《化工原理》教学大纲

《化工原理》教学大纲课程编号：课程名称：化工原理/PrinciplesofChemicalEngineering学时/学分：96/6先修课程：数学、物理、化学、物理化学适用专业：化学工程与工艺制药工程开课学院（部）、系(教研室)：化学工程学院化学工程系一、课程的性质与任务《化工原理》是化工及其相关专业学生必修的一门基础技术课程，它在基础课与专业课之间，起着承上启下的作用，是自然科学领域的基础课向工程科学的专业课过渡的入门课程。其主要任务是介绍流体流动、传热和传质的基本原理及主要单元操作的典型设备构造、操作原理、过程计算、设备选型及实验研究方法等。这些都密切联系生产实际，以培养学生应用基本原理分析和解决化工单元操作中各种工程实际问题的能力，为专业课学习和今后的工作打下坚实的基础。二、课程的教学内容、基本要求及学时分配（一）教学内容1．绪论化工过程与单元操作，单位与单位换算，物料衡算，能量衡算2．流体流动流体静力学基本方程式：流体的物理性质，静止流体的压力，流体静力学基本方程式，流体静力学基本方程式的应用流体流动的基本方程：流量、流速、稳态流动、非稳态流动的概念，连续性方程，柏努利方程，柏努利方程的应用流体流动现象：流体流动类型，蕾诺数，管内流体速度分布，边界层的概念流体在管内的流动阻力：直管阻力，局部阻力，总能量损失管路计算：简单管路计算，复杂管路计算流量测量：测速管，孔板流量计，文丘里流量计，转子流量计3．流体输送机械离心泵：工作原理，主要部件，离心泵的基本方程式，主要性能参数，特性曲线，允许安装高度，工作点，流量调节，选型与使用其它类型液体输送机械：往复泵，旋转泵，旋涡泵，各类泵性能比较气体输送和压缩机械：离心通风机、鼓风机、压缩机，旋转鼓风机、压缩机，往复压缩机，真空泵4．非均相物系的分离颗粒及颗粒床层的特性：颗粒及颗粒床层的特性，颗粒床层的特性，流体通过床层的压降沉降分离：重力沉降，离心沉降过滤：过滤基本方程式，恒压过滤，恒速过滤，过滤常数的测定，过滤设备，过滤机的生产能力5．传热概述：传热的基本方式，冷热流体热交换方式，传热速率、热通量、稳态传热、非稳态传热的概念，载热体及其选择热传导：傅立叶定律，导热系数，通过平壁的稳态热传导，通过圆筒壁的稳态热传导对流传热概述：对流传热速率方程，对流传热系数，对流传热机理，保温层的临界直径传热过程计算：热量衡算，总传热速率微分方程，总传热系数，平均温度差，总传热速率方程，总传热速率方程的应用，传热单元数法对流传热系数关联式：影响对流传热系数的因素，对流传热过程的量纲分析，流体无相变时的对流传热系数，流体有相变时的对流传热系数，壁温的估算辐射传热：物体的辐射能力，有关定律，两固体间辐射传热，对流和辐射联合传热换热器：间壁式换热器的类型，管壳式换热器的设计与选型，传热的强化途径6．蒸馏概述：蒸馏的特点、分类两组分溶液的气液平衡：两组分理想物系的气液平衡平衡蒸馏和简单蒸馏：平衡蒸馏、简单蒸馏原理精馏原理和流程：精馏过程原理和条件，操作流程两组分连续精馏的计算：理论板，恒摩尔流假定，物料衡算与操作线方程，进料热状况的影响，求理论板层数，回流比的影响及选择，简捷法求理论板层数，几种特殊情况下的理论板层数的求法，塔高、塔径的计算，精馏塔的操作与调节间歇精馏：回流比恒定时的间歇精馏计算，馏出液组成恒定时的间歇精馏计算恒沸精馏和萃取精馏：恒沸精馏、萃取精馏的基本原理7．吸收气体吸收的相平衡关系：气体的溶解度，亨利定律，吸收剂的选择传质机理与吸收速率：分子扩散与菲克定律，气相中稳态分子扩散，液相中稳态分子扩散，扩散系数，对流传质，吸收速率方程式吸收塔的计算：物料衡算与操作线方程，吸收剂用量的决定，塔径的计算，填料层高度的计算，理论板层数的计算吸收系数：吸收系数的测定，经验公式，准数关联式脱吸：脱吸方法8．蒸馏和吸收塔设备板式塔：塔板类型，流体力学性能，工艺设计填料塔：填料塔的结构、特点，填料，流体力学性能，填料塔附件9．干燥湿空气的性质及湿度图：湿空气的性质，湿空气的H-I图干燥过程的物料衡算与热量衡算：湿物料的性质，干燥系统的物料衡算，热量衡算，空气通过干燥器时的状态变化固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系：物料中的水分，干燥时间的计算干燥设备：干燥器的主要类型，干燥器的设计（二）基本要求1．绪论：掌握单元操作概念及其在化工过程中的地位，衡算原则和衡算方法，熟悉单位换算方法。2．流体流动：掌握流体静力学方程、连续性方程、伯努利方程及其应用，流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义，流动阻力产生的原因，流体在管内流动的机械能损失计算，简单及复杂管路计算，液柱压差计、测速管、孔板流量计及转子流量计的工作原理、基本结构与计算。熟悉层流与湍流的特征，管流速度分布公式及应用，边界层概念。3．流体输送机械：掌握离心泵结构、工作原理、性能参数、特性曲线及应用，管路特性曲线，离心泵工作特点及流量调节，吸上真空度与气蚀余量，离心泵安装高度的确定，离心泵工作要点及选型计算。熟悉往复泵的结构、工作原理、性能参数、特性曲线、操作要点及应用，离心通风机的性能参数、特性曲线与选用原则。了解计量泵、齿轮泵、螺杆泵的工作原理、正位移特性，往复压缩机和真空泵的工作原理与选用原则。4．非均相物系的分离：掌握重力沉降速度的计算，降尘室，沉降槽；离心沉降速度的计算，旋风分离器的操作原理、性能及选型；过滤基本方程式，过滤计算，过滤设备的基本结构及特点。熟悉颗粒的大小及形状，颗粒群的粒度分布及平均粒径，颗粒床层的空隙率、比表面积。5．传热：掌握热传导基本原理，一维定态傅立叶定律及应用，平壁及园筒壁一维定态热传导计算及分析；对流传热基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热的主要因素；Ｎu、Re、Pr、Gr等准数的物理意义及计算，正确选用对流传热α计算式，注意其用法、使用条件；传热计算：传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析，污垢热阻及壁温计算，传热与冷却程度计算，强化传热途径。熟悉蒸汽冷凝、液体沸腾对流传热系数计算，热辐射基本概念及两灰体间辐射传热计算，列管式换热器结构特点及选型计算。了解各种换热器的结构特点及应用。6．蒸馏：掌握两组分理想溶液的汽液平衡关系：拉乌尔定律、气液相平衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平衡方程及应用；精馏塔物料衡算与操作线方程及q线方程的物理意义、图示；两组分连续精馏塔计算及操作分析：恒摩尔流假设、理论板数确定、塔内气液两相摩尔流率、最小回流比计算、回流比影响及选择、加料热状况影响及选择、实际塔板数确定，塔效率与单板效率的定义及计算。熟悉平衡蒸馏和简单蒸馏的特点及计算，理论板数捷算法。了解非理想溶液汽液平衡，间歇精馏特点，恒沸精馏、萃取精馏原理。7．吸收：掌握气体在液体中的溶解度，亨利定律表达式及相互关系；分子扩散与费克定律，扩散系数及影响因素，等分子相互扩散与单向扩散计算；对流传质概念，总传质速率方程表达式，总传质系数与传质分系数关系，气膜控制与液膜控制；吸收塔操作线方程的推导、物理意义、图示，最小液气比概念与吸收剂用量确定；填料层高度计算，传质单元高度与传质单元数的定义及物理意义，传质单元数计算（平均推动力法、吸收因数法）。熟悉吸收与脱吸的比较。8．蒸馏和吸收塔设备：掌握工业上评价塔设备性能好坏的指标，板式塔和填料塔的典型结构、性能、特征和选用原则。熟悉常用塔板和填料的类型、特点及使用场合。9．干燥：掌握干燥过程原理、目的，湿空气性质及计算，湿度图构成及应用，干燥过程中空气状态的确定，干燥过程的物料衡算与热量衡算，恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间计算。熟悉物料中所含水分的性质及干燥机理，结合水分、自由水分和临界水分的概念及相互关系，恒速干燥与降速干燥的特点及强化途径。了解常用干燥器的性能特点及选用原则(应用场合)，各种干燥方法的基本原理、特点及应用。（三）学时分配本课程的教学时数为96学时，课内学时分配如下表：教学环节课程内容学时讲课习题课小计绪论202流体流动14418流体输送机械628非均相物系的分离628传热14216蒸馏14216吸收12214蒸馏和吸收塔设备404干燥8210合计801696（四）课程内容的重点、难点1．流体流动重点：流体静力学方程、连续性方程、伯努利方程及其应用，流体在管内流动的阻力损失计算，简单管路计算，流量测量。难点：流动阻力产生的原因，复杂管路计算，湍流的特征，边界层概念。2．流体输送机械重点：离心泵结构、工作原理、性能参数、特性曲线及应用，离心泵工作点及流量调节，离心泵工作要点及选型计算。难点：吸上真空度与气蚀余量，离心泵安装高度的确定，3．非均相物系的分离重点：重力沉降速度的计算，降尘室，离心沉降速度的计算，旋风分离器的性能及选型；过滤基本方程式，过滤计算，过滤设备的基本结构及特点。难点：颗粒床层的特性，旋风分离器的性能及选型。4．传热重点：平壁及园筒壁一维稳态热传导计算；对流传热基本原理，影响对流传热的主要因素；传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析。难点：正确选用对流传热α计算式，蒸汽冷凝、液体沸腾对流传热系数计算，列管式换热器结构特点及选型计算。5．蒸馏重点：拉乌尔定律、气液相平衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平衡方程及应用；精馏塔物料衡算与操作线方程及q线方程的物理意义、图示及应用；两组分连续精馏塔计算及操作分析。难点：回流比影响及选择，加料热状况影响及选择，塔效率与单板效率的定义及计算，恒沸精馏、萃取精馏原理。6．吸收重点：亨利定律表达式及相互关系，总传质速率方程，吸收塔操作线方程，最小液气比概念，填料层高度计算，传质单元高度与传质单元数的定义及物理意义，传质单元数计算（平均推动力法、吸收因数法）。难点：等分子相互扩散与单向扩散，气膜控制与液膜控制。7．蒸馏和吸收塔设备重点：板式塔和填料塔的典型结构、性能、特征。难点：板式塔和填料塔的流体力学性能。8．干燥重点：湿空气性质及计算，湿度图的应用，干燥过程中空气状态的确定，干燥过程的物料衡算与热量衡算，恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间计算。难点：物料中所含水分的性质及干燥机理，结合水分、自由水分和临界水分的概念及相互关系，恒速干燥与降速干燥。三、课程改革与特色本课程采用多媒体教学，在讲课中，对一些典型的例题，除老师讲解外，还采用课堂讨论的方式，充分调动学生的学习积极性。四、推荐教材及参考书推荐教材：《化工原理》，主编：夏清，出版社：天津大学出版社，出版或修订时间：2005、1参考书：《化工原理》，主编：陈敏恒，出版社：化学工业出版社，出版或修订时间：1999《化工原理》，主编：谭天恩，出版社：化学工业出版社，出版或修订时间：1998《化工原理例题与习题》，主编：姚玉英，出版社：化学工业出版社，出版或修订时间：1998《Unitoperationofchemicalengineering》，主编：W.L.McCabe，出版社：McGraw-Hill,Inc.出版或修订时间：2000执笔：鄢烈祥日期：2005.5审阅：朱岩日期：2005.5审定：刘小平日期：2005.6