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《化工分离工程》

一、课程基本信息

课程编号	07302020	编写时间	2023.9.5
课程名称	化工分离工程
英文名称	Chemical Separation Engineering
学分	3	课程性质	必修
课程类别	专业核心课	理论学时	54
学时	54	实践（实验）学时	0
建议修读学期	6
先修课程	化工原理、化工热力学
考核方式	形成性评价与终结性评价相结合
适用专业	化学工程与工艺

二、课程目标

1. 掌握常用化工分离过程，包括闪蒸、多组分精馏、共沸精馏、萃取精馏、吸收与解吸、萃取和吸附分离等的基本原理、操作特点和简捷计算方法。（支撑毕业要求1）

2. 能够使用简捷计算法和严格计算法对常见化工分离单元进行建模推演，分析相关化工分离过程中存在的问题，并对改进方案进行评价。（支撑毕业要求2）

3. 能够分析闪蒸、多组分精馏、共沸精馏、萃取精馏、吸收与解吸、萃取和吸附分离等化工分离单元的影响因素，合理设计相关工艺流程，并用于解决复杂工程问题。（支撑毕业要求2）

 

三、课程目标与毕业要求的对应关系

课程目标	支撑的毕业要求	支撑的毕业要求指标点
课程目标 1	毕业要求 1 [工程知识]	1.3 掌握化工单元操作、反应工程、化工热力学和化工工艺等基本概念、原理和方法，能够将所学知识用于解决化工领域复杂问题。
课程目标2	毕业要求 2 [问题分析]	2.1 能够运用所学基础理论和专业知识，发现、分析化工领域相关的工程问题。
课程目标 3	毕业要求 2 [问题分析]	2.3 具备产品分析、过程分析、安全与环保分析、能量梯级利用分析及其总体优化分析与组合、生产组织与实施等工程分析与组织的初步技能。

四、课程内容

（一）课程内容与课程目标的关系

总学时54，其中讲授48学时，习题及讨论6学时。课程内容与课程目标的关系以及课程主要内容和学时分配见下表。

章节	课程内容	支撑的课程目标	学时安排
			学时	讲授学时	实验学时	习题讨论
第1章	绪论	1、3	2	2		0
第2章	传质分离过程的热力学基础	1	8	8		0
第3章	气液传质分离过程	1、2	16	14		2
第4章	液液传质分离和超临界流体萃取	1、2	12	10		2
第5章	传质分离过程的严格模拟计算	1、2、3	12	10		2
第6章	气固、液固传质分离过程	1、2、3	4	4		0
合计			54	48		6

（二）具体内容

第1章 绪论（2 学时）

【学习目标】

1. 了解分离工程在工业生产中的重要性，分离过程的分类以及常用的化工分离操作过程；

2. 理解工业上常用的分离单元操作的基本原理；

3. 初步了解一些典型应用实例。

4. 引入课程思政，培养学生耐心细致、严肃认真、一丝不苟的工作作风。

【学习内容】

1. 传质分离过程的分类

2. 分离过程的研究和技术开发

【学习重点】

传质分离过程的分类

【学习难点】

传质分离过程的分类

【教学方法】

1. 教法：讲授法

2. 学法：分析法

第2章 传质分离过程的热力学基础

【学习目标】

1. 在“化工热力学”课程有关相平衡理论的基础上，较为全面地了解化工过程中经常遇到的多组分物系的气液平衡，即各种单级平衡过程的计算问题；

2. 熟练掌握多组分非理想体系平衡常数计算方法；

3. 泡点和露点计算；

4. 等温闪蒸和部分冷凝过程的计算；

5. 了解绝热闪蒸过程的计算。

【学习内容】

1.  相平衡基础

2. 多组分物系的泡点和露点计算

3. 闪蒸过程的计算

4. 液液平衡过程的计算

5. 多相平衡过程

6. 共沸系统和剩余曲线

【学习重点】

多组分物系的泡点和露点计算，闪蒸过程的计算，液液平衡过程的计算，多相平衡过程，共沸系统和剩余曲线

【学习难点】

多组分物系的泡点和露点计算，闪蒸过程的计算，共沸系统和剩余曲线。

【教学方法】

1. 教法：讲授法、任务驱动法、启发法

2. 学法：分析法、练习法

第3章 气液传质分离过程

【学习目标】

1. 掌握多组分或复杂物系设计变量的确定方法；

2. 多组分精馏、共沸精馏、萃取精馏、间歇精馏、吸收和解吸过程的基本原理、流程，及其简捷计算方法；

3. 塔内的流率、浓度和温度的分布特点；

4. 熟练掌握多组分多级分离过程的简捷计算方法。

【学习内容】

1. 设计变量

2. 多组分精馏

3. 特殊精馏

4. 间歇精馏

5. 吸收与解吸

【学习重点】

设计变量，多组分精馏，特殊精馏，吸收与解吸。

【学习难点】

多组分精馏，特殊精馏，吸收与解吸。

【教学方法】

1.  教法：讲授法、任务驱动法、启发法

2.  学法：分析法、练习法、记忆法

 

第4章 液液传质分离和超临界流体萃取

【学习目标】

1. 了解萃取过程与萃取剂选择的原理；

2. 掌握液液萃取过程的计算；

3. 掌握超临界流体萃取、反胶团萃取、双水相萃取的原理及流程。

【学习内容】

1. 液液萃取

2. 超临界流体萃取

3. 反胶团萃取

4. 双水相萃取

【学习重点】

液液萃取

【学习难点】

超临界流体萃取，反胶团萃取，双水相萃取。

【教学方法】

1. 教法：讲授法、任务驱动法、启发法

2. 学法：分析法、练习法、记忆法

 

第5章 传质分离过程的严格模拟计算

【学习目标】

1. 通过学习复杂塔的类型，了解数学模型法求解多组分多级分离过程建立物理模型和建立平衡级理论模型的基本方法；

2. 熟悉三对角线矩阵方程的托马斯解法。

【学习内容】

1. 平衡级的理论模型

2. 三对角矩阵法

3. 同时校正法（SC法）

4. 多组分分离非平衡级模型

【学习重点】

平衡级的理论模型，三对角矩阵法

【学习难点】

平衡级的理论模型，三对角矩阵法

【教学方法】

1. 教法：讲授法、任务驱动法、启发法

2. 学法：分析法、练习法、记忆法

 

第6章 气固、液固传质分离过程

【学习目标】

1. 了解常用吸附剂、吸附等温线、吸附分离设备。了解结晶的过程和基本原理；

2. 了解膜的种类和特点；

3. 理解反渗透、超滤、电渗析的原理；

4. 理解渗透压的定义和浓差极化现象。

【学习内容】

1.  吸附分离过程

2. 结晶

3. 膜分离

【学习重点】

吸附分离过程，结晶

【学习难点】

结晶，膜分离。

【教学方法】

1. 教法：讲授法、任务驱动法、启发法

2. 学法：分析法、练习法、记忆法

五、实践教学安排

本门课程的实践教学在化工专业实验中另行开课

六、考核方式及成绩评定

（一）考核方式与课程目标的关系

1. 终结性考核与课程目标的关系

课程目标	考核方式	考核内容	考核内容分值占比（%）
课程目标 1	闭卷笔试	基本概念、基本规律、基本方法和基本计算	20
课程目标 2	闭卷笔试	化工分离单元理论知识在实际问题中的应用	50
课程目标 3	闭卷笔试	化工分离单元理论知识在实际问题中的应用	30

 

2. 形成性考核与课程目标的对应关系

课程目标	评价依据
课程目标 1	平时作业和期中测试
课程目标 2	课堂表现、平时作业和期中测试
课程目标 3	课堂表现和大作业

（二）成绩评定

1. 考核方式

课程考核方式分为形成性考核和终结性考核。形成性考核方式包括课堂表现、平时作业、大作业和期中测试；终结性考核采用闭卷考试形式进行。

2. 总成绩评定

总成绩 = 形成性考核成绩 × 30% + 终结性考核考试 × 70%

3. 形成性成绩评定

（1）课堂表现（10 分）：考勤、课堂讨论交流、回答问题。

（2）平时作业（35 分）：平常课后习题作业上交、完成、改正情况。

（3）大作业（15 分）：利用热力学原理解决实际工程问题的计算。

（4）期中测试（40 分）：对1、2、3章的概念和计算进行考核。

七、课程学习资源

主要教材：刘家祺，主编，《传质分离过程》（第2版），高等教育出版社，2014年。

参考书目：

1.邓修,吴俊生 编著，《化工分离工程》(第2版)，科学出版社，2019年；

2.孙兰义 主编，《化工过程模拟实训》（第2版），化学工业出版社，2017年。

 

八、目标达成度

（一）课程目标达成度

课程目标	90-100	75-89	60-74	0-59
	优	良	中/及格	不及格
目标1	能够准确的运用所学知识表达化工单元操作问题，系统地掌握各类化工单元过程数学模型的建构方法，并正确求解	能够合理的运用所学知识表达化工单元操作问题，掌握各类化工单元操作的建构方法，并求解方法基本正确。	能够运用所学知识表达化工单元操作问题，掌握各类化工单元操作的建构方法，并求解方法但不够准确。	表达化工单元操作问题出现基本概念错误，部分了解化工单元操作的建构和求解方法，但不会合理运用。
目标2	能灵活运用化工单元操作的思维方法，准确识别过程的关键参数，分析判断化工单元设备变量对评价指标的影响，提出优化的解决方案。	能运用化工单元操作的思维方法，识别化工单元操作过程的关键参数，能够分析判断化工单元设备的变量对结果的影响，提出合理的解决方案。	具有化工单元操作的思维方法，能识别化工单元操作的关键参数，根据要求分析判断化工单元设备变量对结果的影响，但不够准确，能提出的解决方案但存在缺陷。	未很好掌握化工单元操作的思维方法，对化工单元操作的分析不着要领，能够说明化工单元操作设备的变量对评价指标的影响，但存在概念错误，不能提出解决方案。
目标3	能灵活运用化工单元操作的思维方法，能够准确针对特定化工单元需求，完成化工单元或化工设备部件的设计。	能正确运用化工单元操作的思维方法， 能够合理针对特定化工单元需求，完成化工单元或化工设备部件的设计。	具有运用化工单元操作的思维方法，能够合理针对特定化工单元需求，但不够准确地完成化工单元或化工设备部件的设计但存在缺陷。	未很好运用化工单元操作的思维方法，不能够合理针对特定化工单元需求，无法确地完成化工单元或化工设备部件的设计。
目标4	能够利用文献资料获取基础数据、经验和半经验公式，分析和运用上述数据和公式解决复杂化工过程中的单元操作问题，并运用新技术对单元操作工艺和设备进行设计和选型。	能够利用文献资料获取基础数据、经验和半经验公式，较合理地分析和运用上述数据和公式解决复杂化工过程中的单元操作问题，并运用新技术对单元操作工艺和设备进行设计和选型。	能够利用文献资料获取基础数据、经验和半经验公式，在教师的指导下较合理地分析和运用上述数据和公式解决复杂化工过程中的单元操作问题，运用新技术对单元操作工艺和设备进行设计和选型，比较浅显。	不能够利用文献资料获取基础数据、经验和半经验公式，不合理地分析和运用上述数据和公式解决复杂化工过程中的单元操作问题，无法运用新技术对单元操作工艺和设备进行设计和选型。