天津大学姜忠义-化工分离工程教案

天津大学姜忠义_化工分离工程教案2024-01-24课程介绍与教学目标化工分离原理与方法蒸馏技术及应用萃取技术及应用膜分离技术及应用结晶与干燥技术及应用实验设计与数据分析方法目录01课程介绍与教学目标化工分离工程在化工、石油、制药、环保等领域具有广泛的应用，对于提高产品质量、降低能耗和减少环境污染具有重要意义。本课程将系统介绍化工分离工程的基本原理、方法、技术和设备，培养学生分析和解决化工分离问题的能力。化工分离工程是化学工程的一个重要分支，主要研究物质在物理、化学性质上的差异，通过特定的工艺和设备实现不同组分的分离和纯化。化工分离工程概述010204教学目标与要求掌握化工分离工程的基本概念和原理，了解各种分离方法的优缺点和适用范围。熟悉常见的化工分离设备及其操作原理，能够进行简单的设备选型和设计。培养学生的实验技能和创新能力，能够独立完成实验操作和数据分析。提高学生的团队协作和沟通能力，培养学生的工程素养和职业道德。03课程安排本课程共分为理论教学和实验教学两部分。理论教学包括课堂讲授、讨论课和案例分析等环节；实验教学包括基础实验和综合实验两个层次。考核方式本课程采用平时成绩、期末考试成绩和实验成绩相结合的考核方式。平时成绩占总评成绩的30%，包括课堂表现、作业和小组讨论等；期末考试成绩占总评成绩的50%；实验成绩占总评成绩的20%。课程安排与考核方式02化工分离原理与方法利用混合物中各组分物理或化学性质的差异进行分离。通过改变操作条件，使混合物中的某些组分达到分离的目的。遵循热力学第二定律，即分离过程需要消耗能量。化工分离原理通过机械力的作用进行分离，如过滤、沉降等。机械分离利用混合物中各组分热性质的差异进行分离，如蒸馏、蒸发等。传热分离通过传质过程使混合物中的某些组分得以分离，如吸收、萃取等。传质分离利用电化学原理进行分离，如电渗析、电泳等。电化学分离化工分离方法分类混合物的性质分离要求设备条件经济性化工分离方法选择依据包括组分的物理性质、化学性质以及混合物的状态等。现有设备的种类、规格以及操作条件等。所需产品的纯度、收率以及分离过程的能耗、物耗等。分离过程的成本、投资以及经济效益等。03蒸馏技术及应用蒸馏定义蒸馏是利用液体混合物中各组分挥发度的差别，使液体混合物部分汽化并随之使蒸汽部分冷凝，从而实现其所含组分的分离。蒸馏过程蒸馏过程主要包括加热、汽化、冷凝和冷却四个步骤。在蒸馏过程中，被分离的液体混合物被加热至沸腾，产生的蒸汽经过冷凝器冷凝后得到液体产品。蒸馏原理蒸馏原理基于道尔顿分压定律和拉乌尔定律。道尔顿分压定律表明，混合气体的总压力等于各组分气体分压之和。拉乌尔定律则指出，在一定温度下，稀溶液溶剂的蒸气压等于纯溶剂的蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。蒸馏技术基本原理在石油炼制中，蒸馏技术被用于将原油分离成不同沸点的馏分，如汽油、煤油、柴油等。石油炼制化工生产食品加工医药制造在化工生产中，蒸馏技术被用于分离和提纯各种化学产品，如醇、酮、酸等。在食品加工中，蒸馏技术被用于提取和浓缩食品中的香味成分和色素等。在医药制造中，蒸馏技术被用于提纯药物和制备注射用水等。蒸馏技术应用领域操作步骤01蒸馏技术的操作步骤包括准备原料、加热原料、收集馏分和结束蒸馏等。操作注意事项02在操作蒸馏技术时，需要注意控制加热速度、保持适当的馏出速度、防止暴沸和及时更换接收瓶等。优化措施03为了提高蒸馏技术的分离效果和效率，可以采取优化措施，如选择合适的加热方式和加热温度、增加冷凝器的冷却效果、减少设备和管道的热损失等。蒸馏技术操作与优化04萃取技术及应用相似相溶原理萃取技术基于相似相溶原理，即溶质在与其性质相似的溶剂中溶解度更大。通过选择合适的溶剂，可以实现溶质的选择性分离。分配定律萃取过程中，溶质在两种不互溶的溶剂中的分配遵循分配定律。分配定律描述了溶质在两种溶剂中的分配比例与溶剂性质、温度等因素的关系。传质过程萃取过程中的传质包括分子扩散和对流扩散。分子扩散是溶质分子在溶剂中的无规则运动，而对流扩散则是由于溶剂的流动引起的溶质传递。萃取技术基本原理在石油化工中，萃取技术用于分离和提纯各种烃类化合物，如汽油、煤油、柴油等。石油化工精细化工产品中往往含有多种成分，萃取技术可用于分离和提纯目标产物，提高产品质量。精细化工在医药制造中，萃取技术用于从天然药物或合成药物中提取有效成分，以及去除杂质。医药制造萃取技术可用于处理工业废水、废气等，回收有价值的物质，减少环境污染。环保工程萃取技术应用领域设备改进随着科技的进步，新型萃取设备不断涌现，如微波辅助萃取、超声波萃取等。这些设备可以提高萃取效率，降低能耗和减少环境污染。操作步骤萃取操作通常包括混合、沉降、分离和回收等步骤。合理的操作步骤和条件选择对萃取效果至关重要。溶剂选择选择合适的溶剂是萃取技术的关键。溶剂的选择应考虑到溶质的性质、溶解度、选择性以及环保等因素。条件优化通过调整萃取条件如温度、压力、溶剂比等，可以优化萃取效果，提高分离效率和产品质量。萃取技术操作与优化05膜分离技术及应用膜的选择透过性利用膜对不同物质的选择透过性差异，实现物质的分离。膜两侧的物质浓度差膜两侧的物质浓度差是膜分离技术的驱动力，物质从高浓度侧向低浓度侧迁移。膜的孔径及分布膜的孔径大小及分布决定了不同大小分子的通过能力，从而实现物质的分离。膜分离技术基本原理ABCD膜分离技术应用领域水处理用于海水淡化、苦咸水淡化、工业废水处理等领域，去除水中的有害物质，提高水质。生物医药用于药物分离提纯、生物大分子分离等领域，提高药物纯度和生物大分子的分离效率。气体分离用于空气分离、天然气净化等领域，实现气体组分的分离和提纯。化工领域用于化工原料的分离提纯、化学反应产物的分离等领域，提高化工产品的纯度和收率。操作条件的优化通过调整操作压力、温度、流量等操作条件，优化膜分离过程，提高分离效率。技术经济评价对膜分离技术的经济性进行评估，包括设备投资、运行费用、维护费用等方面，为实际应用提供参考。膜的清洗与维护定期对膜进行清洗和维护，去除膜表面的污染物和沉积物，保持膜的通量和分离性能。膜的选择与预处理根据分离对象和分离要求选择合适的膜材料和结构，对膜进行必要的预处理以提高其性能。膜分离技术操作与优化06结晶与干燥技术及应用03结晶方法与设备介绍常见的结晶方法，如冷却结晶、蒸发结晶等，以及相应的结晶设备，如结晶器、冷却器等。01溶解度与过饱和度阐述物质在溶剂中的溶解度及过饱和度概念，探讨影响溶解度的因素。02晶核形成与晶体生长分析溶液中的晶核形成过程及晶体生长机制，介绍影响晶体形态和大小的因素。结晶技术基本原理湿空气性质阐述湿空气的基本性质，如绝对湿度、相对湿度、露点等，探讨湿空气状态变化对干燥过程的影响。干燥过程热力学分析干燥过程中的热量传递和质量传递原理，介绍干燥过程的热力学基础。干燥方法与设备介绍常见的干燥方法，如对流干燥、辐射干燥等，以及相应的干燥设备，如干燥箱、喷雾干燥器等。干燥技术基本原理123在化工生产中，结晶与干燥技术广泛应用于分离提纯有机物、无机盐等产品，以及处理废水、废气等。化工领域在医药制造中，结晶与干燥技术用于药物的合成、提纯和制剂过程中，确保药品质量和稳定性。医药领域在食品加工中，结晶与干燥技术用于糖果、奶粉等产品的生产，以及蔬菜、水果等食品的脱水处理。食品领域结晶与干燥技术应用领域详细介绍结晶与干燥技术的操作步骤，包括设备准备、物料投放、过程控制等，并指出操作过程中的注意事项。操作步骤与注意事项探讨如何优化结晶与干燥过程，提高产品质量和降低能耗，包括选择合适的工艺参数、改进设备结构等。过程优化与控制分析结晶与干燥过程中可能出现的故障及其原因，提供相应的故障诊断和处理方法。故障诊断与处理结晶与干燥技术操作与优化07实验设计与数据分析方法对照原则设立对照组和实验组，通过比较两组结果，确定处理因素对实验结果的影响。随机原则在实验对象的分配、处理等方面采用随机化方法，以减少实验误差。重复原则对同一实验进行多次重复，以获得更可靠的结果。代表性原则选择具有代表性的实验对象，使实验结果具有普遍意义。实验设计原则和方法数据采集使用合适的测量工具和设备，按照实验设计的要求进行数据采集。数据整理对采集的数据进行整理、分类和编码，以便于后续分析。数据清洗去除异常值、缺失值和重复值等，保证数据质量。数据转换根据需要对数据进行转换或标准化处理，以便于比较和分析。数据采集和处理方