02487 傳遞與分離
一、課程的性質(zhì)及要求
(一)本課程的性質(zhì)和目的
“傳遞與分離”是化學(xué)工程分支學(xué)科之一。它包含《化工傳遞過程基礎(chǔ)》和《化工分離過程》,著重闡述動(dòng)量、能量、質(zhì)量的傳遞實(shí)質(zhì)和規(guī)律,研究化工過程中的強(qiáng)度量分布和傳遞通量。闡述了常用的分離過程的基本理論,過程特點(diǎn),建立了數(shù)學(xué)模型及其求解方法,討論了分離設(shè)備的處理能力和效率。本課程是化工過程研究,設(shè)計(jì)和開發(fā)的理論基礎(chǔ),是化學(xué)工程專業(yè)基礎(chǔ)課,是化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生的必修課程。
本課程以“高等數(shù)學(xué)"、“大學(xué)物理”、 “物理化學(xué)”、“化工原理”、“化工熱力學(xué)”等為先修課程。
通過本門課程的學(xué)習(xí)將達(dá)到如下二個(gè)基本目的。第一,深入了解和掌握傳遞過程和傳質(zhì)分離過程的現(xiàn)象、機(jī)理和數(shù)學(xué)模型。第二,初步具備能運(yùn)用所學(xué)的傳遞及分離理淪知識(shí)對(duì)化學(xué)工程的生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、研究進(jìn)行分析的基本能力,對(duì)常見的傳離與分離設(shè)備進(jìn)行有關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算,為從事化工類專業(yè)實(shí)際工作奠定必要的理論基礎(chǔ)。
(二)本課程的基本要求
通過本門課程的學(xué)習(xí),在“化工傳遞過程”部分要求能掌握:粘性流體的動(dòng)基傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞(以下簡稱三傳)的微分衡算方程;根據(jù)給定的邊界條件對(duì)方程進(jìn)行簡化、求解,并對(duì)所求結(jié)果的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行分析討論。在“化工分離過程”部分要求掌握:常用分離過程的基本原理,過程特點(diǎn),數(shù)學(xué)模型及求解方法;著重掌握多組分多級(jí)分離過程的分析及簡捷算方法;了解新型分離技術(shù)。
通過自學(xué),切實(shí)掌握有關(guān)的基本概念、基本原理、基本求解方法以及基本計(jì)算方法。
二、課程考核目標(biāo)
(知識(shí)要點(diǎn)、內(nèi)容難點(diǎn)和考核要求)
第一篇 傳遞過程
第一章 傳遞過程概論
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、傳遞過程的研究對(duì)象
2、傳遞過程的研究方法
3、傳遞過程的名詞和三傳定義
(二)考核要求
1、分子傳遞唯象律表達(dá)式及各項(xiàng)物理意義
2、渦流傳遞唯象律表達(dá)式及各項(xiàng)物理意義
3、傳遞通量的表述
第二章 連續(xù)性方程與運(yùn)動(dòng)方程
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、連續(xù)方程的建立(微分質(zhì)量方程)
2、微分動(dòng)量方程的建立
3、方程的簡化、特例和在其他坐標(biāo)系下的方程
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、方程建立的思路、依據(jù)、步驟和推導(dǎo)
2、連續(xù)性方程的兩種表達(dá)式的形式與物理意義
(三)考核要求
1、根據(jù)具體的物理過程和特定條件建立簡單的微分質(zhì)量方程(推導(dǎo))
2、根據(jù)所給條件對(duì)連續(xù)性方程進(jìn)行簡化
3、隨體導(dǎo)教的正確表達(dá)、各項(xiàng)的物理意義的說明
4、認(rèn)識(shí)并理解其他坐標(biāo)系下的連續(xù)方程
5、總衡算方程不作要求
第三章 運(yùn)動(dòng)方程的應(yīng)用
(奈維-斯托克斯方程的應(yīng)用)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、奈維-斯托克斯方程在穩(wěn)定、層流狀態(tài)下,沿平板、圓管流動(dòng)時(shí)的應(yīng)用—求解速度分布
2、流線定義、特點(diǎn)及流線方程
3、流函數(shù)定義、使用條件及表達(dá)式
4、勢(位)函數(shù)定義、使用條件及表達(dá)式
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、方程的簡化
2、簡化后方程的求解
(三)考核要求
1、奈維-斯托克斯方程在直角坐標(biāo)、柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)系下正確使用和簡化過程
2、速度分布和應(yīng)力分布的計(jì)算
3、流線、流函數(shù)、位函數(shù)的概念、使用條件、對(duì)應(yīng)方程和方程的應(yīng)用
第四章 邊界層流動(dòng)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、速度邊界層定義、邊界層的形成、發(fā)展和分離
2、邊界層微分方程的建立
3、邊界層積分方程的建立
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、準(zhǔn)數(shù)方程、量級(jí)分析和邊界層微分方程的建立
2、邊界層積分方程的建立
(三)考核要求
l、邊界層的概念及定義
2、掌握邊界層分離條件和分離后果
3、沿平板流動(dòng)時(shí),層流邊界層的速度分布,應(yīng)力分布、流量的求取
第五章 湍 流
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、湍流的特點(diǎn)、起因及表征
2、瞬時(shí)量、脈動(dòng)量和時(shí)均量
3、湍流運(yùn)動(dòng)方程
4、混合長及動(dòng)量渦團(tuán)傳遞理論
5、通用速度方程
6、粗糙管中的湍流
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、湍流的表征
2、用均時(shí)量表征瞬時(shí)量的思想及表述方法
3、湍流公式的推導(dǎo)
(三)考核要求
1、湍流概念
瞬時(shí)值的表達(dá);混合長概念及表達(dá);光滑管和粗糙管概念;水力光滑、半粗糙及完全粗糙概念
2、通用速度分布方程的熟練使用
包括:計(jì)算層流內(nèi)層、緩沖層、核心層內(nèi)的速度分布和各層層厚計(jì)算
3、光滑管和粗糙管的阻力計(jì)算
4、沿平板湍流計(jì)算
第六章 熱量傳遞概論與能量方程
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、傳熱的三種方式及機(jī)理
2、能量微分方程的推導(dǎo)
(二)考核要求
l、熟悉不同坐標(biāo)系下的能量方程表達(dá)式
2、根據(jù)已知條件對(duì)能量方程進(jìn)行簡化
3、根據(jù)已知條件建立簡單情況下的能量衡量方程
第七章熱傳導(dǎo)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、熱傳導(dǎo)的基本微分方程
2、一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)
3、不穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)
4、速算圖及多維熱傳導(dǎo)(New mare法則)
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、畢渦特?cái)?shù)Bi(Biot Number)的定義及物理意義
2、三類邊界條件的分類、識(shí)別、互相轉(zhuǎn)換關(guān)系
3、解析解的推導(dǎo)和不同邊界條件下的解
4、各坐標(biāo)系下的速算圖的運(yùn)用及圖中各個(gè)參數(shù)的含義。
(三)考核要求
1、熟悉基本熱傳導(dǎo)的微分方程
2、集總熱容法的判別和正確運(yùn)用
3、無限大物體不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計(jì)算
4、對(duì)薄平板雙向或單向不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱要求會(huì)用速算圖求解
5、上述的運(yùn)用、計(jì)算、求解要求求出具體的溫度隨時(shí)間、地點(diǎn)的分布規(guī)律:求出熱量通量(單位面積所傳遞的熱量,J/m2.s)和傳熱速率(J/S)
6、擴(kuò)展表面的導(dǎo)熱和二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的數(shù)值解不作要求
第八章 對(duì)流傳熱
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、對(duì)流傳熱機(jī)理及對(duì)流傳熱系數(shù)的定義
2、溫度邊界層概念
3、層流下沿板熱量傳遞的精確解和近似解
4、湍流傳熱的類似律(類比解)
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、精確解的推導(dǎo)思路
2、近似解的推導(dǎo)過程
3、類比解的思想
(三)考核要求
l、溫度邊界層的概念
2、努賽爾準(zhǔn)數(shù)(Nu)定義、物理意義及與Bi數(shù)的區(qū)別
3、層流、湍流沿平板穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的邊界層內(nèi)的溫度分布、對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算、傳熱通量和傳熱速率的計(jì)算
4、類比解,尤其是要掌握J(rèn)h因子類似法,會(huì)用阻力系數(shù)f(或(Cd)求取對(duì)流傳熱系數(shù)
5、冷凝和沸騰傳熱不在本課程要求范圍
第九章 質(zhì)量傳遞概論與傳質(zhì)微分方程
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、分子擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)的概念與機(jī)理
2、濃度、速度與通量的定義
3、質(zhì)量傳遞微分方程的建立
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、質(zhì)量基準(zhǔn)、摩爾基準(zhǔn)兩種基準(zhǔn)下的濃度、速度、通量的表達(dá)式
2、同種基準(zhǔn)和不同基準(zhǔn)下濃度、速度和通量的互相轉(zhuǎn)換關(guān)系
(三)考核要求
l、不同坐標(biāo)系下的質(zhì)量傳遞微分方程的識(shí)別
2、上述方程在特定條件下的簡化
3、雙組分混合物擴(kuò)散傳質(zhì)時(shí),總通量、擴(kuò)散通量,組元傳質(zhì)量的表達(dá)式;各項(xiàng)對(duì)流傳質(zhì)貢獻(xiàn);通量之間的關(guān)系,通量與對(duì)應(yīng)速度的關(guān)系,不同基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換方法。
第十章 分子傳質(zhì)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、氣相、液相和固相分子擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式
2、組分A通過靜止組分B的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)(NB=0)
3、等摩爾反向穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)(NA=NB)
4、在靜止介質(zhì)(或固定介質(zhì))中不穩(wěn)定擴(kuò)散
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、平板、圓柱內(nèi)一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散
2、不穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)的分析解、圖解及相平衡關(guān)系
(三)考核要點(diǎn)
1、分子擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算
2、一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(NB=0,NA=NB)時(shí),濃度分布和傳質(zhì)通量的計(jì)算
3、一維不穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散,半無限大物體中的不穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(用公式求解)。
4、多組分混合物擴(kuò)散不作本課程的要求
第十一章 對(duì)流傳質(zhì)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、濃度邊界層的概念與溫度、速度邊界層的區(qū)別
2、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)定義
3、沿平板層流傳質(zhì)的精確解和近似解
4、沿圓管層流傳質(zhì)的精確解和近似解
5、湍流傳質(zhì)的類比解
6、沿平板湍流傳質(zhì)的近似解
7、相際傳質(zhì)理論
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、各個(gè)對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的定義及彼此轉(zhuǎn)換關(guān)系
2、精確解的求解過程
3、uys≠0對(duì)對(duì)流傳遞系數(shù)的影響
(三)考核要點(diǎn)
l、濃度邊界層、溫度邊界層、速度邊界層的對(duì)比討論
2、濃度邊界層對(duì)傳質(zhì)的影響
3、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的求取和傳質(zhì)速率方程
4、沿板層流傳質(zhì)的濃度分布及傳質(zhì)通量(uys =0)
5、沿板湍流傳質(zhì)的濃度分布及傳質(zhì)通量(uys =0)
6、湍流傳質(zhì)的類比解,著重掌握J(rèn)因子法
7、相際傳質(zhì)理論的概念,物理意義與模型的計(jì)算。模型指:雙膜模型、溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型
8、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式,有壁面速度影響的傳質(zhì)不作要求
第二篇 分離過程
第十二章 分離過程緒論
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性
2、分離過程的分類和特征
(二)考核要點(diǎn)
1、平衡分離過程的分離單元操作分類和特征
2、速率分離過程的分離單元操作分類和特征
第十三章 單級(jí)平衡過程
本章著重闡述分離傳質(zhì)基礎(chǔ)—相平衡。相平衡是用于闡述混合物分離原理、傳質(zhì)推動(dòng)力和進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)和關(guān)鍵。
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、汽液平衡和溶液平衡條件
2、相平衡常數(shù)的計(jì)算
3、多組分的泡點(diǎn)溫度、壓力和露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算
4、閃蒸過程的計(jì)算
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、熱力學(xué)中所學(xué)的狀態(tài)方程的回顧與掌握
2、有關(guān)活度、活度系數(shù)定義和計(jì)算
(三)考核要點(diǎn)
l、名詞與定義
結(jié)合化工熱力學(xué),回顧、熟悉有關(guān)與相平衡相關(guān)的基本概念及術(shù)語;泡點(diǎn)、露點(diǎn)及閃蒸的概念;理想與非理想溶液定義及表達(dá),理想與非理想氣體定義及表達(dá)
2、由狀態(tài)方程求取相平衡常數(shù)
3、由活度系數(shù)法求取相平衡常數(shù)及其各種簡化形式
4、泡點(diǎn)、露點(diǎn)的溫度和壓力計(jì)算
5、程序設(shè)計(jì)不做要求
第十四章 多組分級(jí)分離過程分析與簡捷計(jì)算
在化工生產(chǎn)實(shí)際中,遇到更多的是含有多組分或復(fù)雜物系的分離和提純問題,而不是化工原理中所涉及的雙組分或單組分體系,這就增加了過程的復(fù)雜性。因此本章的學(xué)習(xí)將有助于對(duì)各種實(shí)際分離過程的深入理解,是本篇不可少的基礎(chǔ)知識(shí)。
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、設(shè)計(jì)變量
2、多組分精餾過程的分析
3、萃取精餾和共沸精餾等特殊精餾的分析
4、物理吸收和化學(xué)吸收的分析
5、萃取分離過程的分析
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、多組分精餾過程分析,包括:塔內(nèi)流量分布、濃度分布和溫度分布
2、萃取精餾過程原理分析,包括:塔內(nèi)流量分布、溶劑濃度分布
3、共沸精餾過程原理分析,包括:塔內(nèi)組分分析、溫度分析
4、多組分吸收和蒸出過程分析,包括:塔內(nèi)組分分布、溫度分布
(三)考核要點(diǎn)
由于是多組分級(jí)分離,增強(qiáng)了過程的復(fù)雜性,因此對(duì)過程的定性分析的了解,有助于對(duì)各種分離過程的理解,這也是設(shè)計(jì)和強(qiáng)化操作的所不可少的基礎(chǔ)知識(shí),為此要求掌握:
l、基本概念。在回顧復(fù)習(xí)化工原理的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步掌握設(shè)計(jì)變量、固定設(shè)計(jì)變量,可調(diào)設(shè)計(jì)變量;關(guān)鍵組分,非重(輕)關(guān)鍵組分,小回流比,小理論板數(shù),共沸物,共沸精餾,萃取劑,萃取精餾,正偏差,負(fù)偏差,均相,非均相,化學(xué)吸收類型,增強(qiáng)因子等
2、掌握簡單的單元設(shè)計(jì)變量和裝置設(shè)計(jì)變量計(jì)算
3、簡捷計(jì)算法,簡捷計(jì)算常用于設(shè)計(jì)的初級(jí)階段,是對(duì)操作進(jìn)行粗略分析的常用算法,本章要求掌握的簡捷算法。
用于多組分精餾設(shè)計(jì)的有:
①芬斯克(Fenske)法
②恩德吾德(Underwood)法
③吉利蘭(Gilliland)法
用于共沸精餾的有:
④二元非均相共沸精餾的圖解法
用于萃取精餾的有:
⑤萃取精餾的簡化計(jì)算法,集團(tuán)法
用于吸收的有:
⑥多組分吸收的吸收因子法
通過以上簡捷算法,要求能夠進(jìn)行塔內(nèi)的物料衡算,計(jì)算理論和實(shí)際塔板數(shù),回流比,進(jìn)、出口氣、液量及組成的計(jì)算
4、判別化學(xué)吸收的類型,識(shí)別四種反應(yīng)類型的化學(xué)吸收的濃度分布圖。了解不同類型不同反應(yīng)級(jí)數(shù)的增強(qiáng)因子表達(dá)式
5、化學(xué)吸收的塔設(shè)備計(jì)算
6、多組分級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算不做要求
第十五章 分離設(shè)備的處理能力和效率
本章內(nèi)容所涉及的是傳質(zhì)設(shè)備問題,重點(diǎn)討論影響氣液或溶液傳質(zhì)設(shè)備處理能力和效率的各種因素。確定效率的經(jīng)驗(yàn)方法和機(jī)理模型,以及傳質(zhì)設(shè)備的選型問題。
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、影響傳質(zhì)設(shè)備處理能力的各種因素
2、影響傳質(zhì)設(shè)備處理效率的各種因素
3、氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的幾種表示方法
4、氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的估算方法
5、傳質(zhì)設(shè)備的選型
(二)考核要點(diǎn)
l、影響處理能力、效率的因素分析
2、各傳質(zhì)效率的物理意義與求算方法
3、傳質(zhì)設(shè)備的選擇原則
4、萃取設(shè)備的處理能力和效率不做考核要求
第十六章 其它分離技術(shù)和分離過程的選擇
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)分離技術(shù)的要求越來越高,分離的難度也越來越大的過程。為了適應(yīng)這些要求,除對(duì)常規(guī)分離手段加以改進(jìn)和強(qiáng)化外,還不斷開發(fā)出新的分離方法和技術(shù)。本章介紹了一些重要的并日趨成熟的新分離技術(shù)。
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、膜分離技術(shù)
2、吸附分離技術(shù)
3、反應(yīng)精餾技術(shù)
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、對(duì)各種分離過程的選擇
(三)考核要求
1、幾種主要的膜分離過程的分類、推動(dòng)力、傳質(zhì)機(jī)理、截留物、透過物
2、膜分離的基本術(shù)語。如滲透通量、分離效率(截留率),通量衰減系數(shù),對(duì)除膜,非對(duì)稱膜,復(fù)合膜,濃差極化、膜污染等
3、所用膜材料和膜組體的形式
4、反滲透、超濾、微濾、電滲析、氣膜和液膜分離的傳質(zhì)基本機(jī)理
5、吸附分離原理
三、有關(guān)說明和實(shí)施要求
(一)自學(xué)教材
本課程使用教材為:
1、《化工傳遞過程基礎(chǔ)》,陳濤,張國亮主編,化學(xué)工業(yè)出版社(第二版),2002年。
參考書:
①王運(yùn)東,駱廣生,劉謙.《傳遞過程原理》,北京:清華大學(xué)出版社,2002年。
②沙慶云.《傳遞原理》,大連:大連理工大學(xué)出版社,2003年。
2、《化工分離過程》,陳洪鈁,劉家祺主編,化學(xué)工業(yè)出版社,1995年。
參考書:
①賈紹義.《化工傳質(zhì)與分離過程》,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001年。
(二)自學(xué)方法的指導(dǎo)
全面系統(tǒng)地學(xué)習(xí)教材內(nèi)容,注意掌握傳遞過程和分離過程中基本概念,基本原理,基本方程和解題方法,注意在運(yùn)用上下功夫。動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞之間的相互關(guān)系、規(guī)律和各自的特點(diǎn)要注意歸納,做到舉一反三。注意傳質(zhì)分離過程的特性及傳質(zhì)分離操作的強(qiáng)化手段和分離設(shè)備的優(yōu)化計(jì)算。
l、本門課程分為兩篇四部分內(nèi)容
第一篇分為三部分
(1)動(dòng)量傳遞 建立動(dòng)量傳遞方程組,介紹方程組礁層流、湍流中的應(yīng)用。其應(yīng)用是指在特定的條件下求解:流體的速度分布、應(yīng)力分布及流量計(jì)算。介紹邊界層概念和方程,湍流概念和方程。這部分內(nèi)容是學(xué)習(xí)傳遞過程的基礎(chǔ),務(wù)必一開始就扎扎實(shí)實(shí)地加以掌握。
(2)熱量傳遞在這部分內(nèi)容中首先建立了熱量傳遞方程組,接著在穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和穩(wěn)態(tài)層流、湍流傳熱領(lǐng)域展開討論。主要解決在定解條件下固體、流體內(nèi)的溫度分布、局部熱量通量和總熱流率。穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中要掌握一維導(dǎo)熱例子(直角坐標(biāo)和柱坐標(biāo))。在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中注意對(duì)畢渥特?cái)?shù)(Bi)的判別,掌握集總熱容法(Bi<0.1),和無限大物體導(dǎo)熱的高斯誤差函數(shù)法,其它情況可采用圖解法計(jì)算。對(duì)沿板的精確解、近似解所導(dǎo)出的公式會(huì)正確使用,如利用公式求解溫度分布、邊界層層厚及熱流通量。類比解主要是用在湍流傳遞中,其思想是利用較易得到的摩擦阻力系數(shù)類推得出湍流傳熱系數(shù)和湍流傳質(zhì)系數(shù)或是用對(duì)流傳熱系數(shù)類推出對(duì)流傳質(zhì)系數(shù),類比解注意對(duì)J因數(shù)類似法的掌握運(yùn)用。
(3)質(zhì)量傳遞在上述部分基礎(chǔ)上,進(jìn)一步討論了與化工生產(chǎn)為密切的質(zhì)量傳遞,它是傳遞與分離過程間的橋梁。在這部分中建立了組元的質(zhì)量傳遞方程,用于解決濃度分布問題,介紹了傳質(zhì)方式和原理,介紹了對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的定義和在層流、湍流下傳質(zhì)系數(shù)的求解公式。這部分內(nèi)容在方程的建立,求解思路和所用的數(shù)學(xué)解法與(1)(2)部分雷同,學(xué)習(xí)時(shí)可注意借鑒上述知識(shí)。學(xué)完這部分內(nèi)容后,注意全篇的融會(huì)貫通、歸納整理。如每一部分開始都是建立各自的微分方程。三傳的層流解、湍流解、類比解、圖解等都可加以歸納。進(jìn)行對(duì)比找出一些共性的規(guī)律。
第二篇為獨(dú)立一部分
(4)分離過程 該部分在(1)、(2)、(3)部分基礎(chǔ)上,結(jié)合化工原理、化工熱力學(xué)知識(shí),討論工業(yè)應(yīng)用廣泛的精餾、吸收和萃取操作,同時(shí)對(duì)已獲得工業(yè)應(yīng)用目具有良好運(yùn)用前景的膜分離技術(shù)等新型分離技術(shù)也做了簡單介紹,這部分著重強(qiáng)調(diào)對(duì)基本概念、過程的選擇、特性分析、設(shè)備計(jì)算的掌握。從分離工程的共性出發(fā),討論各種分離方法的特征。強(qiáng)調(diào)將工程和工藝相結(jié)合的觀點(diǎn),以及設(shè)計(jì)和分析能力的訓(xùn)練。本篇的重點(diǎn)章節(jié)是十三、十四章。
2、學(xué)習(xí)時(shí)結(jié)合化工原理、物理化學(xué)和化工熱力學(xué)的知識(shí),準(zhǔn)確理解基本概念、定義。本課程所涉及的內(nèi)容面廣、概念多、所用數(shù)學(xué)手段多、部分內(nèi)容較為抽象造成自學(xué)有一定的難度。學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)當(dāng)一個(gè)部分一個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)、理解,在消化的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一部分的學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)過程還要不斷的小結(jié)、回顧,切忌囫圇吞棗。
3、學(xué)用結(jié)合 學(xué)習(xí)本課程不能只停留在知道幾個(gè)概念、公式,要注意所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用。應(yīng)用分為二方面。一方面是通過做題加深理解。本課所涉及的原理、公式解等要通過大量做題才能加強(qiáng)理解,加深印象。所以首先要將教材中有關(guān)例題務(wù)必看懂。看例題時(shí)先弄清該例題要解決什么問題,思考需要什么概念、方程和解題方法,要先試做再與例題解對(duì)照(做到事半功倍)。除此之外還要從教材和參考書選擇部分習(xí)題獨(dú)立完成。通過這些例題和習(xí)題的練習(xí)(加強(qiáng)理解,應(yīng)用的第二方面是初步掌握應(yīng)用)所學(xué)知識(shí)研究和處理在化工生產(chǎn)過程中的開發(fā)問題,設(shè)計(jì)中遇到的工程問題,實(shí)驗(yàn)研究中的建模問題。
(三)對(duì)社會(huì)助學(xué)的要求
(1)幫助同學(xué)切實(shí)抓住各章考核要點(diǎn),學(xué)握知識(shí)點(diǎn),理清各部分內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系,同時(shí)兼顧一般內(nèi)容。
(2)解決學(xué)習(xí)中疑難問題,建立正確的學(xué)習(xí)方法。課程中的基本方程的建立,微分方程在各定解條件下的運(yùn)用,各個(gè)圖解的正確使用應(yīng)注意輔導(dǎo)。適當(dāng)復(fù)習(xí)高等數(shù)學(xué)知識(shí),但又要避免陷入純數(shù)學(xué)的推導(dǎo),強(qiáng)調(diào)對(duì)各模型、方程的物理實(shí)質(zhì)理解,強(qiáng)調(diào)對(duì)使用條件的掌握。
(3)通過例題講解、作業(yè)分析和課堂討加深同學(xué)對(duì)課程內(nèi)容的理解。可分四個(gè)階段分別舉行復(fù)習(xí)、答疑、小結(jié),鞏固所學(xué)知識(shí)。注意幫助提高同學(xué)分析問題和解決問題的能力,做到舉一反三,提高自學(xué)能力。
(四)關(guān)于命題和考試的若干規(guī)定
1、本課程的命題考試,根據(jù)本大綱規(guī)定的考試內(nèi)容和考試目標(biāo)來確定考試范圍和考核要求,不隨意擴(kuò)大或縮小考試適當(dāng)突出考核要點(diǎn),體現(xiàn)本課程的重點(diǎn)內(nèi)容。
2、試題合理安排難度結(jié)構(gòu)。試題難易度分為易、較易、較難、難四個(gè)等級(jí),每份試卷中,不同難易試題試題的分?jǐn)?shù)比例一般為:易占20%,較易占35%,較難占30%,難占15%。試題的難易度與能力層次不是同一個(gè)概念,在各能力層次中存在不同難度的命題。
3、本課程考試試卷可能采用的題型有:分為基本概念題和計(jì)算題。概念題(70%)又分為:單選題、填空題、名詞解釋、簡答題;計(jì)算題(30%)。
一、課程的性質(zhì)及要求
(一)本課程的性質(zhì)和目的
“傳遞與分離”是化學(xué)工程分支學(xué)科之一。它包含《化工傳遞過程基礎(chǔ)》和《化工分離過程》,著重闡述動(dòng)量、能量、質(zhì)量的傳遞實(shí)質(zhì)和規(guī)律,研究化工過程中的強(qiáng)度量分布和傳遞通量。闡述了常用的分離過程的基本理論,過程特點(diǎn),建立了數(shù)學(xué)模型及其求解方法,討論了分離設(shè)備的處理能力和效率。本課程是化工過程研究,設(shè)計(jì)和開發(fā)的理論基礎(chǔ),是化學(xué)工程專業(yè)基礎(chǔ)課,是化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生的必修課程。
本課程以“高等數(shù)學(xué)"、“大學(xué)物理”、 “物理化學(xué)”、“化工原理”、“化工熱力學(xué)”等為先修課程。
通過本門課程的學(xué)習(xí)將達(dá)到如下二個(gè)基本目的。第一,深入了解和掌握傳遞過程和傳質(zhì)分離過程的現(xiàn)象、機(jī)理和數(shù)學(xué)模型。第二,初步具備能運(yùn)用所學(xué)的傳遞及分離理淪知識(shí)對(duì)化學(xué)工程的生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)、研究進(jìn)行分析的基本能力,對(duì)常見的傳離與分離設(shè)備進(jìn)行有關(guān)的設(shè)計(jì)計(jì)算,為從事化工類專業(yè)實(shí)際工作奠定必要的理論基礎(chǔ)。
(二)本課程的基本要求
通過本門課程的學(xué)習(xí),在“化工傳遞過程”部分要求能掌握:粘性流體的動(dòng)基傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞(以下簡稱三傳)的微分衡算方程;根據(jù)給定的邊界條件對(duì)方程進(jìn)行簡化、求解,并對(duì)所求結(jié)果的實(shí)際運(yùn)用進(jìn)行分析討論。在“化工分離過程”部分要求掌握:常用分離過程的基本原理,過程特點(diǎn),數(shù)學(xué)模型及求解方法;著重掌握多組分多級(jí)分離過程的分析及簡捷算方法;了解新型分離技術(shù)。
通過自學(xué),切實(shí)掌握有關(guān)的基本概念、基本原理、基本求解方法以及基本計(jì)算方法。
二、課程考核目標(biāo)
(知識(shí)要點(diǎn)、內(nèi)容難點(diǎn)和考核要求)
第一篇 傳遞過程
第一章 傳遞過程概論
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、傳遞過程的研究對(duì)象
2、傳遞過程的研究方法
3、傳遞過程的名詞和三傳定義
(二)考核要求
1、分子傳遞唯象律表達(dá)式及各項(xiàng)物理意義
2、渦流傳遞唯象律表達(dá)式及各項(xiàng)物理意義
3、傳遞通量的表述
第二章 連續(xù)性方程與運(yùn)動(dòng)方程
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、連續(xù)方程的建立(微分質(zhì)量方程)
2、微分動(dòng)量方程的建立
3、方程的簡化、特例和在其他坐標(biāo)系下的方程
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、方程建立的思路、依據(jù)、步驟和推導(dǎo)
2、連續(xù)性方程的兩種表達(dá)式的形式與物理意義
(三)考核要求
1、根據(jù)具體的物理過程和特定條件建立簡單的微分質(zhì)量方程(推導(dǎo))
2、根據(jù)所給條件對(duì)連續(xù)性方程進(jìn)行簡化
3、隨體導(dǎo)教的正確表達(dá)、各項(xiàng)的物理意義的說明
4、認(rèn)識(shí)并理解其他坐標(biāo)系下的連續(xù)方程
5、總衡算方程不作要求
第三章 運(yùn)動(dòng)方程的應(yīng)用
(奈維-斯托克斯方程的應(yīng)用)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、奈維-斯托克斯方程在穩(wěn)定、層流狀態(tài)下,沿平板、圓管流動(dòng)時(shí)的應(yīng)用—求解速度分布
2、流線定義、特點(diǎn)及流線方程
3、流函數(shù)定義、使用條件及表達(dá)式
4、勢(位)函數(shù)定義、使用條件及表達(dá)式
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、方程的簡化
2、簡化后方程的求解
(三)考核要求
1、奈維-斯托克斯方程在直角坐標(biāo)、柱坐標(biāo)和球坐標(biāo)系下正確使用和簡化過程
2、速度分布和應(yīng)力分布的計(jì)算
3、流線、流函數(shù)、位函數(shù)的概念、使用條件、對(duì)應(yīng)方程和方程的應(yīng)用
第四章 邊界層流動(dòng)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、速度邊界層定義、邊界層的形成、發(fā)展和分離
2、邊界層微分方程的建立
3、邊界層積分方程的建立
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、準(zhǔn)數(shù)方程、量級(jí)分析和邊界層微分方程的建立
2、邊界層積分方程的建立
(三)考核要求
l、邊界層的概念及定義
2、掌握邊界層分離條件和分離后果
3、沿平板流動(dòng)時(shí),層流邊界層的速度分布,應(yīng)力分布、流量的求取
第五章 湍 流
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、湍流的特點(diǎn)、起因及表征
2、瞬時(shí)量、脈動(dòng)量和時(shí)均量
3、湍流運(yùn)動(dòng)方程
4、混合長及動(dòng)量渦團(tuán)傳遞理論
5、通用速度方程
6、粗糙管中的湍流
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、湍流的表征
2、用均時(shí)量表征瞬時(shí)量的思想及表述方法
3、湍流公式的推導(dǎo)
(三)考核要求
1、湍流概念
瞬時(shí)值的表達(dá);混合長概念及表達(dá);光滑管和粗糙管概念;水力光滑、半粗糙及完全粗糙概念
2、通用速度分布方程的熟練使用
包括:計(jì)算層流內(nèi)層、緩沖層、核心層內(nèi)的速度分布和各層層厚計(jì)算
3、光滑管和粗糙管的阻力計(jì)算
4、沿平板湍流計(jì)算
第六章 熱量傳遞概論與能量方程
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、傳熱的三種方式及機(jī)理
2、能量微分方程的推導(dǎo)
(二)考核要求
l、熟悉不同坐標(biāo)系下的能量方程表達(dá)式
2、根據(jù)已知條件對(duì)能量方程進(jìn)行簡化
3、根據(jù)已知條件建立簡單情況下的能量衡量方程
第七章熱傳導(dǎo)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、熱傳導(dǎo)的基本微分方程
2、一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)
3、不穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)
4、速算圖及多維熱傳導(dǎo)(New mare法則)
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、畢渦特?cái)?shù)Bi(Biot Number)的定義及物理意義
2、三類邊界條件的分類、識(shí)別、互相轉(zhuǎn)換關(guān)系
3、解析解的推導(dǎo)和不同邊界條件下的解
4、各坐標(biāo)系下的速算圖的運(yùn)用及圖中各個(gè)參數(shù)的含義。
(三)考核要求
1、熟悉基本熱傳導(dǎo)的微分方程
2、集總熱容法的判別和正確運(yùn)用
3、無限大物體不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的計(jì)算
4、對(duì)薄平板雙向或單向不穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱要求會(huì)用速算圖求解
5、上述的運(yùn)用、計(jì)算、求解要求求出具體的溫度隨時(shí)間、地點(diǎn)的分布規(guī)律:求出熱量通量(單位面積所傳遞的熱量,J/m2.s)和傳熱速率(J/S)
6、擴(kuò)展表面的導(dǎo)熱和二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的數(shù)值解不作要求
第八章 對(duì)流傳熱
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、對(duì)流傳熱機(jī)理及對(duì)流傳熱系數(shù)的定義
2、溫度邊界層概念
3、層流下沿板熱量傳遞的精確解和近似解
4、湍流傳熱的類似律(類比解)
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、精確解的推導(dǎo)思路
2、近似解的推導(dǎo)過程
3、類比解的思想
(三)考核要求
l、溫度邊界層的概念
2、努賽爾準(zhǔn)數(shù)(Nu)定義、物理意義及與Bi數(shù)的區(qū)別
3、層流、湍流沿平板穩(wěn)態(tài)流動(dòng)時(shí)的邊界層內(nèi)的溫度分布、對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算、傳熱通量和傳熱速率的計(jì)算
4、類比解,尤其是要掌握J(rèn)h因子類似法,會(huì)用阻力系數(shù)f(或(Cd)求取對(duì)流傳熱系數(shù)
5、冷凝和沸騰傳熱不在本課程要求范圍
第九章 質(zhì)量傳遞概論與傳質(zhì)微分方程
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、分子擴(kuò)散傳質(zhì)與對(duì)流傳質(zhì)的概念與機(jī)理
2、濃度、速度與通量的定義
3、質(zhì)量傳遞微分方程的建立
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、質(zhì)量基準(zhǔn)、摩爾基準(zhǔn)兩種基準(zhǔn)下的濃度、速度、通量的表達(dá)式
2、同種基準(zhǔn)和不同基準(zhǔn)下濃度、速度和通量的互相轉(zhuǎn)換關(guān)系
(三)考核要求
l、不同坐標(biāo)系下的質(zhì)量傳遞微分方程的識(shí)別
2、上述方程在特定條件下的簡化
3、雙組分混合物擴(kuò)散傳質(zhì)時(shí),總通量、擴(kuò)散通量,組元傳質(zhì)量的表達(dá)式;各項(xiàng)對(duì)流傳質(zhì)貢獻(xiàn);通量之間的關(guān)系,通量與對(duì)應(yīng)速度的關(guān)系,不同基準(zhǔn)之間的轉(zhuǎn)換方法。
第十章 分子傳質(zhì)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、氣相、液相和固相分子擴(kuò)散系數(shù)的表達(dá)式
2、組分A通過靜止組分B的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)(NB=0)
3、等摩爾反向穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)(NA=NB)
4、在靜止介質(zhì)(或固定介質(zhì))中不穩(wěn)定擴(kuò)散
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、平板、圓柱內(nèi)一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散
2、不穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散傳質(zhì)的分析解、圖解及相平衡關(guān)系
(三)考核要點(diǎn)
1、分子擴(kuò)散系數(shù)的計(jì)算
2、一維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(NB=0,NA=NB)時(shí),濃度分布和傳質(zhì)通量的計(jì)算
3、一維不穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散,半無限大物體中的不穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散(用公式求解)。
4、多組分混合物擴(kuò)散不作本課程的要求
第十一章 對(duì)流傳質(zhì)
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、濃度邊界層的概念與溫度、速度邊界層的區(qū)別
2、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)定義
3、沿平板層流傳質(zhì)的精確解和近似解
4、沿圓管層流傳質(zhì)的精確解和近似解
5、湍流傳質(zhì)的類比解
6、沿平板湍流傳質(zhì)的近似解
7、相際傳質(zhì)理論
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、各個(gè)對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的定義及彼此轉(zhuǎn)換關(guān)系
2、精確解的求解過程
3、uys≠0對(duì)對(duì)流傳遞系數(shù)的影響
(三)考核要點(diǎn)
l、濃度邊界層、溫度邊界層、速度邊界層的對(duì)比討論
2、濃度邊界層對(duì)傳質(zhì)的影響
3、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的求取和傳質(zhì)速率方程
4、沿板層流傳質(zhì)的濃度分布及傳質(zhì)通量(uys =0)
5、沿板湍流傳質(zhì)的濃度分布及傳質(zhì)通量(uys =0)
6、湍流傳質(zhì)的類比解,著重掌握J(rèn)因子法
7、相際傳質(zhì)理論的概念,物理意義與模型的計(jì)算。模型指:雙膜模型、溶質(zhì)滲透模型和表面更新模型
8、對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)關(guān)聯(lián)式,有壁面速度影響的傳質(zhì)不作要求
第二篇 分離過程
第十二章 分離過程緒論
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、分離過程在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性
2、分離過程的分類和特征
(二)考核要點(diǎn)
1、平衡分離過程的分離單元操作分類和特征
2、速率分離過程的分離單元操作分類和特征
第十三章 單級(jí)平衡過程
本章著重闡述分離傳質(zhì)基礎(chǔ)—相平衡。相平衡是用于闡述混合物分離原理、傳質(zhì)推動(dòng)力和進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算的依據(jù)和關(guān)鍵。
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、汽液平衡和溶液平衡條件
2、相平衡常數(shù)的計(jì)算
3、多組分的泡點(diǎn)溫度、壓力和露點(diǎn)溫度和壓力的計(jì)算
4、閃蒸過程的計(jì)算
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、熱力學(xué)中所學(xué)的狀態(tài)方程的回顧與掌握
2、有關(guān)活度、活度系數(shù)定義和計(jì)算
(三)考核要點(diǎn)
l、名詞與定義
結(jié)合化工熱力學(xué),回顧、熟悉有關(guān)與相平衡相關(guān)的基本概念及術(shù)語;泡點(diǎn)、露點(diǎn)及閃蒸的概念;理想與非理想溶液定義及表達(dá),理想與非理想氣體定義及表達(dá)
2、由狀態(tài)方程求取相平衡常數(shù)
3、由活度系數(shù)法求取相平衡常數(shù)及其各種簡化形式
4、泡點(diǎn)、露點(diǎn)的溫度和壓力計(jì)算
5、程序設(shè)計(jì)不做要求
第十四章 多組分級(jí)分離過程分析與簡捷計(jì)算
在化工生產(chǎn)實(shí)際中,遇到更多的是含有多組分或復(fù)雜物系的分離和提純問題,而不是化工原理中所涉及的雙組分或單組分體系,這就增加了過程的復(fù)雜性。因此本章的學(xué)習(xí)將有助于對(duì)各種實(shí)際分離過程的深入理解,是本篇不可少的基礎(chǔ)知識(shí)。
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、設(shè)計(jì)變量
2、多組分精餾過程的分析
3、萃取精餾和共沸精餾等特殊精餾的分析
4、物理吸收和化學(xué)吸收的分析
5、萃取分離過程的分析
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
l、多組分精餾過程分析,包括:塔內(nèi)流量分布、濃度分布和溫度分布
2、萃取精餾過程原理分析,包括:塔內(nèi)流量分布、溶劑濃度分布
3、共沸精餾過程原理分析,包括:塔內(nèi)組分分析、溫度分析
4、多組分吸收和蒸出過程分析,包括:塔內(nèi)組分分布、溫度分布
(三)考核要點(diǎn)
由于是多組分級(jí)分離,增強(qiáng)了過程的復(fù)雜性,因此對(duì)過程的定性分析的了解,有助于對(duì)各種分離過程的理解,這也是設(shè)計(jì)和強(qiáng)化操作的所不可少的基礎(chǔ)知識(shí),為此要求掌握:
l、基本概念。在回顧復(fù)習(xí)化工原理的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步掌握設(shè)計(jì)變量、固定設(shè)計(jì)變量,可調(diào)設(shè)計(jì)變量;關(guān)鍵組分,非重(輕)關(guān)鍵組分,小回流比,小理論板數(shù),共沸物,共沸精餾,萃取劑,萃取精餾,正偏差,負(fù)偏差,均相,非均相,化學(xué)吸收類型,增強(qiáng)因子等
2、掌握簡單的單元設(shè)計(jì)變量和裝置設(shè)計(jì)變量計(jì)算
3、簡捷計(jì)算法,簡捷計(jì)算常用于設(shè)計(jì)的初級(jí)階段,是對(duì)操作進(jìn)行粗略分析的常用算法,本章要求掌握的簡捷算法。
用于多組分精餾設(shè)計(jì)的有:
①芬斯克(Fenske)法
②恩德吾德(Underwood)法
③吉利蘭(Gilliland)法
用于共沸精餾的有:
④二元非均相共沸精餾的圖解法
用于萃取精餾的有:
⑤萃取精餾的簡化計(jì)算法,集團(tuán)法
用于吸收的有:
⑥多組分吸收的吸收因子法
通過以上簡捷算法,要求能夠進(jìn)行塔內(nèi)的物料衡算,計(jì)算理論和實(shí)際塔板數(shù),回流比,進(jìn)、出口氣、液量及組成的計(jì)算
4、判別化學(xué)吸收的類型,識(shí)別四種反應(yīng)類型的化學(xué)吸收的濃度分布圖。了解不同類型不同反應(yīng)級(jí)數(shù)的增強(qiáng)因子表達(dá)式
5、化學(xué)吸收的塔設(shè)備計(jì)算
6、多組分級(jí)分離的嚴(yán)格計(jì)算不做要求
第十五章 分離設(shè)備的處理能力和效率
本章內(nèi)容所涉及的是傳質(zhì)設(shè)備問題,重點(diǎn)討論影響氣液或溶液傳質(zhì)設(shè)備處理能力和效率的各種因素。確定效率的經(jīng)驗(yàn)方法和機(jī)理模型,以及傳質(zhì)設(shè)備的選型問題。
(一)知識(shí)要點(diǎn)
l、影響傳質(zhì)設(shè)備處理能力的各種因素
2、影響傳質(zhì)設(shè)備處理效率的各種因素
3、氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的幾種表示方法
4、氣液傳質(zhì)設(shè)備效率的估算方法
5、傳質(zhì)設(shè)備的選型
(二)考核要點(diǎn)
l、影響處理能力、效率的因素分析
2、各傳質(zhì)效率的物理意義與求算方法
3、傳質(zhì)設(shè)備的選擇原則
4、萃取設(shè)備的處理能力和效率不做考核要求
第十六章 其它分離技術(shù)和分離過程的選擇
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,對(duì)分離技術(shù)的要求越來越高,分離的難度也越來越大的過程。為了適應(yīng)這些要求,除對(duì)常規(guī)分離手段加以改進(jìn)和強(qiáng)化外,還不斷開發(fā)出新的分離方法和技術(shù)。本章介紹了一些重要的并日趨成熟的新分離技術(shù)。
(一)知識(shí)要點(diǎn)
1、膜分離技術(shù)
2、吸附分離技術(shù)
3、反應(yīng)精餾技術(shù)
(二)內(nèi)容難點(diǎn)
1、對(duì)各種分離過程的選擇
(三)考核要求
1、幾種主要的膜分離過程的分類、推動(dòng)力、傳質(zhì)機(jī)理、截留物、透過物
2、膜分離的基本術(shù)語。如滲透通量、分離效率(截留率),通量衰減系數(shù),對(duì)除膜,非對(duì)稱膜,復(fù)合膜,濃差極化、膜污染等
3、所用膜材料和膜組體的形式
4、反滲透、超濾、微濾、電滲析、氣膜和液膜分離的傳質(zhì)基本機(jī)理
5、吸附分離原理
三、有關(guān)說明和實(shí)施要求
(一)自學(xué)教材
本課程使用教材為:
1、《化工傳遞過程基礎(chǔ)》,陳濤,張國亮主編,化學(xué)工業(yè)出版社(第二版),2002年。
參考書:
①王運(yùn)東,駱廣生,劉謙.《傳遞過程原理》,北京:清華大學(xué)出版社,2002年。
②沙慶云.《傳遞原理》,大連:大連理工大學(xué)出版社,2003年。
2、《化工分離過程》,陳洪鈁,劉家祺主編,化學(xué)工業(yè)出版社,1995年。
參考書:
①賈紹義.《化工傳質(zhì)與分離過程》,北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2001年。
(二)自學(xué)方法的指導(dǎo)
全面系統(tǒng)地學(xué)習(xí)教材內(nèi)容,注意掌握傳遞過程和分離過程中基本概念,基本原理,基本方程和解題方法,注意在運(yùn)用上下功夫。動(dòng)量、熱量和質(zhì)量傳遞之間的相互關(guān)系、規(guī)律和各自的特點(diǎn)要注意歸納,做到舉一反三。注意傳質(zhì)分離過程的特性及傳質(zhì)分離操作的強(qiáng)化手段和分離設(shè)備的優(yōu)化計(jì)算。
l、本門課程分為兩篇四部分內(nèi)容
第一篇分為三部分
(1)動(dòng)量傳遞 建立動(dòng)量傳遞方程組,介紹方程組礁層流、湍流中的應(yīng)用。其應(yīng)用是指在特定的條件下求解:流體的速度分布、應(yīng)力分布及流量計(jì)算。介紹邊界層概念和方程,湍流概念和方程。這部分內(nèi)容是學(xué)習(xí)傳遞過程的基礎(chǔ),務(wù)必一開始就扎扎實(shí)實(shí)地加以掌握。
(2)熱量傳遞在這部分內(nèi)容中首先建立了熱量傳遞方程組,接著在穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)和穩(wěn)態(tài)層流、湍流傳熱領(lǐng)域展開討論。主要解決在定解條件下固體、流體內(nèi)的溫度分布、局部熱量通量和總熱流率。穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中要掌握一維導(dǎo)熱例子(直角坐標(biāo)和柱坐標(biāo))。在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱中注意對(duì)畢渥特?cái)?shù)(Bi)的判別,掌握集總熱容法(Bi<0.1),和無限大物體導(dǎo)熱的高斯誤差函數(shù)法,其它情況可采用圖解法計(jì)算。對(duì)沿板的精確解、近似解所導(dǎo)出的公式會(huì)正確使用,如利用公式求解溫度分布、邊界層層厚及熱流通量。類比解主要是用在湍流傳遞中,其思想是利用較易得到的摩擦阻力系數(shù)類推得出湍流傳熱系數(shù)和湍流傳質(zhì)系數(shù)或是用對(duì)流傳熱系數(shù)類推出對(duì)流傳質(zhì)系數(shù),類比解注意對(duì)J因數(shù)類似法的掌握運(yùn)用。
(3)質(zhì)量傳遞在上述部分基礎(chǔ)上,進(jìn)一步討論了與化工生產(chǎn)為密切的質(zhì)量傳遞,它是傳遞與分離過程間的橋梁。在這部分中建立了組元的質(zhì)量傳遞方程,用于解決濃度分布問題,介紹了傳質(zhì)方式和原理,介紹了對(duì)流傳質(zhì)系數(shù)的定義和在層流、湍流下傳質(zhì)系數(shù)的求解公式。這部分內(nèi)容在方程的建立,求解思路和所用的數(shù)學(xué)解法與(1)(2)部分雷同,學(xué)習(xí)時(shí)可注意借鑒上述知識(shí)。學(xué)完這部分內(nèi)容后,注意全篇的融會(huì)貫通、歸納整理。如每一部分開始都是建立各自的微分方程。三傳的層流解、湍流解、類比解、圖解等都可加以歸納。進(jìn)行對(duì)比找出一些共性的規(guī)律。
第二篇為獨(dú)立一部分
(4)分離過程 該部分在(1)、(2)、(3)部分基礎(chǔ)上,結(jié)合化工原理、化工熱力學(xué)知識(shí),討論工業(yè)應(yīng)用廣泛的精餾、吸收和萃取操作,同時(shí)對(duì)已獲得工業(yè)應(yīng)用目具有良好運(yùn)用前景的膜分離技術(shù)等新型分離技術(shù)也做了簡單介紹,這部分著重強(qiáng)調(diào)對(duì)基本概念、過程的選擇、特性分析、設(shè)備計(jì)算的掌握。從分離工程的共性出發(fā),討論各種分離方法的特征。強(qiáng)調(diào)將工程和工藝相結(jié)合的觀點(diǎn),以及設(shè)計(jì)和分析能力的訓(xùn)練。本篇的重點(diǎn)章節(jié)是十三、十四章。
2、學(xué)習(xí)時(shí)結(jié)合化工原理、物理化學(xué)和化工熱力學(xué)的知識(shí),準(zhǔn)確理解基本概念、定義。本課程所涉及的內(nèi)容面廣、概念多、所用數(shù)學(xué)手段多、部分內(nèi)容較為抽象造成自學(xué)有一定的難度。學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)當(dāng)一個(gè)部分一個(gè)章節(jié)的學(xué)習(xí)、理解,在消化的基礎(chǔ)上進(jìn)行下一部分的學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)過程還要不斷的小結(jié)、回顧,切忌囫圇吞棗。
3、學(xué)用結(jié)合 學(xué)習(xí)本課程不能只停留在知道幾個(gè)概念、公式,要注意所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用。應(yīng)用分為二方面。一方面是通過做題加深理解。本課所涉及的原理、公式解等要通過大量做題才能加強(qiáng)理解,加深印象。所以首先要將教材中有關(guān)例題務(wù)必看懂。看例題時(shí)先弄清該例題要解決什么問題,思考需要什么概念、方程和解題方法,要先試做再與例題解對(duì)照(做到事半功倍)。除此之外還要從教材和參考書選擇部分習(xí)題獨(dú)立完成。通過這些例題和習(xí)題的練習(xí)(加強(qiáng)理解,應(yīng)用的第二方面是初步掌握應(yīng)用)所學(xué)知識(shí)研究和處理在化工生產(chǎn)過程中的開發(fā)問題,設(shè)計(jì)中遇到的工程問題,實(shí)驗(yàn)研究中的建模問題。
(三)對(duì)社會(huì)助學(xué)的要求
(1)幫助同學(xué)切實(shí)抓住各章考核要點(diǎn),學(xué)握知識(shí)點(diǎn),理清各部分內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系,同時(shí)兼顧一般內(nèi)容。
(2)解決學(xué)習(xí)中疑難問題,建立正確的學(xué)習(xí)方法。課程中的基本方程的建立,微分方程在各定解條件下的運(yùn)用,各個(gè)圖解的正確使用應(yīng)注意輔導(dǎo)。適當(dāng)復(fù)習(xí)高等數(shù)學(xué)知識(shí),但又要避免陷入純數(shù)學(xué)的推導(dǎo),強(qiáng)調(diào)對(duì)各模型、方程的物理實(shí)質(zhì)理解,強(qiáng)調(diào)對(duì)使用條件的掌握。
(3)通過例題講解、作業(yè)分析和課堂討加深同學(xué)對(duì)課程內(nèi)容的理解。可分四個(gè)階段分別舉行復(fù)習(xí)、答疑、小結(jié),鞏固所學(xué)知識(shí)。注意幫助提高同學(xué)分析問題和解決問題的能力,做到舉一反三,提高自學(xué)能力。
(四)關(guān)于命題和考試的若干規(guī)定
1、本課程的命題考試,根據(jù)本大綱規(guī)定的考試內(nèi)容和考試目標(biāo)來確定考試范圍和考核要求,不隨意擴(kuò)大或縮小考試適當(dāng)突出考核要點(diǎn),體現(xiàn)本課程的重點(diǎn)內(nèi)容。
2、試題合理安排難度結(jié)構(gòu)。試題難易度分為易、較易、較難、難四個(gè)等級(jí),每份試卷中,不同難易試題試題的分?jǐn)?shù)比例一般為:易占20%,較易占35%,較難占30%,難占15%。試題的難易度與能力層次不是同一個(gè)概念,在各能力層次中存在不同難度的命題。
3、本課程考試試卷可能采用的題型有:分為基本概念題和計(jì)算題。概念題(70%)又分為:單選題、填空題、名詞解釋、簡答題;計(jì)算題(30%)。

