、热量传递与能量平衡；3. 传质与传热：质量传递原理、传热原理、对流传质与对流传热；4. 单元操作原理：流体输送、热量交换、分离操作、反应器设计；5. 化工过程模拟与优化：物料与能量平衡计算、过程模拟软件操作、过程优化方法；6. 化工案例分析：典型化工过程分析、设备结构介绍、操作参数优化。
教学大纲安排：第一周：流体力学基础第二周：热力学基础第三周：传质与传热第四周：单元操作原理（一）第五周：单元操作原理（二）第六周：化工过程模拟与优化第七周：化工案例分析与实践第八周：课程总结与评价教材章节及内容：第一章：流体力学（1-3节）第二章：热力学（4-6节）第三章：传质与传热（7-9节）第四章：单元操作原理（10-16节）第五章：化工过程模拟与优化（17-19节）第六章：化工案例分析（20-22节）教学内容科学性和系统性保证：1. 紧密结合教材，按照课程目标组织教学内容；2. 理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力；3. 由浅入深，循序渐进，使学生系统掌握化工原理知识。
化工原理课程设计
辽宁科技大学课程设计说明书设计题目：化工原理学院、系：化学工程学院专业班级：学生姓名：指导教师：成绩：2014年7月7日化工原理课程设计目 录1.序 (3)1.1化工原理课程设计的目的和要求 ............................................................................... 3 1.2设计概述 .. (4)2.设计计算 (5)2.1物料衡算 ....................................................................................................................... 5 2.2计算塔顶温度、塔底温度及最小回流比的计算 . (6)2.2.1确定操作压力 ..................................................................................................... 6 2.2.2计算塔顶温度（露点温度） ............................................................................. 6 2.2.3计算塔底温度（泡点温度） ............................................................................. 7 2.2.4计算平均相对挥发度 ......................................................................................... 7 2.2.5计算最小回流比Rmin ....................................................................................... 7 2.3计算最佳操作回流比与塔板层数 ............................................................................... 8 2.4塔板结构计算：（设计塔顶第一块板） .. (16)2.4.1计算塔顶实际的汽液相体积流量 ................................................................... 16 2.4.2选取塔板间距T H ............................................................................................. 17 2.4.3计算液汽动能参数C ....................................................................................... 17 2.4.4计算液泛速度F U )(max U ................................................................................. 17 2.4.5空塔气速 ........................................................................................................... 18 2.4.6选取溢流方式及堰长同塔径的比值Dl w /: (18)2.4.7计算塔径 ........................................................................................................... 18 2.4.8计算塔径圆整后的实际气速： ....................................................................... 18 2.4.9在D=1.6m 时，塔板结构尺寸 ........................................................................ 19 2.5溢流堰高度wh 及堰上液层高度owh 的确定 (19)2.6板面筛孔布置的设计 (19)2.6.1选取筛孔直径d o=5mm (19)2.6.2计算开孔区面积a A (20)2.6.3开孔率 (20)2.6.4开孔面积 (20)2.6.5孔速 (20)2.7水力学性能参数计算及校核 (20)2.7.1液沫夹带分率的检验 (20)2.7.2塔板压降 (21)2.7.3液面落差的校验 (21)2.7.4塔板漏液状况的校验 (21)2.7.5降液管液泛情况的校验 (22)2.7.6液体在降液管内停留时间的校验 (22)2.8塔板负荷性能图及操作性能评价 (23)2.8.1负荷性能图 (23)2.8.2操作性能的评定 (25)2.9筛板设计计算的主要结果 (26)3.参考文献 (27)4.双组分连续精馏的流程图 (28)5.结束语 (29)1.序1.1化工原理课程设计的目的和要求课程设计是《化工原理》课程的一个总结性教学环节，是培养学生综合运用本门课程及有关选修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练。
化工原理 第七章 传质与分离过程概论
一、分子扩散现象与费克定律
2.费克(Fick)定律 描述分子扩散过程的基本定律—费克第一定律。
dcA J A DAB dz
及
J B DBA
dcB dz
kmol/(m2·s
)
费克第 一定律
DAB —组分A在组分B中的扩散系数，m2/s DBA —组分B在组分A中的扩散系数，m2/s
一、分子扩散现象与费克定律
混合物的总质量分数
i 1
wi 1
N
二、质量分数与摩尔分数
2.摩尔分数 摩尔分数定义式
nA xA n
xi 1
N
液相
nA yA n
气相
混合物的总摩尔分数
i 1
i 1
yi 1
N
二、质量分数与摩尔分数
质量分数与摩尔分数的关系 由质量分数 求摩尔分数
xA
wA / M A
～
NA
～ 总体流动影响
p总 / pBM 1 N A J A 无总体流动
三、液体中的稳态分子扩散
1.等分子反方向扩散 参照气体中的等分子反方向扩散过程，可写出
NA
DAB z
(cA1 cA2 )
z z2 z1
—组分A在溶剂B中的扩散系数，m2/s DAB
三、液体中的稳态分子扩散
xB2 xB1 xB2 ln xB1
停滞组分 B 对数平均物 质的量浓度
xBM
停滞组分 B 对数平均摩 尔分数
四、扩散系数
1.气体中的扩散系数 通常，扩散系数与系统的温度、压力、浓度以 及物质的性质有关。对于双组分气体混合物，组分 的扩散系数在低压下与浓度无关，只是温度及压力 的函数。气体扩散系数可从有关资料中查得，某些 双组分气体混合物的扩散系数列于附录一中。气体 中的扩散系数，其值一般在 1104 ~ 1105 m2/s 范 围内。
化工原理请制定二氧化碳空气混合气体分离的初步分离方案
化工原理请制定二氧化碳空气混合气体分离的初步分离方案
二氧化碳和空气是两种化学成分不同、密度差异较小的气体，因此二氧化碳空气混合气体的分离需要采用特殊的分离方法。
以下是一个初步的分离方案：
1.低温液化分离法：由于二氧化碳具有比空气更高的液化温度，可以通过低温液化的方式进行分离。
具体操作方法是将混合气体置于低温环境下，使二氧化碳与空气分别液化，然后通过不同的液体密度把二氧化碳和空气分开。
2.吸附分离法：利用二氧化碳和空气在吸附材料上的亲和性差异实现分离。
可以采用吸附柱、透析膜等吸附材料，使二氧化碳和空气在吸附材料上的吸附速度不同，从而实现分离。
3.燃烧分离法：由于二氧化碳和空气的反应有别于二氧化碳、氧气和氮气的反应，可以通过燃烧分离法进行分离。
具体方法是将混合气体引入燃烧室中，在高温高压条件下将二氧化碳和空气分解为水和二氧化碳，然后通过筛选等方法将水和二氧化碳分离。
这些方案都有各自的优缺点，需要根据实际情况选择合适的方案。
在实际操作过程中，可以根据需要和时间、成本等各方面的考虑进行优化，使分离效率最大化，同时保证操作的安全和环保。
化工原理乙醇水分离
化工原理乙醇水分离乙醇和水之间的分离是化工工程中常见的操作。
乙醇水混合物的分离过程是基于两种物质的沸点差异，常用的分离技术有蒸馏、萃取、结晶等。
下面将从蒸馏过程和方法、蒸馏塔的选择以及蒸发结晶过程等方面详细介绍乙醇水分离的原理。
蒸馏是乙醇水分离最常用的方法之一、根据乙醇与水的沸点差异，可以利用这一特性将乙醇和水分离。
乙醇和水分别沸腾的温度为78.3℃和100℃，由于乙醇的沸点低于水，可以通过蒸馏将乙醇从水中分离出来。
在蒸馏过程中，将混合液加热至乙醇的沸点，蒸发的蒸汽经过冷凝器冷凝成液体，就可以得到乙醇。
蒸馏塔的选择与乙醇水混合物的组成和要求有关。
常用的蒸馏塔有简易塔、分馏塔、萃取塔等。
简易塔适用于乙醇水混合物中乙醇的含量较高的情况，分馏塔适用于乙醇和水浓度接近的情况，而萃取塔适用于乙醇和水浓度差异较大的情况。
选择适合的蒸馏塔可以提高乙醇水分离的效率。
除了蒸馏之外，还可以利用萃取法进行乙醇水分离。
在乙醇和水分离中，常用的溶剂是醚类或酯类溶剂。
萃取法的基本原理是利用醚类或酯类溶剂与乙醇水混合物中的乙醇形成可溶性配合物，然后通过蒸馏将乙醇从溶剂中分离出来。
这种方法可实现乙醇水的分离，但其操作难度相对较大。
此外，乙醇水混合物的分离还可以通过蒸发结晶法实现。
蒸发结晶是将溶液蒸发至过饱和状态，形成结晶而分离溶质的过程。
将乙醇水混合物加热蒸发，通过降温或加入结晶剂促使溶液过饱和结晶，然后通过过滤等步骤将乙醇和水分离。
蒸发结晶法的优点是操作简单，但需要考虑溶剂回收和废水处理等问题。
总结来说，乙醇水分离是化工工程中常见的操作，常用的分离技术有蒸馏、萃取、结晶等。
根据乙醇和水的沸点差异，蒸馏是最常用的分离方法。
选择适合的蒸馏塔可以提高分离效率。
此外，还可以利用萃取和蒸发结晶等方法进行乙醇水分离。
这些分离方法可以根据具体情况选择适合的工艺，实现乙醇和水的有效分离。
化工原理实验及课程设计课程设计
化工原理实验及课程设计课程设计前言化工原理实验及课程设计课程是化学工程专业学生的重要学科之一。
通过该课程的学习，学生能够深入了解化工原理的基础知识并掌握实验技能，培养自己的思维能力、动手实践能力和团队协作精神。
本文将介绍化工原理实验及课程设计课程的教学设计和实践实施经验，以期对相关教学工作有所启示。
课程设计目的本课程设计旨在：1.让学生了解化工原理实验的基础知识和实验技能；2.培养学生的实验操作能力、数据处理能力和分析问题的能力；3.提升学生的实践能力和创新思维，促进学生对化工原理理论知识的深刻理解和应用。
课程设计内容本次课程设计主要分为两个部分：化工原理实验和课程设计。
具体内容如下：化工原理实验化工原理实验是本次课程设计的重要组成部分，主要涉及以下实验项目：1.热力学循环实验：通过实验观察和记录锅炉、蒸发器、冷凝器等设备的工作状态，研究热力学循环的特性和规律；2.反应过程实验：选取不同的反应体系，控制反应条件并记录实验数据，分析反应过程的动力学规律和影响因素；3.萃取分离实验：利用萃取技术进行物质的分离和提纯，探究不同溶剂对物质提取的影响；4.流量计校准实验：利用机械式流量计和电子式流量计进行校准实验，并对校准结果进行误差分析和调整。
课程设计课程设计是本次课程设计的另一部分，学生需要根据课程要求进行独立思考、课程设计和实际测试。
具体内容如下：1.热力学循环系统设计：根据给定的数据和条件，学生需要设计一个完整的热力学循环系统，包括系统结构、设备选择、控制系统等。
2.反应器选择与设计：学生需要根据反应类型和要求，选择适当的反应器类型和设计反应器结构、进料方式等3.传质过程模拟：利用化工流程模拟软件对不同物质的传质过程进行模拟和分析，并进行参数优化和实验验证。
4.课程总结报告：学生需要根据实验结果和设计经验进行总结，撰写一份完整的课程总结报告，包括课程设计的过程、原理、技术要点和结果分析。
教学方法化工原理实验及课程设计课程教学采用以下教学方法：1.理论讲授：通过教师主讲和学生讨论的方式，对化工原理实验的基本知识、技术原理进行详细介绍；2.实验操作：学生通过实验操作练习，掌握实验技能和实践经验；3.课程设计：学生进行独立思考、设计和实践测试，提高自主创新能力和实践能力；4.课程总结：学生进行课程总结和报告撰写，提升自我沟通能力和表达能力。
化工原理(第四版)谭天恩 第三章 机械分离与固体流态化
《化工原理》电子教案/第三章
二、沉降设备
气 固 体 系---用于除去>75m以上颗粒 降 尘 室 重 力 沉 降 设 备 液 固 体 系 沉 降 槽
液固体系 旋液分离器
离 心 沉 降 设 备 旋风分离器 气固体系 ---用于除去>5～10m 颗粒
4d s g u0 3
如图3-2中的实线所示。
Re0=du0/ 1或2
24 层流区 Re0
u0
d 2 s g 18
----斯托克斯定律
作业：
10/69
《化工原理》电子教案/第三章
1、自由沉降
离心沉降速度 离心加速度ar=2r=ut2/r不是常量 颗粒受力：
加料 清液溢流 清液
耙 稠浆
除尘原理：与降尘室相同
连续式沉降槽
19/69
《化工原理》电子教案/第三章
增稠器（沉降槽） 特点：
属于干扰沉降 愈往下沉降速度愈慢-----愈往下颗粒浓度愈高，其表观粘 度愈大，对沉降的干扰、阻力便愈大； 沉降很快的大颗粒又会把沉降慢的小颗粒向下拉，结果小颗 粒被加速而大颗粒则变慢。 有时颗粒又会相互聚结成棉絮状整团往下沉，这称为絮凝现 象，使沉降加快。
9 B dc Nu i s
含尘 气体 A
B
净化气体
N值与进口气速有关，对常用形式的旋风分离器，风速 1225 ms-1范围内，一般可取N =34.5，风速愈大，N也 愈大。 思考：从上式可见，气体 ，入口B ，气旋圈数N ，进口气速ui ，临界粒径越小，why？
D
结论：旋风分离器越细、越长，dc越小
这种过程中的沉降速度难以进行理论计算，通常要由实验决 定。
《化工原理》第3章 非均相物系的分离
20
第3章 非均相物系的分离
图3-15表示分配头的结构。此分配头由一随转鼓转动的 转动盘和一固定盘所组成。
1.转动盘 2.固定盘 3.与真空管路相通的孔隙 4.与洗涤液贮槽相通的孔隙 5、6.与压缩空气管路相通的孔隙 7.转动盘上的小孔 图3-15 分配头
21
图3-17 气体在旋风分离器中的运动情况
25
第3章 非均相物系的分离
2.旋液分离器 旋液分离器是一种利用 离心力的作用分离悬浮液的 设备。其结构和原理和旋风 分离器相似。如图3-18所示， 设备主体是由圆筒和圆锥两 部分构成。
1.悬浮液入口管 2.圆筒 3.锥形筒 4.底流出口 5.中心溢流管 6.溢流出口管 图3-18 旋液分离器
我们从过滤速率式出发，求出过滤的推动力和阻力，然后 对上式进行积分即可得到滤液量V与过滤时间τ之间的关 系，即过滤基本方程式。
13
第3章 非均相物系的分离
2.恒压过滤方程式 过滤操作可以在恒压、恒速，先恒速后恒压等不同条件 下进行，其中恒压过滤是最常见的过滤方式。连续过滤机上 进行的过滤都是恒压过滤，间歇过滤机上进行的过滤也多为 恒压过滤，因此，我们重点讨论恒压过滤方程式。 恒压过滤时滤液体积与 过滤时间的关系为一抛物线 方程，如图3-8所示。
第3章 非均相物系的分离
3.1 概述 3.2 重力沉降 3.3 过滤 3.4 离心分离
第3章 非均相物系的分离
3.1 概述
在化工生产中，经常遇到混合物的分离过程。混合物可 分为两大类，即均相混合物（或均相物系）和非均相混合物 （或非均相物系）。 若物系内各处组成均匀且不存在相界面，则称为均相混 合物（或均相物系）。如溶液及混合气体都属于均相物系。 均相物系的分离可采用蒸发、精馏、吸收等方法。若物系内 有相界面存在且界面两侧的物质的性质截然不同，这类物系 称为非均相混合物（或非均相物系）。如含尘气体和含雾气 体属于气态非均相物系；悬浮液、乳浊液、泡沫液等属于液 态非均相物系。
化工分离工程
主要内容
第1章 第2章 第3章 第4章 第5章 第6章 绪论 精馏 吸收 液液萃取 分离过程的节能 其他分离技术和分离方 法的选择
第1章 绪论
1.1 概述 1.2 分离因子 1.3 过程开发及方法 1.4 分离方法的选择
第1章 绪论
基本要求： 1)了解分离操作在化工生产中的重要性; 2)熟悉分离过程的分类; 3)掌握分离因子的概念及意义; 4)了解分离方法的选择;
结晶
吸附 干燥 浸取 离子交换
液体
气体或液体 湿物料 固体 液体
冷或热
固体吸附剂 热 溶剂 固体树脂
液体+固体
固体+液体或气体 固体+蒸汽 固体+液体 液体+固体
过饱和
吸附力不同 湿组分蒸发 溶解度不同
离子的可交换性
2）速率控制分离过程
过程名称 气体扩散 原 料 气体 分离剂 压力梯度和膜 产 品 气体 分离原理 多孔膜中扩散的速 率差异 热扩散速率差异 膜对不同离子的选择 性渗透 胶质在电场下的迁 移速率差异 溶质溶解度与溶剂 在膜中的扩散速率 分子大小差异
精馏中，分离因子又称为相对挥发度，它相对于汽液平 衡常数而言，对温度和压力的变化不敏感，可近似看作 常数，使计算简化。
（2）分离因子的意义
1）双组分中的相对挥发度 已知A、B两组分挥发度为：
A pA / xA B pB / xB
由Dalton分压定律可知：pA+pB=p，而pA=yAp，pB=yBp， 所以：
WHY
Why Separate?
WHY
一、分离过程的地位
化工生产
反应（Reactive） 分离 萃取物 （Extractive Natural raw material） 配制（Formulation） 分离
化工原理 第三章 非均相物系的分离
集尘斗
降尘室
含尘气体
净化气体
ut
u
降尘室工作原理:
H 沉降时间： t ut L 停留时间： u
分离条件：
L H t u ut
——降尘室使颗粒沉降条件
降尘室的生产能力:
L H u ut
u Vs
HbL H Vs ut ( Hb)
Vs bLut
沉降分离：借助某种外力的作用，利用分散物质与 分散介质的密度差异使之发生相对运动而分离的 过程。
沉降方式:
重力沉降
作用力是重力
离心沉降
作用力是惯性离心力
一、重力沉降速度
1.球形颗粒的自由沉降： 受力分析
π 3 重力：Fg d s g 6 π 3 浮力：Fb d ρg 6
Fb
Fg
s
3）影响沉降速度的因素(以层流区为例)
1) 颗粒直径d:
水净化，加入絮凝剂（明矾）。
d 2 (s )g ut 18
啤酒生产，采用絮状酵母，d↑→ut↑，易于分离和澄清。
2) 连续相的粘度：
加酶：清饮料中添加果胶酶，使 ↓→ut↑，易于分离。 增稠：浓饮料中添加增稠剂，使 ↑→ut↓，不易分层。
已知ut 求d
ut3 2 令K' (s ) g 滞流区：Re t dut
18ut3 2 18 K ' 1 (s ) g ut3 2 K' 1000 2 2 1.74 ( s ) g 1.74
K ' 0.0556 湍流区：Re t dut
第二节颗粒及颗粒床层的特性
一、颗粒的特性（形状，体积和表面积） 1、单一颗粒特性 （1）球形颗粒
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化工原理-化工分离过程教学设计
摘要
化工分离过程是化工工程领域中的重要组成部分，涉及到许多基本的物理、化
学原理和设备。
对于化工专业学生而言，学好化工分离过程对他们今后从事化工工程的研究和生产具有重要意义。
本文将重点介绍在化工分离过程教学中的教学目标、教学内容、教学方法、教学手段以及教学效果的评价等方面。
一、教学目标
通过本节课的学习，学生应掌握以下知识和技能：
1.了解化工工程中的基本分离过程和设备。
2.了解化工工程中常见的操作步骤以及所需设备的原理和特点。
3.掌握化工分离过程中的常见材料平衡和能量平衡方程式，以及其计算
方法。
4.掌握化工分离过程中的设备选择、操作参数的调节、数据处理等基本
技能。
5.了解化工分离过程的应用前景和发展趋势。
二、教学内容
本节课程是以化工分离过程为主线的课程，主要涉及以下内容：
1.化工分离过程概述：将分离过程分为物理分离和化学分离，并介绍常
用的分离设备，如离心机、蒸馏器、萃取塔等。
2.分离工艺流程的设计：根据分离工艺的需要，设计工艺流程，如线性
回归、逻辑回归、支持向量机等。
3.设备选型与操作参数的调节：介绍化工分离设备的性能参数，如传热
系数、传质系数、压降等，以及如何调节操作参数以优化设备运行。
4.材料平衡与能量平衡的计算：介绍化工分离过程中常用的材料平衡和
能量平衡方程式，以及其计算方法。
5.数据处理与分析：介绍化工分离过程中所涉及的数据处理和分析方法，
如其他工序的数据整理、清洗和分析。
三、教学方法和教学手段
在本节课程的教学过程中，应以学生为主体，注重培养学生的实践能力和综合
素质。
具体教学方法和手段可包含以下几个方面：
1.课堂讲授：通过上课讲解和图表、图像的对比展示，让学生了解基本
的化工分离过程及其原理。
2.实验操作：导入化工实验中的化工分离过程，让学生更加深入地了解
工艺流程与设备的选择。
3.课程设计：教师在课堂结束后，可提供分离过程的设计题目，让学生
独立完成课程设计，在实践中掌握所学知识。
4.论文阅读：通过对化工分离过程的相关文献阅读，引导学生了解干预
过程的基本方法，以及探讨不同干预方法对实验结果的影响。
四、教学效果的评价
为了评价学生的学习效果，教师可从以下几个方面进行评价：
1.考核：利用化工分离过程的考核题目，实现对学生掌握程度的考核。
2.实验操作：通过实际体验，考评学生的操作技能。
3.课程设计：通过学生的课程设计，考评学生的实际应用能力。
4.论文阅读：通过摘要写作、论文讲解等方式，考评学生的阅读和理解
能力。
五、总结
化工分离过程教学是化工工程专业中的重要课程之一，涉及的领域广泛、知识
复杂。
通过本文的分析，我们可以发现：在化工分离过程教学中，内容的逐级增长设计要合理科学，操作也应在实践中逐渐增加，促使学生形成广泛的知识视野和创新的能力。
同时，评价方法也应主要围绕着实践操作环节进行、更加贴近实际应用。
这样才能达到培养出真正具有化工分离过程设计能力的高素质人才的目的。