(全) 学习指导：化工专业化工原理课程

1化学工程与工艺专业化工原理课程学习指导课程教学内容结构层次、学时及知识点划分说明：化工原理课程是化工专业的一门主要技术基础课程，该课程的性质就是应用物理学、化学和数学等基础知识研究分析化工单元操作的原理及设备。教学内容所涉及的知识广泛，学习内容多。因此，将教学内容进行结构层次划分，各层内容进行知识点划分，教学时数规划，有助于教与学。带※符号的为理论性较强的知识，带★符号的为知识点。但要指出，在教与学中，均应对于课程的整体进行系统性的掌握。绪论（2学时）化工生产过程与单元操作、化学工程与化工原理等概念及关系；课程的性质和任务；※课程内容的常用研究方法；★物料衡算和热量衡算；单位制和单位换算。第1章流体流动（14学时）第1讲：流体的考察方法、流体流动的考察方法。流体静力学：静压强的概念及其特性；流体流动中机械能的概念；※静压强在空间的分布（流体静力学方程式的导出）。第2讲：静压强的表示方法及测定方法。★流体静力学方程式的应用。流体流动中的守恒原理：质量守恒（连续性方程）、※机械能守恒（流体动力学方程式的导出）。第3讲：★机械能守恒式的基本应用。★流体流动中的动量守恒。流体流动的内部结构：★流动型态；边界层的形成与脱离现象。第4讲：★圆管内流体层流流动的数学描述（速度分布、剪应力的分布）。阻力损失的概念；★流体层流流动时阻力损失的计算式（范宁公式）。第5讲：※圆直管内流体湍流流动时阻力损失的实验研究方法。局部阻力损失的计算。第6讲：★管路（包括串联管路、并联管路）的计算：设计型管路的计算；操作型管路的计算（管路中阻力变化对流体流动的影响）；举例。第7讲：★流体流速和流量的测定：毕托管；孔板流量计；转子流量计。第2章流体输送机械（6学时）第1讲：流体输送机械的分类。离心泵：构造、工作原理、性能参数、★特性曲线。★管路的特性曲线。第2讲：★离心泵的工作点；★离心泵的串联操作；★离心泵的并联操作。离心泵的汽蚀现象；※汽蚀余量的概念。第3讲：★离心泵安装高度的计算。★离心泵的选型参数；离心泵的操作。※往复泵的性能参数；往复泵的操作。★离心式风机的选型参数。第3章液体搅拌（2学时）（选学）概述：★搅拌器的类型、混合效果的度量、搅拌器的两个功能。★几种常用搅拌器的性能、强化湍动的措施。★搅拌功率：搅拌器的混合效果与功率消耗、功率曲线、搅拌功率的分配、搅拌器放大时可供选择的准则。第4章流体通过颗粒层的流动（6学时）第1讲：概述：工业上流体通过颗粒层的流动的实例。颗粒床层的特性：单颗粒的特性、床层特性。★流体通过固定床的压降：※床层的简化物理模型、※流体压降的数学模型。第2讲：过滤原理及设备：过滤原理、过滤设备及操作。★过滤过程计算：过滤过程的数学描述。第3讲：过滤的方式：恒压过滤、恒速过滤、先恒速后恒压的过滤。★间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系、洗涤速率与洗涤时间；★间歇过滤最佳时间分配的问题。2第4讲：★连续过滤过程的计算。※离心过滤设备介绍。加快过滤速率的途径。第5章颗粒的沉降和固体流态化（6学时）第1讲：概述：化工生产中颗粒的沉降和流态化的实例。※颗粒的沉降运动：重力场中，静止流体中颗粒的自由沉降速度、离心力场中，静止流体中颗粒的自由离心沉降速度。第2讲：沉降分离设备：★重力降尘室（包括多层降尘室）的计算；重力降尘室的除尘效率。★旋风分离器的计算、旋风分离器的除尘效率。第3讲：固体流态化技术：流化床的基本概念、实际的流化现象、★流化床的主要特性、流化床的操作范围、流化质量。第6章传热（14学时）第1讲：概述：化工生产中常见的传热操作方式、载热体、传热速率、传热机理、※牛顿冷却定律。热传导：※傅立叶定律和导热系数，★通过单层平壁和多层平壁的定态导热过程、★通过单层圆筒壁的定态导热过程计算。第2讲：★通过多层圆筒壁的定态导热过程计算。对流给热：※对流给热过程分析、对流给热过程的数学描述、★无相变的对流给热系数的经验关联式。第3讲：沸腾给热及沸腾给热系数，★蒸汽冷凝给热及蒸汽冷凝给热系数、影响蒸汽冷凝给热的因素及强化给热的措施。第4讲：热辐射：单个物体的辐射和吸收特性（Stefan--Boltzmann定律,Kirchhoff定律），黑体和灰体，★两物体组成封闭系统中的辐射换热计算。第5讲：传热过程的计算：传热过程的数学描述（★传热总系数及★传热平均温差的计算）、★传热过程的基本方程式、★换热器的设计型计算。第6讲：★换热器的操作型问题，★传热单元法。※非定态传热过程的拟定态处理。第7讲：换热器：间壁式换热器的类型、★管壳式换热器的设计和选用、强化传热的措施、其它类型的换热器简介第7章蒸发（2学时）单效蒸发操作、多效蒸发操作。★蒸汽的经济性及提高蒸汽的经济性的可行措施，★蒸发设备的生产强度、真空蒸发、★单效蒸发的计算。常用蒸发器、多效蒸发典型流程及特点。第8章气体吸收（12学时）第1讲：概述：工业吸收过程及吸收设备、溶剂的选择、吸收操作分类、吸收操作的经济性。★气液相平衡：平衡溶解度、气液相平衡曲线，※相平衡与吸收过程的关系。第2讲：扩散和单相传质：※费克定律、等分子反向扩散、★单向扩散、※分子扩散系数及其影响因素。第3讲：对流传质：★相内传质速率的表达式、传质分系数的无因次关联式，※对流传质的三种理论。相际传质：★相际传质速率的表达式、传质系数之间的关系，※传质阻力与界面含量。第4讲：低含量气体吸收：低含量气体吸收的特点、吸收过程的数学描述、★操作线方程式。★吸收剂用量的确定。★填料层高度的表达式、传质单元高度与传质单元数的含义及形式。第5讲：★传质单元数的计算方法，★吸收塔的设计型计算。★吸收塔的操作型计算；※吸收剂再循环的分析及应用；※吸收塔的最大吸收率。※低含量气体吸收板式吸收塔理论板数的计算。第6讲：解吸塔：★低含量解吸塔的设计型计算。综合例题。第9章液体精馏（理论课16学时）第1讲：概述：蒸馏分离的依据、工业蒸馏过程、精馏操作的费用和操作压强。★双组分溶液的汽液相平衡：理想物系的汽液相平衡、双组分理想物系的液相组成与泡点温度的关系式、★挥发度及相对挥发度的定义、相平衡常数的定义、汽液两相平衡组成之间的关系式，双组分理想物系的汽相组成与露点温度的关系式，非理想物系的汽液相平衡简介。3第2讲：平衡蒸馏与简单蒸馏：平衡蒸馏过程的数学描述、★平衡蒸馏过程的计算、简单蒸馏过程的数学描述、※简单蒸馏过程的计算，※平衡蒸馏过程与简单蒸馏过程的比较。第3讲：精馏：精馏原理与过程、★全塔物料衡算、精馏过程数学描述的基本方法、※单块塔板的物料衡算、单块塔板的热量衡算与简化（恒摩尔流的导出）、塔板传质过程的简化——理论板。第4讲：★板效率、理论加料板的分析、★加料的热状态参数、★精馏塔内的摩尔流率、★精馏段操作线方程及图示、★提馏段操作线方程及图示、★进料线方程及图示。第5讲：双组分精馏的设计型计算：精馏设计型计算的命题、★理论板数的求法与最优加料位置的确定、※全回流与最少理论板数、★最小回流比、最适宜操作回流比的选择。第6讲：★理论板数的捷算法、※精馏操作的热量衡算、双组分连续精馏过程的其它类型（塔釜加料的塔、★提馏塔、※水蒸气直接加热的塔）。第7讲：双组分精馏的操作型计算：操作型计算的命题；★回流比增加对精馏结果的影响、★进料组成及热状态变化对精馏结果的影响。精馏塔的温度分布和灵敏板的概念。平衡线为直线时理论板数的解析计算。第8讲：间歇精馏：间歇精馏过程的特点、保持馏出液组成恒定的间歇精馏、回流比保持恒定的间歇精馏。其它形式的精馏：水蒸气蒸馏、恒沸精馏、萃取精馏简介。第10章气液传质设备（4学时）第1讲：（首先观看板式塔的录像片）板式塔：板式塔结构、塔板上的气液接触状态、气体通过塔板的阻力损失、筛板塔内气液两相的非理想流动、★板式塔的不正常操作现象。第2讲：板效率的各种表示方法及其应用、提高塔板效率的措施、★塔板的负荷性能图、塔径的计算、塔板的型式及性能特点。填料塔（首先观看填料塔的录像片）：填料塔的结构及填料特性、气液两相在填料层内的流动、载点与泛点的概念、塔径的计算、填料层压降的计算方法、填料塔的附属结构、板式塔与填料塔的比较。第11章液液萃取（6学时）（选学）第1讲：概述：液液萃取原理、工业萃取过程、两相的接触方式、萃取过程的经济性。★液液相平衡：★三角形相图：杠杆定律、和点及差点的概念、溶解度曲线、平衡连结线。第2讲：相平衡关系的数学描述：★分配系数与分配曲线、★溶剂的选择性系数、※液液相平衡与萃取操作的关系。萃取过程计算：萃取级内过程的数学描述：单一萃取级的物料衡算、萃取级内传质过程的简化——理论级与级效率。★单级萃取的解析计算、★单级萃取的图解计算、★单级萃取的分离范围。多级错流萃取图解法。第3讲：多级逆流萃取及其解析计算；溶剂比对多级逆流萃取理论级数的影响。★完全不互溶物系萃取过程的计算。回流萃取的过程及原理。萃取设备：常用萃取设备的类型。第12章固体干燥（6学时，）第1讲：概述：物料的去湿方法、对流干燥过程及特点、对流干燥流程及经济性。干燥静力学：湿空气的状态参数。第2讲：★湿空气的湿度图、湿空气状态的变化过程分析与计算。★水分在气--固两相间的平衡：水在固体物料中的存在形态；结合水与非结合水、平衡水分与自由水分。干燥速率与干燥过程计算：物料在定态空气条件下的干燥速率：★干燥动力学实验的干燥曲线及干燥速率曲线、★临界含水率与临界自由含水率、干燥速率的定义。第3讲：※恒速干燥阶段分析、※降速干燥阶段分析。在定态空气条件下间歇干燥过程的计算：★恒速干燥阶段干燥速率的确定和计算方法以及影响因素、★恒速干燥阶段干燥时间的计算、★降速干燥阶段干燥时间的近似计算。连续干燥过程的数学描述：★物料衡算与热量衡算、★干燥过程的热效率。连续干燥过程设备容积的计算方法。干燥设备：常用干燥器简介。4学习指导化工原理课程绪论1、明确化工原理课程的性质化工原理属工程学科，它应用自然科学（物理、数学、化学）的基本原理来分析和处理化工生产中的物理过程。以实际工程问题为研究对象。该课程是从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。它在基础课（数学、物理、化学）与专业课（化工工艺学、化工工艺设计与设备设计等）之间，起着承前启后的重要作用。2、明确研究目的化工原理分析各种化工单元操作的基本原理，典型化工设备的结构原理、操作性能，工艺过程设计和设备设计的计算方法。化工原理课程的教学不仅在于掌握丰富的工程知识和计算方法，而且需要在对具体材料的理解中，不断地总结、归纳考察工程问题的观点和处理实际问题的基本方法。唯其如此，才能理解这些方法的实质，才能在科技高速发展的时代里加快知识的积累和更新，才能在从具体工作经验中把握事物变化的基本规律，把经验与理论融于一体。以典型材料为依据，提炼工程观点和工程方法，是该课程的精髓。3、明确研究内容化工原理课程研究的对象是实际工程中的各种化工单元操作。根据单元操作主要的理论基础所进行的分类如下：1）以动量传递(momentumtransfer)理论为基础流体流动、流体输送机械、沉降、过滤、离心分离、搅拌、固体流态化等。2）主要以热量传递(heattransfer)理论为基础加热、冷却、蒸发等3）主要以质量传递(masstransfer)理论为基础吸收、精馏、萃取、干燥等4、明确研究方法1）常用的数学描述：物料衡算.、能量衡算.、热量衡算.、动量守恒原理.、牛顿第二定律、牛顿第三定律、牛顿粘性定律、牛顿冷却定律、傅立叶热传导定律、费克扩散定律、相平衡关系、数学微积分、速率=推动力/阻力。2）复杂问题的两种思维方式：（1）实验研究方法，（2）数学模型方法。5、学习化工原理课程之后能够解决的问题1）如何根据各单元操作在技术上和经济上的特点,进行“过程设计和设备类型选择”,以经济而有效地完成工艺设计，满足工艺的要求。2）如何进行“过程(process)”的计算和“设备(appatatus)”的设计。3）如何根据生产的不同要求,进行生产参数或指标的调节。4）当生产状况不正常时，如何寻找根源。6、教与学的方法对于每个化工过程都可