《化工原理B》教学大纲化学化工学院.docx
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《化工原理B》教学大纲化学化工学院
《化工原理B》教学大纲
课程编号：
1015170/1
总学时：
64H
学分：
4
基本面向：
生物工程、制药工程
所属单位：
生物工程教研室
一、本课程的目的、性质及任务
本课程属工程学科，是化工类及相近专业必修的一门基础技术课。
通过本课程的学习，使学生掌握研究化工生产中各种单元操作的基本原理，过程设备和计算方法，培养学生具有运用课程有关理论来分析和解决化工生产过程中常见实际问题的能力，并为后续专业课程的学习打下必要的基础。
本课程的主要任务，是用自然科学方法考察、解释和处理化工生产中传质单元操作的基本原理，典型设备及其设计计算和操作分析，以培养学生分析和解决有关工程实际问题的能力。
二、本课程的基本要求
（一）熟练掌握基本的单元操作的基本概念和基础理论，对单元过程的典型设备具备基础的判断和选择能力；
（二）掌握本大纲所要求的单元操作的基本常规计算方法，常见过程的计算和典型设备的设计计算或选型；
（三）熟悉运用过程的基本原理，根据生产上的具体要求，对各单元操作进行调节；
（四）了解化工生产的各单元操作中的故障，能够寻找和分析原因，并提出消除故障和改进过程及设备的途径。
三、本课程与其它课程的关系
先修课程：
高等数学、物理学、物理化学等，达到教学大纲要求。
四、本课程的教学内容
上册
绪论
（一）了解化学工程发展史；
（二）了解化工原理的任务性质及内容；
（三）了解物料衡算、热量衡算、过程速率及平衡关系；
（四）掌握单位制及单位换算，了解因次的概念及因次式。
重点：
化工原理课程中三大单元操作的分类和过程速率的重要概念的内涵。
难点：
使学生通过对课程性质的了解，把基础课程的学习思维逐步转移到对专业技术课程的学习上，在经济效益观点的指导下建立起"工程"观念。
第1章流体流动
（一）流体静力学基本方程式
1、掌握流体的性质
2、掌握流体静力学方程式及其应用
（二）流体在管内的流动
1、掌握流体在管内流动的流量和流速
2、熟练掌握定常与非定常流动的概念
3、连续性方程与机械能衡算式极其应用
（三）流体的流动现象
流体的粘性，牛顿粘性定律
流动类型，雷诺数、边界层的概念
（四）流体在管内的流动阻力
1、熟练掌握直管能耗、局部能耗的计算，因次分析法
2、管路系统中的总能量损失
（五）管路计算
简单管路及复杂管路的计算；
（六）流量测量
1、流量及流速的测定方法
2、测速管、孔板、文丘里及转子流量计的结构及原理。
基本要求：
熟练掌握流体静力学基本方程式，连续性方程式和柏努利方程式及其应用；正确理解流体的流动类型和流动阻力的概念；掌握流体流动阻力的计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。
了解测速管，文丘里流量计,孔板流量计和转子流量计的工作原理和基本计算。
重点：
流体流动过程中的基本原理及流体在管内的流动规律；柏努利方程式的应用；流体在管道内的流动阻力产生的原因和摩擦阻力的计算；简单管路的计算。
难点：
流体的不同流型的摩擦系数及其计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。
第2章流体输送机械
（一）液体输送机械
1、离心泵的工作原理，结构特点，主要类型及气缚现象；
2、离心泵的主要性能参数，基本方程，特性曲线及其影响因素，离心
泵特性曲线的测定方法，离心泵的工作点及其调节；
3、掌握汽蚀余量及吸上真空高度的概念，离心泵安装高度的确定，正确选择离心泵；
（二）其它类型泵
1、其它流体输送设备的工作原理
2、正位移式流体输送设备操作特点
基本要求：
掌握离心泵的性能参数、泵的特性曲线、工作点和流量调节；了解离心泵安装高度的确定原则；正确选用离心泵的型号。
重点：
离心泵的特性曲线及其影响因素;管路特性曲线方程式。
难点：
离心泵的工作点的改变;离心泵安装高度的计算。
第3章非均相物系的分离和固体流态化
（一）颗粒及颗粒床层的特性
1、颗粒及颗粒群的性质
2、颗粒床层的特性
（二）沉降过程
1、沉降速度的计算方法，降沉室的操作原理及设计方法
2、旋风分离器的操作原理、结构特点，掌握其分离性能及设计方法。
（三）过滤
1、过滤操作的基本概念，过滤基本方程式
2、恒压过滤、恒速过滤及先恒速后恒压过滤，过滤常数的测定方法
3、各种典型过滤设备的结构、特点，过滤机生产能力的计算方法
基本要求：
球形颗粒和均匀床层的特性的理解；一维固定床层的流动压降的计算。
正确理解液体过滤操作的基本原理；掌握过滤基本方程式及其应用；掌握过滤过程及设备的计算和过滤常数的测定方法。
了解重力沉降运动的基本原理，掌握重力沉降设备的计算。
重点：
影响固定床层流动压降的主要因素；恒压过滤基本方程式及其应用；板框过滤机的操作和工艺计算；球形颗粒的重力自由沉降速度的计算；斯托克斯公式；除尘室的生产能力计算。
难点：
可压缩滤饼的过滤常数的理解与应用；滤布阻力的确定与当量滤饼层概念的引入；颗粒沉降的因次分析法的应用；应用直接判据法计算沉降速度。
第4章传热
（一）概述
1、传热在化工生产中的应用
2、传热的基本方式及特点，定常态与非定常态
（二）热传导
1、热传导的概念
2、导热微分方程，熟练掌握傅立叶定律、平壁、多层平壁、圆管壁、多层
圆管壁的导热计算；
（三）对流传热概述
1、、对流传热速率和对流传热系数
2、对流传热机理
（四）传热过程计算
1、传热基本方程式，传热速率Q、，传热温差△tm、总传热系数K的计算，
2、传热单元数法。
（五）对流传热系数关联式
1、影响对流传热系数的因数
2、对流传热过程的因次分析
3、流体无相变时的对流传热系数
（六）辐射传热
1、热辐射的基本概念，普朗克定律，斯蒂芬—波尔滋曼定律克希霍夫定律，
2、两物体间的辐射传热，设备的热损失及保温。
（七）换热器
1、常用的换热设备
2、列管式换热器的结构、类型，设计原则及步骤
3、传热的强化和削弱。
基本要求：
熟练掌握热传导的基本原理，傅立利定律，平壁与圆筒壁的稳定热传导及计算，掌握对流传热的基本原理，牛顿冷却定律，对流传热系数关联式的用法和条件；熟练运用传热速率方程并对热负荷、平均温度差、总传热系数进行计算；要求能够根据计算结果及工艺要求选用合适的换热器。
了解列管换热器的结构特点及其应用。
重点：
傅立叶定律及其一维稳态热传导应用；牛顿冷却定律和影响对流传热系数的主要因素；流体在圆形直管内强制湍流传热及对流传热系数的计算；换热器的热负荷计算，对数平均温度差的计算；总传热系数的计算；换热器的设计型计算。
难点：
传热过程中传热速率、传热推动力和热阻的基本概念；流体的相态的物理性质，流动状况和类型以及传热设备的型式对对流传热过程的影响；对流传热系数的类比法的应用，换热器的总传热系数与对流传热系数的关系及其简化应用；换热器的核算型计算。
第5章蒸发
（一）蒸发设备
1、了解蒸发操作的基本概念及典型设备
2、熟练掌握蒸发过程计算的基本方程
（二）单效蒸发
熟练掌握单效蒸发的特点和计算方法；
（三）多效蒸发
了解多效蒸发的流程特点和计算方法。
下册
第1章蒸馏
（一）概述
蒸馏的特点及分类
（二）两组分溶液的气液平衡关系
1、相律的概念
2、理想物系的条件两组分溶液的汽液平衡关系，拉乌尔定律，道尔顿分压定律，相平衡常数
3、相对挥发度，t-x-y,x-y图
4、非理想物系的气液平衡
（三）平衡蒸馏和简单蒸馏
简单蒸馏，平衡蒸馏的计算方法；
（四）精馏原理和流程
精馏原理、条件和操作流程
（五）两组分连续精馏的计算
1、理论板的概念，恒摩尔流假定，全塔物料衡算，精馏段操作线方程和提馏段操作线方程
2、q的定义、意义及q线方程，理论板层数的求法（逐板计算法，图解法，简捷法）及特殊情况时理论板层数的求法
3、回流比的影响及其选择
4、塔高和塔径的计算及热量衡算
5、精馏塔的操作和调节
基本要求:
理解相律的概念；掌握相对挥发的定义；掌握"t~x~y"图线、泡点线和露点线；了解总压对泡点线和露点线的影响；了解正、负偏差溶液的形成和特点；理解平衡蒸馏及简单蒸馏的计算；掌握精馏原理和流程；理解理论板的概念及恒摩尔流假定；掌握全塔物料衡算、精馏段操作线和提馏段操作线方程、q的定义、意义及q线方程；掌握理论板层数的求法、进料状态对理论板层数的影响、回流比的影响及选择了解连续精馏装置的热量衡算；理解精馏塔的操作和调节。
重点:
两组分理想物系的汽液平衡关系、精馏原理以及两组分连续精馏过程的计算（物料衡算与进料热状况的影响、理论板层数的计算与回流比的影响）
难点:
进料热状况参数
的理解。
第2章吸收
（一）气—液相平衡
1、气体的溶解度
2、亨利定律
3、吸收剂的选择
（二）传质机理与吸收速率
1、分子扩散与菲克定律
2、气相及液相中的定态分子扩散、扩散系数、对流传质
3、吸收过程的机理及速率方程式
（三）吸收塔的计算
1、吸收塔的物料衡算与操作线方程
2、吸收剂用量的决定、塔径的计算
3、填料层高度的计算及理论板层数的计算
基本要求:
掌握吸收的概念、类型和目的；理解吸收与蒸馏的区别；掌握亨利定律的不同表达形式及相关的计算；理解吸收剂的选择原则；了解分子扩散的概念及菲克定律的表达式；掌握气相及液相中的定态分子扩散的传质速率方程式；掌握涡流扩散及对流传质的公式表达式；掌握双膜理论；掌握吸收速率方程式的不同表达形式；理解“气膜控制”与“液膜控制”；掌握吸收塔的物料衡算与操作线方程；掌握最小气液比的求法；了解塔径的计算；掌握气、液相总传质单元高度、总传质单元数的概念及常用总传质单元数的计算方法；了解理论板层数的计算；了解吸收系数的测定、经验公式及准数关联式。
重点:
气体吸收过程的平衡关系、气体吸收过程的速率关系、低浓度气体吸收过程的计算。
难点:
传质单元高度与传质单元数概念的理解。
第3章蒸馏和吸收塔设备
（一）板式塔
1、塔板类型
2、板式塔的流体力学特性
3、塔板效率
（二）填料塔
1、填料
2、填料塔的流体力学特性
3、填料塔的附件
基本要求：
了解板式塔的结构、塔板的类型及结构特点、填料塔的结构特点、填料的类型及结构特点、填料塔的附件以及塔板效率的估算；掌握板式塔的流体力学特性。
重点：
板式塔负荷性能图的理解。
第4章液-液萃取
（一）三元体系的液—液相平衡与萃取操作原理
1、萃取操作的基本概念
2、组成在三角形相图上的表示方法、液—液相平衡关系在三角形相图上的表示
3、萃取过程在三角形相图上的表示及萃取剂的选择
（二）萃取过程的计算
1、单级萃取计算
2、多级错流接触萃取的计算
3、多级逆流接触萃取的计算
（三）液—液萃取设备
1、混合—澄清槽、塔式萃取设备、离心萃取器
2、萃取设备的选择
基本要求:
掌握萃取操作的基本概念；掌握组成在三角形相图上的表示方法、液—液相平衡关系在三角形相图上的表示、萃取过程在三角形相图上的表示及萃取剂的选择；掌握萃取计算的图解法；了解萃取过程的解析计算、萃取设备的类型、结构特点及选用。
重点:
组成在三角形相图上的表示方法、液—液相平衡关系在三角形相图上的表示。
难点:
组成在三角形相图上的表示方法、液—液相平衡关系在三角形相图上的表示。
第5章干燥
（一）湿空气的性质及湿度图
干燥过程的分类、湿空气的性质及H-I图；
（二）干燥过程的物料衡算与热量衡算
1、湿物料中含水量的表示方法
2、干燥系统的物料衡算、热量衡算
3、空气通过干燥器时的状态变化
（三）固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
1、物料中的水分
2、干燥时间的计算
（四）干燥设备
干燥器的主要型式
基本要求:
了解湿分的定义、去湿的方法及干燥的分类、干燥过程的必要条件和干燥推动力。
掌握湿空气的主要性质，它们的定义和计算公式；掌握湿空气的"H-I"图及其应用。
掌握干燥过程的物料衡算与热量衡算；掌握绝热干燥过程和非绝热干燥过程确定干燥器出口状态空气的方法。
掌握平衡水分与自由水分、结合水分与非结合水分的概念；掌握干燥速率的定义及干燥速率曲线；掌握临界水含量的概念。
了解恒速和降速段干燥时间的计算方法，了解影响恒速干燥和降速干燥的因素。
了解干燥器的主要型式及它们的特点。
重点:
湿空气的性质、"H-I"图及其应用、干燥过程的物料衡算与热量衡算、湿物料中水分的划分。
难点:
湿空气各种温度的区别与联系、由湿空气的性质参数在H–I图上确定其状态点、湿物料中水分的划分。
五、学时分配
章次
授课内容
理论学时
上册
绪论
1
第1章
流体流动
13
第2章
流体输送机械
4
第3章
非均相物系的分离和固体流态化
4
第4章
传热
10
第5章
蒸发
自学
下册
第1章
蒸馏
12
第2章
吸收
8
第3章
蒸馏和吸收塔设备
自学
第4章
液——液萃取
6
第5章
干燥
6
合计
64
六、教学建议
本课程采用电化手段课堂教学，提倡启发式、讨论式教学组织实施，以充分调动学生的主观能动性和积极参与精神，提高教学质量和教学效果。
七、参考资料
（一）教材
1、夏清、陈常贵主编，，《化工原理》（上、下册），天津大学出版社，2005
（二）参考书
1、陈敏恒、丛德滋等编著，《化工原理》（上、下册），化学工业出版社，1999
2、柴诚敬、张国量编著，《化工流体流动与传热》，化学工业出版社，2000
3、谭天恩、麦本熙、丁惠华编著，《化工原理》（上、下册），化学工业出版社，1998
4、McCabe，WarrenLUnitoperationsofchemicalengineering，McGrawHill,2001.
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