化工原理大作业
膜蒸馏过程的研究进展
精细132--1301070229--穆志超
中文摘要
摘要：膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，可用于水的蒸馏淡化，对水溶液去除挥发性物质。例如当有不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性两侧的水溶液均不能透过末空进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸气就会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称之为膜蒸馏过程。本文介绍了膜蒸馏技术的发展历程以及膜蒸馏过程的基本概念、最主流的传质和传热机理研究、在各领域的应用概况、优点和缺点，并对膜蒸馏过程中存在的问题给出了相应的对策，最后对膜蒸馏技术的发展和研究趋势作了简要的评述。
关键词：膜蒸馏传质机理传热机理应用
膜蒸馏技术早在20世纪60年代中期就由M E Findley提出，并在国际上开始了较系统的研究，但由于受到当时技术条件的限制，膜蒸馏的效率不高。在随后的一段时间里出现一些专利对该技术进行改进，但在20世纪60、70年代膜分离研究者致力于采用反渗透、超滤、微滤等膜技术来解决水处理问题，膜蒸馏一直没有引起人们的足够重视，直到20世纪80年代初由于高分子材料和制膜丁艺技术的迅速发展，膜蒸馏才显示出其实用潜力。20多年来对这一新型膜分离过程的研究不断深入，虽然至今还未见大规模工业生产应用的报道，但无论在传质、传热机理方面还是在应用方面的研究都取得了巨大的进步，一些与膜蒸馏相关的膜过程相继出现并同样引起人们的重视。
1 膜蒸馏原理
膜蒸馏（membrane distillation ，简称MD）是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，可用于水的蒸馏淡化，对水溶液去除挥发性物质。例如当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽就会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸馏过程。
2 膜蒸馏传质和传热机理研究
2.1 传质机理
20多年来，几乎所有关于膜蒸馏的研究都涉及不同实验条件对传质通量的影响规律，如料液温度、膜两侧温差、料液浓度、料液流动速度等，这些因素对蒸馏通量的影响规律已为人们所熟悉并基本得到共识，而且总结出影响蒸馏通量最根本的因素是膜两侧的蒸汽压力差：
J=Km * △P
其中Km被称为“膜蒸馏系数”；△P是跨膜蒸汽压力差。一般认为膜蒸馏系数只与膜本身有关，与操作条件无关，Km值的计算基本都是依据气态分子通过多孔介质的3种机理，即Knudsen扩散、分子扩散和Poiseille流动，具体机理的选择是根据气体分子运动的平均自由程入和膜孔径 dp的对比，当入<
2.2 传热机理
膜蒸馏过程中的热传递主要由2部分组成，一部分是在传质过程中的汽化—冷凝；另一部分是分离膜本身的热传导。在很多研究工作中对这2种形式的传热速率进行了成功的计算。汽化—冷凝热传递是必须的、正常的，但在渗透蒸馏过程中对通量会造成一定影响：一般认为渗透蒸馏是在恒温下进行的，但实际上由
于汽化—冷凝热传递会使膜两侧造成温差，不利于渗透蒸馏的进行。Phattaranawik[3]等人对直接接触式膜蒸馏研究表明，传质对传热的影响是可以忽略的，料液的温度起较大的作用，当料液温度低于50℃时，热传导是热量损失的主要来源。分离膜的热传导会降低膜两侧的温差，对膜蒸馏是不利的，所以降低分离膜的导热系数是十分必要的，如增加膜的孔隙率、增加膜的厚度，都是有利的措施，但也要考虑到增加膜厚度对传质是不利的。选择合适的膜材料、提高料液的温度和流速也可以减少热损失的比例。
3 膜蒸馏的应用
3.1 海水淡化
淡水资源短缺成为当今社会一大问题，海水淡化无疑是淡水来源的途径之一。目前从海水或苦咸水获得淡水的主要方法有：电渗析法、蒸发法、多级蒸馏法和反渗透法等。近年来迅速发展起来的蒸馏法与膜法相结合的膜蒸馏技术在海水淡化的应用中获得了成功，可望成为一种廉价高效制取淡水的新方法。利用工业上使用的海水余热或用工业废热加热海水进行膜蒸馏海水淡化，具有成本低、设备简单、操作容易、能耗低等优点，使膜蒸馏技术在诸多海水淡化工程有一定竞争力![4]
3.2 超纯水的制备
由于膜的疏水性，原则上只允许水蒸气通过微孔，因此能得到很纯的水。用减压膜蒸馏对自来水进行处理后，水质达到微电子工业用高纯度水三级和医用注射水的标准[5]。特别是近来新型高通量无机膜和有机-无机混合膜的开发成功，使得用膜蒸馏制备超纯水变为具有巨大商业潜力的工业手段。
3.3 废水处理
膜蒸馏与其他膜过程相比，其主要优点之一就是可以在极高的浓度条件下运行，即可以把非挥发性溶质的水溶液浓缩到极高的程度，甚至达到饱和状态[6]。张凤君[7]等人采用中空纤维膜蒸馏技术对含酚废水进行了研究，结果使浓度高达5000mg/L的苯酚经处理后可降至50mg/L以下，苯酚的去除率可达95%以上。刘金生[8]等人采用自制中空纤维膜蒸馏组件对油田联合站含甲醇污水进行膜蒸馏处理研究，质量浓度高达10mg/mL的甲醇水溶液经处理后可降至0.03mg/mL 一下。
3.4 共沸混合物的分离
膜蒸馏对某些共沸物也能起到分离效果。孔瑛[10]等人研究了用膜蒸馏技术来分离甲酸-水共沸混合物的可能性，结果表明，采用膜蒸馏技术来分离甲酸-
水溶液时不存在共沸现象，表明膜蒸馏在分离共沸物方面具有潜在的应用价值。
4 膜蒸馏的优点和缺点
4.1 膜蒸馏的优点
（1）膜蒸馏过程几乎是在常压下进行，设备简单、操作方便，在技术力量较薄弱的地区也有实现的可能性。
（2）在非挥发性溶质水溶液的膜蒸馏过程中，因为只有水蒸汽能透过膜孔，所以蒸馏液十分纯净，可望成为大规模、低成本制备超纯水的有效手段。
（3）该过程可以处理极高浓度的水溶液，如果溶质是容易结晶的物质，可以把溶液浓缩到过饱和状态而出现膜蒸馏结晶现象，是目前唯一能从溶液中直接分离出结晶产物的膜过程。
（4）膜蒸馏组件很容易设计成潜热回收形式，并具有以高效的小型膜组件构成大规模生产体系的灵活性。
（5）在该过程中无需把溶液加热到沸点，只要膜两侧维持适当的温差，该过程就可以进行，有可能利用太阳能、地热、温泉、工厂的余热和温热的工业废水等廉价能源。
4.2 膜蒸馏的缺点
通过目前对膜蒸馏过程的研究发现，这一技术尚存在以下缺点：(1) 膜成本高、蒸馏通量小；(2) 由于温度极化和浓度极化的影响，运行状态不稳定；(3) 膜蒸馏是一个有相变的膜过程，热量主要通过热传导的形式传递因而效率较低(一般只有30%左右)，所以在组件的设计上必须考虑到潜热的回收，以尽可能减少热能的损耗．与其他膜过程相比，膜蒸馏在有廉价能源可利用的情况下才更有实用意义；(4) 膜蒸馏采用疏水微孔膜，与亲水膜相比在膜材料和制备工艺的选择方面局限性较大。[10]
5 膜蒸馏存在的问题及其对策
从近几年来膜蒸馏的研究和发展情况看，关于膜蒸馏的过程研究还有待从以下方面取得突破： (1)研制性能优良、价格低廉的优质膜．目前之所以膜蒸馏与其他分离技术相比竞争力不强，一个很主要的原因是制膜成本较高．迫切需要研制出具有良好分离性能、价格低廉、孔隙率高、耐高温、通量大、易于工业化生产及应用的膜．同时还要开发传热、传质性能优良的膜组件，以提高膜蒸馏过程的分离性能和热效率。 (2)提高热能利用率．膜蒸馏过程中不可避免地存在着固热传导造成的热量损失，如何减少这部分热量损失，开发热能同收装置，是值得研究的重要课题。 (3)完善机理模型．进一步完善机理模型，尽量将众多影响膜蒸馏过程的因素都考虑在内，同时减少模型中需经实验测定的参数。 (4)
加强真空膜蒸馏技术的研究．由于另外3种膜蒸馏过程存在着热平衡太快、易因膜的破裂而污染馏出物、下游侧边界层阻力较大等缺点，而真空膜蒸馏却不存在这些缺点，且具有蒸馏通量大的优点。 (5)与其他过程的结合．将膜蒸馏过程与其它分离过程相结合，取长补短，设计出新的具有更好分离性能、操作更简便、能耗更小、更易产业化的膜分离过程．同时更要加强应用研究，拓展膜蒸馏的应用领域。
6 结论
近年来膜蒸馏应用研究更为普遍、深入，很多研究工作已经达到示范性生产的规模，相信膜蒸馏工业化应用的时间不会太遥远。在实际应用中，集成膜过程能够发挥各自优势，膜蒸馏与其它膜过程和非膜过程的集成将会在工业化应用中起更大的作用。
膜蒸馏过程研究的发展十分迅速，人们不再满足于对膜蒸馏过程普遍规律的描述，而是根据各自研究体系的特点，从机理的角度建立数学模型，考虑包括温度极化、浓度极化在内的各种相关参数，使数学模型的预测结果更符合实际。尽管人们目前考虑问题的角度、解决问题的方法不同，但基本都是以Kudsen扩散、分子扩散、Poiseuille流动为基础，随着研究工作的深入发展，有可能殊途同归，得到更精确、普适的数学模型。膜蒸馏过程研究的发展十分迅速，人们不再满足于对膜蒸馏过程普遍规律的描述,而是根据各自研究体系的特点，从机理的角度建立数学模型。考虑包括温度极化、浓度极化在内的各种相关参数，使数学模型的预测结果更符合实际)尽管人们目前考虑问题的角度、解决问题的方法不同，但基本都是以Kudsen扩散、分子扩散、Poiseuille流动为基础。随着研究工作的深入发展，有可能殊途同归，得到更精确、普适的数学模型。由于膜蒸馏能耗较高，在纯水制造方面尚不能与反渗透竞争。但如果有可利用的廉价能源 如太阳能、地热、温热的工业废水等，膜蒸馏会成为有竞争力的造水技术。膜组件和系统的合理设计、尽可能回收汽化潜热是提高膜蒸馏造水竞争力的有力措施。在高浓度水溶液浓缩方面膜蒸馏过程潜力是反渗透过程无法比拟的。浓水溶液极高的渗透压使反渗透过程无法运行，而膜蒸馏可把水溶液浓缩至过饱和状态，特别是渗透蒸馏在浓缩果汁、果酱等对温度较敏感的物质方面优点是其它膜过程不具备的。在化学物质的浓缩与回收和液体食品的浓缩加工方面是膜蒸馏重要的发展方向之一，近年来膜蒸馏应用研究更为普遍、深入很多研究工作已经达到示范性生产的规模，相信膜蒸馏工业化应用的时间不会太遥远。在实际应用中集成膜过程能够发挥各自优势，膜蒸馏与其它膜过程和非膜过程的集成将会在工业化应用中起更大的作用。为了实现膜蒸馏的实际应用大型膜组件结构设计和制备以及工艺流程和操作条件的优化都是十分重要的研究课题，一种技术的成熟与否是相对的。过去人们认为膜蒸馏是不成熟的，现在仍然不够成熟。但与过去相
比，膜蒸馏研究取得了巨大的进步，已经进入了成熟的初级阶段。当然要达到真
正的成熟还需要进行大量的工作。什么是真正的成熟呢？最近在文章中以血液氧
合器、膜蒸发器和膜蒸馏为例进行了描述。
任何技术的发展都有极限，成熟就象人不可能用一分钟跑完一英里的路程一样，每当创造一项新的一英里的长跑世界记录时，人们总是在想，不能比这跑得
更快了，但世界记录却仍然一次次地被打破。膜蒸馏技术中尚有很多基础性课题
有待更深入的研究，实际应用并实现产业化更是重要的发展方向。相信膜蒸馏技
术会在研究和应用的生产实践中不断发展，一步步地走向成熟。
参考文献
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化工原理大作业
膜蒸馏过程的研究进展 精细132--1301070229--穆志超 中文摘要 摘要：膜蒸馏是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，可用于水的蒸馏淡化，对水溶液去除挥发性物质。例如当有不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性两侧的水溶液均不能透过末空进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸气就会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称之为膜蒸馏过程。本文介绍了膜蒸馏技术的发展历程以及膜蒸馏过程的基本概念、最主流的传质和传热机理研究、在各领域的应用概况、优点和缺点，并对膜蒸馏过程中存在的问题给出了相应的对策，最后对膜蒸馏技术的发展和研究趋势作了简要的评述。 关键词：膜蒸馏传质机理传热机理应用 膜蒸馏技术早在20世纪60年代中期就由M E Findley提出，并在国际上开始了较系统的研究，但由于受到当时技术条件的限制，膜蒸馏的效率不高。在随后的一段时间里出现一些专利对该技术进行改进，但在20世纪60、70年代膜分离研究者致力于采用反渗透、超滤、微滤等膜技术来解决水处理问题，膜蒸馏一直没有引起人们的足够重视，直到20世纪80年代初由于高分子材料和制膜丁艺技术的迅速发展，膜蒸馏才显示出其实用潜力。20多年来对这一新型膜分离过程的研究不断深入，虽然至今还未见大规模工业生产应用的报道，但无论在传质、传热机理方面还是在应用方面的研究都取得了巨大的进步，一些与膜蒸馏相关的膜过程相继出现并同样引起人们的重视。 1 膜蒸馏原理 膜蒸馏（membrane distillation ，简称MD）是一种采用疏水微孔膜以膜两侧蒸汽压力差为传质驱动力的膜分离过程，可用于水的蒸馏淡化，对水溶液去除挥发性物质。例如当不同温度的水溶液被疏水微孔膜分隔开时，由于膜的疏水性，两侧的水溶液均不能透过膜孔进入另一侧，但由于暖侧水溶液与膜界面的水蒸汽压高于冷侧，水蒸汽就会透过膜孔从暖侧进入冷侧而冷凝，这与常规蒸馏中的蒸发、传质、冷凝过程十分相似，所以称其为膜蒸馏过程。 2 膜蒸馏传质和传热机理研究
《化工流程模拟》课程教学大纲
《化工流程模拟》课程教学大纲 课程名称：化工流程模拟课程编号： 18000034 学时：32学时学分：2学分 开课学期：第 5学期 课程类别：选修 课程性质：学科技术基础任选课 适用专业：化学工程与工艺专业 先修课程：大学计算机基础、物理化学、化工原理 一、课程的性质、目的与任务 本课程是化学工程与工艺及应用化学专业学生的专业选修课之一。其目的是让学生在化工专业知识和实践的基础上，做进一步的拓展，以巩固和提高学生的计算机理论与应用能力，使学生了解和掌握当前化工领域中设计过程的应用软件及其功能，同时培养学生利用计算机进行化工流程模拟的能力，为今后从事化工设计、新工艺流程的开发研究提供初步能力。 本课程主要是根据化工过程的数据，其中包括进料的温度、压力、流量、组成，有关的工艺操作条件，工艺规定，产品规格以及相关的设备参数，采用Aspen Plus模拟软件，将由多个单元操作组成的化工流程用数学模型描述，模拟实际的生产过程，并通过改变各种有效条件得到所需要的结果。 二、基本要求 熟悉Aspen Plus模拟环境，掌握物性方法的选择和物性的分析，了解物性 参数的估算和物性数据的回归。熟练掌握主要单元模块包括混合器、分离器、压力变送设备、换热器、塔和反应器的模拟操作。掌握小型的稳态过程系统模拟、 设计和优化操作。了解采用Aspen Plus进行化工厂的综合性设计操作。 根据大纲要求，选用孙兰义主编，化学工业出版社出版的《化工流程模拟实训-Aspen Plus教程》作为教材。因为该教材与大纲要求基本适应。在教学方法上采用课堂讲解、课堂演示以及学生上机实践相结合的方法，讲授运用Aspen Plus对常见化工单元进行模拟计算的过程和方法，再通过运用Aspen Plus软件模拟实际化工过程，穿插讲解化工系统的模拟算法（序贯模块法、联立方程法和
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课程简介
课程简介 高等数学 Advanced Mathematics 预修课程：高中数学 主要内容：主要内容包括函数与极限、导数与微分、不定积分与定积分、微积分的应用、空间解析几何和向量代数的基本知识、多元微分法及应用、重积分、曲线积分、无穷级数、微分方程等 教材： 1．上海师范大学，高等数学（讲义），内部（该书拟定2005年正式出版），2004年6月. 2．同济大学数学教研室，高等数学，高等教育出版社，1996年12月第4版. 3．同济大学数学教研室，高等数学例题与习题，同济大学出版社，1990年. 参考书目：华东师范大学编《高等数学》高等教育出版社1990年版 普通物理学及实验 General Physics and Experiment 预修课程：高等数学(微积分于矢量代数) 主要内容：以讲授经典物理学的基本知识为主，包括力学、机械振动、机械波、电磁学、光学等内容，适当介绍近代物理学的内容。化学专业的普通物理是以电磁学和波动光学为重点内容。 教材： （1）《大学物理》第二版主编：王少杰 同济大学出版社2002年2月。该教材是面向新世纪课程的教材，曾获得上海市优秀教材奖和上海市高校教材一等奖。它注意到了理工科学生的特点，重视基础理论，删繁就简，内容更新，增配例题和习题；它除了有完整的作业习题外还配有学生用的学习指导电子光盘（同济大学音像出版社）和大作业。（03、04级使用） （2）《物理学》第四版主编：马文蔚（东南大学等七所工科院校）高等教育出版社2000年8月。该教材是面向新世纪课程的教材，曾获得教育部优秀教材奖。（01、02级使用） 参考书目：《物理实验》自编，校内使用，2000版。 无机化学（上、下册） Inorganic Chemistry 预修课程：高中化学 主要内容：物质状态、化学热力学初步、化学平衡、化学反应速度、物质结构等基本化学原理以及和以第一过渡系列元素为主的副族元素及其重要化合物的组成、结构、基本性质、反应规律和用途、配位化合物的理论等。 教材：北京师范大学等校编，《无机化学》高等教育出版社2003年 参考书目：武汉大学等校编《无机化学》高等教育出版社2000年 无机化学实验 Experiment of Inorganic Chemistry 予修课程：高中化学实验 主要内容：基本实验技术、化学平衡、化学反应速度、物质结构等基本化学原理以及和以 第一过渡系列元素为主的副族元素及其重要化合物的组成、结构、基本性质、反应规律和用途。无机合成、离子分 离鉴定实验等。 教材：南京大学编《无机及分析化学实验》高等教育出版社2003年 参考书目：北京师范大学无机化学教研室等编《无机化学实验》高等教育出版社2001年5月第三版 分析化学 Analytical Chemistry 预修课程：无机化学 主要内容：包括化学分析和仪器分析两大部分。化学分析包括酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法、重量滴定法等定量分析方法。仪器分析包括光学分析法(吸光光度法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法)，电化学分析法(电位分析法、 离子选择性电极分析法、电解分析法、库仑分析法和极谱分析法)和气相色谱法。 教材：武汉大学主编《分析化学》(第四版)，高等教育出版社，2002年 朱明华著《仪器分析》（第三版），高等教育出版社，2000年7月第三版 参考书目：林树昌等编，《分析化学》高等教育出版社，1992 李启隆编《仪器化学》北京师范大学出版社，1992
氯化氢吸收制备盐酸--化工原理大作业正规版
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化工原理大作业
目录 一、任务及操作条件.............................................................. - 1 - 1.1设计题目：.................................................................. - 1 - 1.2工艺操作条件：.......................................................... - 1 - 二、设计条件及主要物性参数............................................. - 2 - 2.1设计条件：.................................................................. - 2 - 2.2主要的物性参数值 ..................................................... - 2 - 三、设计方案的确定.............................................................. - 3 - 3.1设计方案的内容....................................................... - 3 - ........................................................................................ - 3 - ........................................................................................ - 4 - 3.2流程布置...................................................................... - 4 - 3.3吸收剂的选择.............................................................. - 5 - 3.4操作温度和压力的确定............................................. - 5 - 3.5填料的选择.................................................................. - 6 - (5) ..................................................................................... - 7 - ......................................................................... 错误!未定义书签。 四、填料塔工艺尺寸的计算.............................................. - 10 - 4.1物料计算................................................................... - 10 - ..................................................................................... - 11 - ..................................................................................... - 11 -
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水吸收氯化氢填料塔设计
化工原理大作业
目录 1、填料塔主体设计方案的确定 (3) 1.1装置流程的确定 (3) 1.2 吸收剂的选择 (3) 1.3 填料的选择 (3) 2、基础物性数据及物料衡算 (4) 2.1 基础物性数据 (4) 2.1.1 液相物性数据 (4) 2.1.2气相物性数据 (4) 2.1.3 气液相平衡数据 2.1.4 物料横算 (5) 2．2填料塔工艺尺寸的计算 (6) 2.2.1 塔径的计算 (6) 2.2.2 填料层高度的计算及分段 (7) 2.2.3填料层压降计算： (10) 2.2.4 液体分布装置 (11) 3、附属设备的选择与计算 (12) 3.1填料支撑装置 (12) 3.2填料压紧装置 (12) 3.3吸收塔主要接管的尺寸计算 (12) 3.3.1液体进料接管 (13) 3.3.2气体进料接管 (13) 3.4填料塔附属高度的计算 (14) 3.5离心泵和风机的选择 (14) 4设计一览表 (15) 4.1基础物性数据和物料衡算结果汇总： (15) 4.2填料塔工艺尺寸计算结果表： (16) 4.3吸收塔设计一览表 (17)
前言 化工设计任务书 设计全套分离设备，以满足以下要求： 利用水吸收废气中的HCl气体，制备稀盐酸。温度为45℃的HCl的废气中的HCl的含量为1640.7mg/m3,吸收率高于95.37%，并且要求每年按运行10个月来计算，年产出2000吨4.0%以上的稀盐酸。 要求：从化工专业网站上查询塔参数，设计全套设备，并做出经费预算。 填料塔不但结构简单，且流体通过填料层的压降较小，易于用耐腐蚀材料制造，所以它特别适用于处理量肖，有腐蚀性的物料及要求压降小的场合。液体自塔顶经液体分布器喷洒于填料顶部，并在填料的表面呈膜状流下，气体从塔底的气体口送入，流过填料的空隙，在填料层中与液体逆流接触进行传质。因气液两相组成沿塔高连续变化，所以填料塔属连续接触式的气液传质设备。 1、填料塔主体设计方案的确定 1.1装置流程的确定 本次设计采用逆流操作：气相自塔低进入由塔顶排出，液相自塔顶进入由塔底排出，即逆流操作。 逆流操作的特点是：传质平均推动力大，传质速率快，分离效率高，吸收剂利用率高。工业生产中多采用逆流操作。 1.2 吸收剂的选择 因为用水做吸收剂，故采用纯溶剂。 1.3 填料的选择 塔填料的选择包括确定填料的种类、规格及材料。填料的种类主要从传质效率、通量、填料层的压降来考虑，填料规格的选择常要符合填料的塔径与填料公称直径比值D/d[]1。 综合考虑填料规格，种类和材质后，选用聚丙烯鲍尔环填料
“课赛一体”教学模式在《化工设计》课程设计中的探索
“课赛一体”教学模式在《化工设计》 课程设计中的探索 摘要：《化工设计课程设计》是化学工程与工艺专业本科教学过程极为重要的实践教学环节，围绕“课赛一体”的教学模式在该实践课程中的意义和具体实践进行探讨，以此来提高化工专业人才的工程实践能力，创新人才培养模式。 关键词：课赛一体；化工设计；教学模式 中图分类号: G642.477 文献标识码: A 随着我国化工行业的飞速发展，国家对化工领域创新型人才的需求量越来越大，要求也越来越高。在化学工程与工艺及相关专业学科的教学中，《化工设计课程设计》是一门非常重要的面向实际的实践课，具有应用性广、综合性强等特点，涵盖化工工艺流程、化工厂生产装置的设计和化工设备的设计等知识，主要使学生掌握在确保技术、经济、环保和安全可行的前提下，如何设计最佳的工艺技术路线，并通过工艺软件的模拟分析确定最优的工艺流程、工艺条件、设备选型、车间布置与全厂布局等。 全国大学生化工设计竞赛是国内化学工程与工艺专业规模最大、级别最高的国家级竞赛。该赛事能够锻炼学生知识的综合运用能力，提高学生重视化工设计中的新技术、新方法，并提高学生的创新创业意识，实践卓越工程师教育培养计划，是充分展示高校教学与实践能力、综合实力的平台。该竞赛以科技进步为背景，立足于学科前沿，内容涵盖面广，综合性强，难度较大。将该门课程与化工设计大赛相融合，进行改革创新，优化教学过程显得尤为重要。 1 开展“课赛一体”教学模式的意义 《化工设计课程设计》是我校化学工程与工艺专业大三本科生的一门实践课程，本课程是化学工程与工艺学生专业课程教育的重要环节，本课程综合应用了
化工设计、化工原理、化学反应工程、化工热力学、化工分离工程、化工设备与 机械基础、化工过程分析与合成等专业知识，根据化工过程设计的工作内容、工 作程序，以化工工艺设计为主线，以车间装置工艺设计为重点，并用计算机进行 辅助设计。开设本课程的目的，是使本科生学会综合应用化工基本知识，熟悉化 工厂设计的内容与程序，掌握化工设计的主要流程和方法，从而提高分析和解决 工程实际问题的能力，并学会借助计算机软件进行化工流程模拟。该门实践课是 连接起课堂学习的理论知识与实际工程具体应用的桥梁，能够培养学生的工程意 识和实践创新能力。 全国大学生化工设计大赛是由中国化工学会、中国化工教育协会、教育部高 等学校化工类专业教学指导委员会主办，从2007年开始举办，每年一届，面向 全国高等院校化工专业的学生，是国内化工专业类顶级的赛事，并已纳入高校学 科竞赛评估体系[1-2]。化工设计竞赛作品既要有一定的可行性，又要有创新性。 将化工设计大赛的模式融入实践教学中，该门课程的大作业题目即为当年化工设 计大赛的题目，让学生在完成该门课程大作业的同时，根据当年化工设计大“赛”的要求，融入工程实践需求，激励学生积极主动地学习。将“课赛一体”模式融 入教学，以赛促学，学赛结合，除了让学生有熟练的化工设计课程的基本知识、 基本原理和基本方法和程序以外，还注重学生工程实践能力的开发，引导学生培 养正确的职业素养[3]。 2 具体实践 2.1 转变教学理念，将化工设计大赛引入《化工设计课程设计》中 《化工设计课程设计》的教学任务不再是传统意义上的老师讲授，学生听课 学习。而是将化工设计大赛引入《化工设计》课程设计教学当中，学生更加积极 主动地进行化工设计课程设计、其目的不是为了应付期末大作业，而是对某一特 定的化工产品进行完整的工艺设计。化工设计大赛一般采取的方式是学生组队自 愿参加，一般由5位同学组建一支队伍，但是实际情况是学生的积极性不高或者 组员半途而废等，因次，参加该竞赛的往往是专业能力较强的学生。若实行课赛 一体，那么化工设计大赛由被动参与为主动参与，促使全部修读《化工设计课程 设计》的学生都可以参与到化工设计大赛中，全部队伍的作品参加校赛，校赛选
《化工工艺设计》课程教学大纲(本科)
《化工工艺设计》课程教学大纲 英文名称：Chemical Process Design 课程类型：专业技能课 课程要求：必修 学时学分：40/2.5 适用专业：应用化工技术 一、课程性质与任务 《化工工艺设计》课程主要介绍化工厂生产流程设计方法与步骤，生产车间设计布置方法和规定，是应用化工技术专业的一门重要专业课。 本课程的任务是使学生了解一个工业化的化工厂建设、生产的全过程；培养学生综合应用已学的基础和专业知识来系统地分析和解决实际工程技术问题的能力；培养学生解决复杂的实际化工问题时，通过确立方案、工艺设计和工业化实施的工程思维工作方法；从工程角度出发来分析和解决问题，有助于学生适应新的工作岗位的需要，迅速实现从大学生向工程技术人员的转化。 二、课程与其他课程的联系 该课程是应用化工技术学科专业课，与化工原理、物理化学、反应工程、分离工程、化工工艺学、工程制图、化工仪表及自动化等课程有紧密的关系。需要逐渐加强专业知识，熟悉工艺流程图设计、绘制、管道布置安装、设备布置安装等工程实践内容，注重工程意识的培养。 三、课程教学目标 1、了解《化工工艺设计》课程的基本内容，理解学习本课程目的和意义，了解本课程的学习要求和学习方法，掌握化工设计的内容与程序，掌握化工生产车间工艺设计的主要内容，了解国家和行业的基本设计政策和规范； 2、掌握车间工艺流程设计的内容和步骤，包括生产方法和工艺流程确定的步骤；工艺流程设计的任务及工艺流程设计的基本方法；工艺流程图的绘制步骤、绘制内容标准规定和绘制方法；理解典型设备的控制方案； 3、掌握典型化工生产过程和单元操作的物料衡算基本方法及步骤；掌握能量衡算方法及步骤。 4、了解化工设备选用原则，了解设备图的表示方法和绘制方法，掌握设备的工艺设计步骤和设备制造安装条件图的绘制。 5、掌握车间布置设计的内容和程序，了解车间布置设计的原则，了解车间布置设计的内容和要求，掌握车间内典型设备的布置方案，了解设备布置图内容，设备布置图的阅读方法和步骤。 6、掌握车间管道布置设计的任务和要求，了解车间典型设备管道布置的特点和要求，掌握管道布置图的绘制方法，管道轴测图的画法，了解设备管口方位图。 7、了解给排水、供电、供热、冷冻、采暖、土建、自动化控制等非工艺专业在化工设
《化工系统工程》课程介绍与教学大纲
《化工系统工程》课程简介 课程编号：03014909 课程名称：化工系统工程/Chemical System Engineering 学分:2 学时：32（实验：0上机：0课外实践：0） 适用专业：化学工程与工艺及相近专业 建议修读学期：第六学期 开课单位：化学与工化学院 先修课程：化工原理、化学反应工程、化工分离工程、化工过程模拟 考核方式与成绩评定标准：闭卷考试；笔试成绩70%，平时成绩20%，大作业成绩10% 教材与主要参考书目： 教材： 《化工过程分析与合成》，张卫东，化学工业出版社 主要参考书目： 《化工过程分析与合成》，方利国，化学工业出版社 《化工过程系统工程》，王弘轼，清华大学出版社 《化工过程模拟与优化》，杨友麒，化工出版社 内容概述：中文：《化工系统工程》是化学工程与工艺专业的核心专业基础课程之一。它是在学生完成化工原理、化工热力学、化学反应工程、分离工程等课程学习的基础上，应用系统工程的观点和方法来研究化工过程系统的开发、设计、最有操作与控制，应用化工过程模拟和优化方法开发新型化工过程和改造现有工厂技术。本门课程的任务是使学生能运用系统工程的观点和方法来分析和合成化工过程，使化工过程系统在开发、设计、操作、管理等各个层面上达到最优化，掌握化工系统工程的基本方法，能够应用先进的过程模拟软件从事化工过程模拟、分析和优化。利用启发式和多媒体教学手段，使学生对学习内容有较深刻的理解和认识。 英文：Chemical System Engineering is one of the professional and basic curriculums for chemical engineering and technology profession. On the basis of completing Chemical Engineering Principle, Chemical Thermodynamics, Chemical Reaction engineering, Separation Engineering and so on, the development, design, optimization and control of chemical process is investigated by applying the view and method of system engineering. A novel chemical process is developed and the existing plant technology is improved by applying the simulation and optimization of chemical process. The duty of the course is to make the students to analyze and synthesize the chemical process by applying the view and methods of system engineering to make chemical processachieve the best in aspects of development, design, operation and management and so on, master the basic
环氧乙烷水合法生产乙二醇工艺
Tianjin Engineering Technical Institute 毕业大作业 题目：____________________________ ____________________________ 班级：_________________ 姓名：_________________ 指导老师：_________________ 完成日期：_________________
浅谈环氧水合法生成乙二醇 摘要:环氧乙烷（以下简称EO）和水在乙二醇（以下简称EG）反应系统反应生成一乙二醇（MEG）、二乙二醇(DEG)、三乙二醇(TEG).大部分水解水会在后浓缩塔以及乙二醇精制系统之前的四效蒸发系统进行脱除。工艺蒸汽产自于乙二醇第四效脱水塔并且用于给其他几个工艺单元提供热量。杂质通过惰性组分排放，从脱水塔再沸器由主放空冷凝器以及工艺水罐上的醛放空气提塔除去。 关键词：乙二醇蒸发工艺水精制回流 前言：环氧乙烷直接水合法生产乙二醇是一种最常用的工业方法。本文重点介绍的是环氧乙烷和水在通过三次换热后，进入列管式反应器以及乙二醇精整反应器中完全反应生成以乙二醇/水为主的混合物流。然后进入四效脱水塔进行脱水，随后进入真空塔再次脱水。之后进入乙二醇塔将乙二醇产品采出，最后进入二乙二醇塔采出二乙二醇等产品。 第一章乙二醇 §1.1乙二醇（以下简称EG）的物化性质 1.1.1物理性质 乙二醇（Ethylene Glycol，简称EG）又名甘醇，外观为无色无臭有甜味粘稠液体，分子式为C2H6O2，分子量为62.07，凝固点-13.2℃，沸点197.5℃，相对密度(水=1)1.11；相对密度(空气=1)2.14，蒸汽压6.21kPa/20℃闪点：110℃，折光率1.43063；溶于水、低级醇、甘油、丙酮、乙酸、吡啶、醛类，微溶于醚，几乎不溶于苯、二硫化碳、氯仿和四氯化碳。 1.1.2化学性质 与乙醇相似，主要能与无机或有机酸反应生成酯，一般先只有一个羟基发生反应，经升高温度、增加酸用量等，可使两个羟基都形成酯。如与混有硫酸的硝酸反应，则形成二硝酸酯。酰氯或酸酐容易使两个羟基形成酯。乙二醇在催化剂（二氧化锰、氧化铝、氧化锌或硫酸）作用下加热，可发生分子内或分子间失水。乙二醇能与碱金属或碱土金属作用形成醇盐。通常将金属溶于二醇中，只得一元醇盐；如将此醇盐（例如乙二醇一钠）在氢气流中加热到180～200°C，可形成乙二醇二钠和乙二醇。此外用乙二醇与 2摩尔甲醇钠一起加热，可得乙二醇二钠。乙二醇二钠与卤代烷反应，生成乙二醇单醚或双醚。乙二醇二钠与1，
化工设计教学计划
化工设计教学计划 篇一：化工设计基础教案 化工设计基础教案 茆福林 化学化工学院 第一章绪论 教学内容：1、化工设计的重要性2、化工厂设计的工作程序3、化工设计的内容 教学目的:认识化工设计的重要性，了解化工厂设计的程序，掌握化工设计的内容。 重点:化工设计的内容 难点:与基础知识与专业知识的结合 教学课时:2学时 教学方法：多媒体、讲授、课堂讨论 学习几点要求： （1）要认识开这门课的重要性，引起重视，要感兴趣；（2）学习方法上，注意听讲，及时消化理解，按时完成作业；（4）考试课，成绩有平时成绩和考试成绩综合确定。 一次缺课扣1分，少交一次作业扣1分；班长报缺课名单，课代表收发作业。（5）建立教学信箱：作业及有关补充材料在信箱公布。可以
提意见和建议。（6）教材及参考书 [1]黄璐.化工设计.化学工业出版社[2]王红林.化工设计.华南理工大学出版社 应化专业学生毕业后主要到生产第一线从事生产、操作、运行、设计制造等技术工作，具体讲就是科研、建设、生产，而设计能力是学生实际工作能力的主要标志之一。 学生的设计实践主要以毕业设计的形式进行，是对学生四年期间所学知识的综合运用，是对知识转化为能力的实际训练，是理论与实践结合的重要环节。作为毕业设计的准备，开设本课程。 1.1.1化工设计的意义 化学工业的生产、科研和建设都离不开化工设计这一环节。1.生产：工厂或车间的改、扩建；装置生产潜力的挖掘。 2.科研：研究开发的目的是将科研成果转化为生产力，开发成果应包括能满足设计所需的一切技术要点。化工新技术开发管理条例规定，研究阶段的成果应以基础设计的方式提供。 3.基本建设：设计是基本建设的首要环节，是现场施工的依据。设计水平的高低，决定着装置的质量和操作水平。 1.1.2化工设计的现代化 化工生产目前以装置大型化、工厂整体化、系统最优化、控制自动化作为现代化的标志，化工厂的设计技术也必须与此相适应。一是理论的发展与应用。二是计算机的广泛应用。加快了开发速度，提高了设计质量。设计：根据一定的目的和要求，预先制定方案、图样等。
制冷原理教学大纲
制冷原理教学大纲 一、课程简介 制冷原理是制冷技术专业的基础课程，主要介绍制冷的基本原理、制冷剂的性能、制冷系统的组成和工作原理等知识。本课程旨在帮助学生掌握制冷技术的基本理论和实践技能，为后续专业课程的学习和职业发展打下基础。 二、课程目标 1、掌握制冷的基本原理和制冷剂的性能； 2、了解制冷系统的组成和工作原理； 3、掌握制冷设备的操作和维护技能； 4、培养学生的创新思维和实践能力。 三、教学内容 1、制冷技术概述 2、制冷剂的性能及选用 3、制冷压缩机的工作原理和结构
4、冷凝器和蒸发器的工作原理和结构 5、制冷系统的组成和工作原理 6、制冷设备的操作和维护技能 7、制冷技术的发展趋势和应用领域 四、教学方法 1、理论教学：通过课堂讲解、案例分析、小组讨论等方式，使学生掌握制冷的基本理论和制冷设备的结构和工作原理。 2、实践教学：通过实验、实习、课程设计等环节，让学生亲自操作和维护制冷设备，加深对理论知识的理解和掌握实践技能。 3、项目教学：通过引导学生参与实际项目，让学生了解制冷技术的应用和发展趋势，培养学生的创新思维和实践能力。 五、教学评估 1、平时成绩：包括课堂表现、作业、小组讨论等； 2、期末考试：测试学生对理论知识的掌握程度；
3、实践评估：包括实验、实习、课程设计等环节的评估，测试学生的实践技能水平。 六、教学资源 1、教材和参考书：选用优秀的教材和参考书，提供给学生学习； 2、网络资源：建立课程网站，提供教学视频、PPT等学习资料； 3、实验室和实习基地：提供给学生进行实验和实习的场所，增强学生的实践能力和创新思维。 一、课程简介 管理学原理是工商管理专业的重要基础课程，旨在帮助学生了解管理学的基本理论和实践方法，掌握管理技巧和工具，为后续专业课程的学习和未来的职业生涯打下坚实的基础。 二、课程目标 1、掌握管理学的基本概念、原理和方法； 2、理解管理过程中的计划、组织、领导和控制等基本职能； 3、学会运用管理学理论和方法解决实际管理问题；
CSTR反应器开工过程动态模拟及状态空间分析
《化工过程分析与合成》大作业 指导教师：张卫东 小组成员： 化工0004班19号李斌 化工0004班22号陈远达 化工0004班30号霍志鹏 完成时间：2003年7月1日
目录 引言————————————————————————1 问题的提出—————————————————————2 模型的建立—————————————————————2-3 换热条件的确定———————————————————3-4 求解过程及结果———————————————————5-8 模型稳定性的判定——————————————————8-9 不同条件下的模拟、对比及分析————————————9-15 结果讨论——————————————————————15-16 心得体会——————————————————————16-17 附录————————————————————————17-22 （一）数值分析方法————————————————17-21 （二）雅可比矩阵—————————————————21 （三）参考书目——————————————————21-22 （四）分工————————————————————22
引言 模 型化（Modeling）是现代化学工程方法论的重要组成部分，尤其是过 程动态学的核心。 根据对过程系统中状态变量分布特征的不同描述方式，一般可以把数学模型分为集中参数模型、分布参数模型和多级集中参数模型；根据建立模型的不同方法，一般可以将数学摸型分为统计模型、确定性模型和介于二者之间的半经验模型。 CSTR（Constant Str Tank Reactor），即全混流反应器，又称全混釜或连续流动充分搅拌槽式反应器，是一类在工业生产中广泛应用的反应器。反应物料连续加入反应器，釜内物料连续排除反应器。由于是连续操作，不存在间歇操作中辅助时间的问题，一般来说可以用于产量大的产品。全混流反应器在正常情况下为定态操作过程，容易实现自动控制，操作简单，节省人力。原料加入后立即与釜内物料均匀混合，不存在热量积累而引起的局部过热，这种反应器适用于对温度反应敏感的化学反应，不会引起副反应。由于釜内物料容量大，当进料条件发生一定程度波动时，釜内反应条件不会发生明显变化，稳定性好，操作安全。流入反应器的物料，在瞬间与反应器内物料混合均匀，即在反应器中各处物料的温度、浓度都是相同的。CSTR的特性有：（1）物料在反应器内充分返混；（2）反应器内各处物料参数均一；（3）反应气的出口组成与器内物料组成相同；（4）连续、稳定流动，是一定态操作。 针对CSTR反应器的特性，我们可以通过对所研究的反应器系统与系统内的关键组分，列出其质量、能量和动量守恒关系式，系统及关键组分内外质量、能量和动量交换速率系数计算式，相关的相平衡关系，以及化学反应速率表达式和化学反应平衡常数计算式（如果反应可逆的话），从而建立CSTR反应器内反应的确定性集中参数模型，以此对在CSTR 内进行的反应进行描述。 要利用确定性模型来预测、揭示化工过程系统的内在规律，解决与动态学特征有关的工程实际问题，就必须对所涉及到的数学模型进行必要的数学处理。以对CSTR 反应器建立的确定性集中参数模型的数学表达式所构成的数学模型的正问题，涉及到代数方程组、常微分方程组和偏微分方程组，以及他们的混合方程组的求解，由于化工过程通常具有的非线性特征，求模型方程组的解析解往往是不可能的，不得不借助计算机求数值解。对于典型的常微分方程组的初值问题，通常可以利用龙格—库塔（R—K）、基尔（Gear）法等通用程序求数值解。 本篇阐述了我们通过文献调研，查取物性数据及相关资料，对一个在CSTR 反应器内进行的二级不可逆放热反应进行分析、建立起反应的确定性集中参数模型，应用相关计算法则，编制计算机程序，并利用计算机辅助设计绘制了状态空间的相平面图，实施了对这一反应的状态空间分析和热平衡分析，并对所得结果进行讨论和综合的过程。在整个过程中，我们始终坚持用系统工程的思想、方法来解决化工过程系统的设计、开发、操作、控制等问题，取得了可喜的成绩，使我们加深了对化工过程分析与合成的认识以及对化工过程系统动态模拟与分析的理解，为我们在今后的学习和工作实践奠定了思想基础。