化工原理课程手册.docx
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化工原理课程手册
化工原理课程手册
江苏工业学院化工原理教研室
第二部分：
化工原理设计教学手册………………………………………………………………9
第三部分：
化工原理实验教学手册………………………………………………………………12
课程：
化工原理
英文译名：
PrinciplesofChemicalEngineering
课程性质：
技术基础课，必修
适应专业与年级：
化学工程、应化、制药、材化、生化、轻化工和类似专业
开课教研组：
化工原理教研组
学分：
6-7
学时：
96-112
先修课程：
高等数学、物理、物理化学、运算技术
教材：
《化工原理（第二版）》陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋编，化学工业出版社1999
多媒体教学光盘四张
参考书：
丛德滋、丛梅、方图南《化工原理祥解与应用》，化学工业出版社2002
一、本课程的地位、作用和任务：
化工原理课程是化学工程、化工工艺类及相近专业的一门主干课，学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、运算技术等基础知识之后必修的技术基础课。
化工原理的要紧研究内容是以化工生产中的物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成的若干“单元操作”。
化工原理属工科科学，用自然科学的原理考察、讲明和处理工程实际咨询题。
研究方法要紧是理论解析和在理论指导下的实验研究。
本课程强调工程观点、定量运算和设计能力的训练。
强调理论和实际相结合、提高分析咨询题，解决咨询题的能力。
二、教学差不多要求：
绪论
典型化工产品生产实例；化工单元操作的历史梗概；本课程的性质及要回答的咨询题。
第二章流体输送机械
管路特性被输送流体对输送机械的能量要求；管路特性方程；带泵管路的分析方法——过程分解法。
离心泵泵的输液原理；阻碍离心泵理论压头的要紧因素（流量、密度及气缚现象等）；泵的功率、效率和实际压头；离心泵的工作点和流量调剂方法；离心泵的并联和串联；离心泵的安装高度，汽蚀余量；离心泵的选用。
其它泵容积式泵的工作原理、特点和流量调剂方法（以往复泵为主）。
气体输送机械气体输送的特点及全风压的概念；气体输送机械的要紧特性；风机的选择；压缩机和真空泵的工作原理，获得真空的方法。
第三章液体搅拌
典型的工业搅拌咨询题；搅拌的目的和方法；搅拌装置，常用搅拌浆的型式，挡板及其它构件；混合成效的度量（平均性的标准偏差、分割尺度和分割强度）；混合机理；搅拌功率；搅拌器体会放大时需要解决的咨询题。
其它混合设备介绍。
第五章颗粒的沉降和流态化
绕流基础两类流淌（内部流淌和外部流淌）咨询题；表面曳力和形体曳力；球形颗粒的曳力系数及斯托克斯定律。
自由沉降沉降运动———极限处理方法；沉降速度及其运算；降尘室的流量、沉降面积和粒径的关系；颗粒分级概念；旋风分离器的工作原理及阻碍性能的要紧因素，粒级效率的概念。
流态化流化床的工业应用和典型结构；流化床的要紧特性；流化床的操作范畴（起始流化速度和带出速度）。
气力输送的实际应用
第八章气体吸取
概述工业吸取过程；气体吸取的目的、原理及实施方法；吸取过程的经济性与吸取剂的选择原则。
气液相平稳亨利定律，温度、总压对平稳的阻碍；相平稳与吸取过程的关系。
扩散与单相传质分子扩散与费克定律，扩散系数；等分子反向扩散、单向扩散的概念；对流传质与传质分系数；传质与动量、热量传递的类比；对流传质与有效膜模型（双膜理论）。
相际传质相际传质速率方程，传质分系数和总系数的关系；传质推动力与传质系数的关系———传质速率的工程处理方法；溶解度对两相传质阻力分配的阻碍。
吸取过程数学描述低浓度气体吸取的假定；物料衡算、传质速率———吸取过程数学描述方法；HOG,NOG的分解———变量分离法；运算NOG的对数平均推动力法和吸取因数法；物料衡算及操作线的含义。
吸取过程设计吸取过程设计中参数的选择，指定分离要求下的最小液气比；返混及其对过程的阻碍。
吸取操作操作型咨询题的命题和解法，阻碍吸取结果的操作因素分析。
化学吸取化学反应对吸取相平稳的阻碍；化学反应对吸取速率的阻碍，增强因子。
第九章精馏
概述典型工艺过程中的精馏操作，蒸馏操作的目的、原理及实施方法，蒸馏操作的经济性。
双组分溶液的汽液相平稳相律的应用；理想溶液的汽液相平稳及泡、露点运算；相对挥发度；非理想物系的活度系数运算（范拉方程，马古斯方程）；平稳蒸馏与简单蒸馏。
精馏用传质观点分析精馏原理；精馏过程数学描述———元过程法；恒摩尔流的简化假设，理论板和板效率———工程简化处理方法；加料板上的过程分析；操纵体物料衡算和操作线方程。
双组分精馏的设计型运算精馏设计型运算的命题；理论板数的逐板运算法；用图解法分析精馏过程的方法；全回流和最少理论板数，最小回流比；加料热状态和回流比的选择；双组分精馏过程的其它类型。
双组分精馏的操作型咨询题讨论精馏操作型咨询题的命题；分离能力和物料衡算对精馏操作的制约和调剂；灵敏板的概念。
间歇精馏间歇精馏过程的特点及应用场合。
恒沸精馏与萃取精馏的差不多概念。
多组分精馏基础流程方案的选择；泡露点运算；关键组分和物料衡算（清晰分割法、全回流近似法）；最小回流比及塔板数捷算法。
第十章气液传质设备
气液传质过程对塔设备的要求。
板式塔板上的气液接触状态；塔内非理想流淌及其改善；漏液、液泛及有效操作范畴（负荷性能图）；常用塔板型式及其要紧特性；筛板塔的运算方法及结构参数的调整；板式塔的效率。
填料塔常用填料及其特性（比表面、间隙率、填料因子等）；气液两相在填料塔内的流淌、压降、最小喷淋密度和液泛现象；塔径运算方法；填料塔内的传质（传质系数和HETP）。
第十一章液液萃取
概述液液萃取的工业实例；萃取的目的、原理和实施方法。
相平稳三角形相图；物料衡算与杠杆定律；部分互溶物系的相平稳；分配系数与选择性系数。
萃取过程的运算单级萃取；多级错流萃取；多级逆流萃取的解析运算方法；完全不互溶物系萃取操作的运算。
萃取设备常用萃取设备的工作原理。
超临界萃取和液膜萃取超临界萃取的原理、实施方法及工业实例；液膜萃取的原理、实施方法及应用实例。
第十二章其它传质分离方法
结晶结晶原理；晶习；溶解度曲线；形成过饱和度的方法；结晶速率及阻碍因素；物料衡算和热量衡算；结晶设备。
吸附吸附原理；常用吸附剂；吸附相平稳；吸附机理及吸附速率；固定床吸附过程分析和床高运算；吸附设备。
膜分离反渗透原理及工业应用；超滤原理及工业应用；电渗析原理及工业应用；气体膜分离原理；膜分离设备。
第十三章热质同时传递的过程
热、质同时传递过程的工业实例；热、质同时传递过程的要紧特点；过程的极限———湿球温度与绝热饱和温度。
第十四章固体干燥
概述化工产品干燥实例；固体干燥的目的、原理及实施方法。
干燥静力学湿空气的状态参数及其运算；I-H图及其应用；水分在气固两相间的平稳。
干燥动力学恒定气流条件下物料的干燥速率及临界含水量。
干燥过程运算间歇干燥过程的干燥时刻；连续干燥过程的特点，物料衡算，热量衡算及热效率。
常用干燥设备选型原则；常用干燥设备的要紧组成部分及特性。
三、授课内容学时分配
四、外语学习和运算机辅助教学的要求
课程教学中表达外语学习不断线的要求：
课堂教学中，讲课提纲和要紧专业名词提倡以外文书写，以增加学生专业外语词汇量。
对多学时化工工程和工艺类专业和试点班学生鼓舞采纳部分原版教材，将化工原理与专业外语教学结合起来。
在课堂中用中文和英文相交替的方式讲授，指导学生阅读和明白得原版教材。
由于阅读和翻译的材料即是教材，提高了学生阅读爱好和学习积极性，改善了学习成效。
关于运算机辅助教学的要求：
1.化工原理教学要尽量使用多媒体教室，采纳多媒体电子教案，使用投影、模型、录像片、CAI软件进行《化工原理》理论教学。
2.在课堂教学中注意引用运算框图讲授设计步骤，以培养学生运用程序设计方法的能力。
五、课程作业、考核和记分
1.本课程作业量大而且贯穿课堂教学的全过程，课内外学时比为1：
2，其中用于完成作业的时刻约占70-80%课余学时，每次课后，教师应依照当堂课的内容和要求学生把握的深度广度布置一定类型和一定量的课外作业，平均每次课外作业量为2-4题。
2.对学生的要求是：
按时完成作业，不得抄袭，要按一定格式书写，应做在装订成册的作业本上。
关于与流程和设备有关的习题，应在作业本上画出流程和设备示意图，对读数精度要求较高的图线应画在正规的方格纸上。
一样每周至少交一次，不得迟交。
3.对教师批改作业的要求是：
每次作业应全部批改，并即使发给学生。
批改是应指明错误之处，并要求学生订正。
在每次批改后应对学生讲解作业中的典型错误，作业应记成绩。
可按五级记分。
4.本课程分两个学期教学，每学期期末按教学打算要求进行考试，一样都以笔试形式进行。
5．考核方式:
教考分离，统一考试，以期末考试成绩作为学生的课程成绩。
第二部分：
化工原理设计教学手册
课程：
化工原理课程设计
英文译名：
PrinciplesofChemicalEngineering
课程性质：
技术基础课，必修
适应专业与年级：
化学工程、应化、制药、材化、生化、轻化工和类似专业
开课教研组：
化工原理教研组
学分：
1-2
学时：
1-2周
先修课程：
化工原理、高等数学、物理、物理化学、运算技术
教材：
《化工原理课程设计》，本院自编
化工原理课程设计CAD课件，本院自编
一、本课程设计的地位、作用和任务：
化工原理课程设计是化工原理教学的一个重要环节，是综合应用本门课程和有关先修课程所学知识，完成以某一单元操作为主的一次设计实践。
通过课程设计，应培养学生的独立工作能力，培养学生树立正确的设计思想和实事求是、严肃认确实工作作风。
二、教学差不多要求：
通过课程设计应使学生在下列几个方面能力上得到较好的培养和训练：
1．查阅资料，使用有关手册、图表和收集合适的数据及正确选用运算公式的能力；
2．正确选择设计参数，具有从技术上可行和经济上合理两方面分析咨询题的工程观点和能力；
3．正确、迅速地进行要紧设备及某些辅助设备运算的能力；
4．把握化工设计的差不多程序和方法，具有用简洁的文字和适当的图表来表达自己设计思想的能力。
三、教学差不多内容：
1．设计方案的选定
对给定或选定的工艺流程、要紧设备的型式进行简要的论述；
2．工艺设计
选定工艺参数，物料衡算，热量衡算，单元操作的工艺运算并绘制相应的工艺流程图，标出物流量及要紧测量点；
3．设备设计
设备的结构设计和工艺尺寸的设计运算，并绘制设备的工艺条件图。
图面应包括设备的要紧工艺尺寸、技术特性和接管表；
4．辅助设备选型
典型辅助设备要紧工艺尺寸的运算，设备规格、型号的选定；
5．设计讲明书的编写
设计讲明书的内容应包括：
设计任务书；名目；设计方案简介；工艺运算及要紧设备设计；工艺流程图和要紧设备的工艺条件图；辅助设备的运算和选型；设计结果汇总；设计评述；参考文献。
6.带操纵点的工艺流程图的绘制，塔板布置图的绘制。
四、设计项目及要紧内容：
列管换热器的设计
（一）、设计内容
1依照生产任务的要求确定设计方案
（1）换热器类型的选择
（2）换热器内流体流入空间的选择
2化工运算
（1）传热面积的运算
（2）管数、管程数及管子排列，管间距的确定
（3）壳体直径及壳体厚度的确定
3换热器尺寸的确定及有关构件的选择
4换热器流体阻力的运算及其输送机械的选择
5绘制流程图及换热器的装配图
6编写讲明书
（二）、设计要求：
1在确定设计方案时既要考虑到工艺，操作的要求又要兼顾经济和安全上的要求。
2在化工运算时要求把握传热的差不多理论，有关公式，要明白查哪些资料，如何样使用算图以及如何样选择体会公式，并进行优化设计。
3要求依照国家有关标准来选择换热器的构件
4要求一部分学生利用运算机来辅助设计及优化设计方案
5要求必须把握固定管板式或浮头式列管换热器的设计
填料吸取塔的设计
（一）、设计内容
1吸取的汽液平稳关系的确定
2吸取流程的确定
3吸取剂的选择及吸取剂用量的运算
4填料的选择
5塔径和填料层高度的运算
6进行阻力运算及气液输送机械的选型
7塔的辅助装置的选型
（1）喷淋装置
（2）气体分布器
（3）液体分布器
（4）气体进出口装置
（5）填料支承装置
8绘流程图及吸取塔的装配图
9编写设计讲明书
（二）、设计要求：
1必须把握填料塔设计的有关原理、步骤
2必须学会合理地选择填料
3必须校核本设计是否满足填料塔设计的有关设计要求
4必须依据国家有关标准来选择塔的附件如封头、支座等
5要求部分学生利用运算机进行辅助设计
板式精馏塔的设计
（一）、设计内容
1设计方案的确定
（1）操作压力
（2）进料状态
（3）加热方式
（4）热能利用
2.工艺运算
（1）物料衡算
（2）热量衡算
（3）回流比的确定
（4）理论塔板数的确定
3.塔板及塔的要紧尺寸的设计
（1）塔板间距的确定
（2）塔径的确定
（3）塔板布置及板上流体流程的确定
4.流体力学的运算及有关水力性质的校核
5.板式精馏塔辅助设备的选型
6.绘制流程图及精馏塔的装配图
9.编写设计讲明书
（二）、设计要求
1.要求把握连续精馏装置设计原理与设计步骤
2.要求部分学生能利用运算机通过逐板运算法求解理论塔板数
3.要求学生明白进料状况及回流比对精馏过程的阻碍并做好优化设计
4.必须依据国家有关标准选择塔附件如：
封头、支座等
五、课程设计的差不多要求
1课程设计来源要求
课程设计题能够结合科研成果提出具有一定生产规模的单元操作设计题，也能够从生产实际中调查和搜集题目，另外也可依照资料和手册，编制符合教学要求的题目。
2.设计讲明书的差不多要求
要求包括以下几个内容：
（1）名目
（2）设计题目
（3）流程示意图
（4）流程和方案的讲明及论证
（5）设计结果概要（要紧设备尺寸，各种物料量和操作状态，能耗指标，设计时规定的要紧操作参数及附属设备的规格型号及数量）
（6）设计运算与讲明
（7）对设计的评述及有关咨询题的分析讨论
（8）参考文献名目
3.图纸要求
画工艺流程图和装配图一张，制图时必须按照国家有关机械制图标准制图
4.电算要求
学生使用电算时，除上述要求外还应列出注释（包括符号讲明），要紧程序的框图及程序运行结果。
5.要紧设计题目要求
争取生产实习与设计相结合，针对不同的专业方向选择适宜的课题
6.课程设计评分要求
分为四个部分分不要求:
（1）讲明书的质量度45%
（2）图纸质量25%
（3）答辩20%
（4）平常表现10%
第三部分：
化工原理实验教学手册
已开课程：
高等数学、运算机程序设计语言、化工原理
课程：
化工原理实验
课程性质：
技术基础课，必修
适应专业与年级：
化学工程、应化、制药、材化、生化、轻化工和类似专业
开课教研组：
化工原理教研组
学分：
2.5
学时：
40
先修课程：
化工原理、高等数学、物理、物理化学、运算技术
教材：
《化工原理实验》，本院自编
化工原理实验CAI课件，本院开发
一、本课程的地位、作用和任务：
化工原理实验是一门以化工单元操作过程原理和设备为要紧内容、以处理工程咨询题的实验研究方法为特色的实践性课程。
它在培养学生的工程能力，创新思维和创新能力方面起着重要的作用。
通过本课程的学习，应使学生把握应用化工原理和有关先修课程之所学知识，正确地处理工程咨询题的综合能力，培养学生实事求是、严肃认确实工作态度和团结协作的工作作风。
通过化工原理实验课程的学习，应使学生在下列几个方面的能力上得到较好的培养和锤炼：
（1）把握处理工程咨询题的差不多实验研究方法，即数学模型法和因次论指导下的实验研究方法，灵活地应用这些方法研究处理各种化工工程咨询题的能力；
（2）分析和解决化工工程咨询题的综合能力：
包括合理地规划实验的能力；正确地选择设备和设计流程的能力；正确地选择和使用工程测试外表的能力；实验动手能力；化工单元过程和设备的操作及分析能力；正确处理实验数据的能力；（3）对实验结果进行正确分析、讨论和总结并用简明的文字和适当的图表撰写实验研究报告的能力；（4）工程创新能力。
二、教学差不多要求
通过实验教学，学生应能巩固和加深对课堂教学内容的明白得并得到化工实验技能的差不多训练。
1第一要求学生依照实验指导书在课下进行预习，并设计出原始数据表格；
2进行实验前，给学生5～10分钟，熟悉实验设备流程、操作方法等；
3指导教师提咨询咨询题，并讲解疑难咨询题、注意事项等；
4实验小组为3—4人，学生独立操作完成实验；
5将测试数据及有关的设备参数等记录在差不多设计好的原始数据表格中；
6实验终止后，指导教师检查原始数据并签字；
7进行实验数据处理和分析，如结果不理想，可与化工原理实验室教师联系，重新做实验。
在一周内，完成实验报告。
实验考核与实验报告：
学生进入实验室，点名；实验终止后，学生有一份指导教师签名的原始数据表、指导教师依照学生回答咨询题、操作、原始数据记录、实验纪律及作风等方面给学生操作分。
学生在一周内提交一份实验报告，其中附有指导教师签名的原始数据表。
指导教师依照实验报告的情形给学生报告分。
在期末时，进行一次笔试（或面试），给出成绩。
课程的最后成绩：
操作分20%十实验报告分40%十笔试（或面试）成绩40％
缺一次实验或报告，最后不承诺参加笔试（或面试）。
总成绩不及格者，下学年重修。
三、授课要紧内容和学时安排
总学时为40学时
（1）实验数据的处理、化工实验参数测量方法4学时
（2）流体流淌阻力和孔板流量计孔流系数的测定5学时（上机1学时）
（3）离心泵性能测试4学时（上机1学时）
（4）板框过滤机中过滤常数的测定4学时
（5）套管换热器传热膜系数的测定5学时（上机1学时）
（6）筛板连续精馏塔的操作6学时（上机1学时）
（7）填料塔气体吸取实验6学时（上机1学时）
（8）气流干燥实验4学时
（9）流化干燥速率曲线的测定4学时
（10）流型与临界雷诺数的测定0.5学时
（11）柏努利方程演示实验0.5学时
（12）热边界层演示实验0.5学时
（13）浮阀塔和泡罩塔演示实验0.5学时
实验8和实验9选做其一。
四、具体教学内容
（1）实验数据的处理、化工实验参数测量方法
讲解实验室注意事项、实验误差的估算和分析、实验数据处理方法、实验设计方法、化工实验参数（压差、温度、流量流速）测量方法以及化工原理实验教学课件的使用。
（2）流体流淌阻力和孔板流量计孔流系数的测定
学习把握流体流淌阻力、直管摩擦系数、管件局部阻力系数的测定方法，了解它们的变化规律；学会孔板流量计的流量较正或标定方法；了解孔流系数的阻碍因素及变化规律。
（3）离心泵性能测试
了解离心泵的特性，熟悉离心泵的操作；学习离心泵特性曲线的测定方法和特性曲线的应用。
（4）板框过滤机中过滤常数的测定
了解板框过滤机的构造，把握过滤的操作方法；测定恒压过滤时的过滤常数；验证过滤终了速率和洗涤速率的关系。
（5）套管换热器传热膜系数的测定
学习传热系数及传热膜系数的测定方法；学习如何运用实验方法求出描述过程规律的体会公式。
（6）筛板连续精馏塔的操作
了解连续精馏装置的差不多流程和组成部分的作用；熟悉精馏塔的操作方法；了解连续精馏塔操作中各可变因素对精馏塔性能的阻碍。
（7）填料塔气体吸取实验
了解填料塔的差不多结构，吸取装置的差不多流程及操作方法；了解空塔气速与压降的关系，把握液泛规律；把握总传质系数和传质单元高度的测定方法，并了解空塔气速和喷淋密度对其阻碍。
（8）气流干燥实验
了解常压干燥操作的设备及流程；学习物料干燥速率曲线的测定方法；了解阻碍干燥速率曲线的因素。
（9）流化干燥速率曲线的测定
了解流化干燥器的差不多结构及其流程；把握流化干燥器干燥速率曲线的测定方法。
了解流化干燥操作中阻碍干燥速率的因素。
（10）流型与临界雷诺数的测定
观看层流时玻璃管中流速分布；观看流体层流和湍流时的流态。
（11）柏努利方程演示实验
熟悉流体流淌中各种能量（压头）的概念及相互转换关系。
（12）热边界层演示实验0.5学时
通过观看流体流经热固体表面进行传热时所产生的热边界层及边界层分离现象，加强对热边界层的感性认识了。
（13）浮阀塔和泡罩塔演示实验0.5学时
了解浮阀塔在正常操作时气液两相的流淌情形，以及观看雾沫夹带和漏液现象，从而加强对浮阀塔操作的感性认识。
观看泡罩塔塔板上气液两相的流淌情形，并与浮阀塔的操作情形进行对比。
五、本课程教学中需处理咨询题
1．强调因材施教，注重个性进展
为了表达因材施教，注重个性进展的原则，以适应不同层次、专业以及有爱好的学生的培养，除差不多实验内容外，本课程开设有综合性提高实验，供学生选做。
提高性实验：
联机在线操纵连续精馏塔综合实验；联机在线操纵间歇精馏塔综合实验；萃取综合实验；
2．加强工程实践能力和创新能力的培养
化工原理实验是培养学生工程实践能力以及创新能力的重要课程。
在教学过程中要求融入教师科研的成果和体会，并结合综合性和设计性的实验，使得在对学生两个“能力”的培养方面有所突破。
例如关于试点班学生的实验教学，可依照学院关于优秀生培养模式的有关规定或要求，在总学时为50学时的教学打算中，安排选做部分综合性提高实验。
3．注重加强运算机应用能力的培养
在教学过程中要注重加强学生运算机应用能力的培养，要求所有学生要使用运算机处理实验数据。
此外，本实验课程还配有化工原理实验运算机仿真软件，供有爱好的学生自由练习，不做统一要求。
一、教材
1．陈敏恒编《化工原理》上下册化学工业出版社（二十一世纪教材）
2．王志魁编《化工原理》全册化学工业出版社
3.《化工原理实验》.江苏工业学院，2002化工原理实验CAI课件
二、教学参考资料
1.何潮洪等.化工原理.科学出版社，2001
2.何潮洪等.化工原理习题精解.北京：
科学出版社，2003
3.丛德滋等.化工原理详解与应用.北京：
化学工业出版社，2002
4.赵汝溥等.化工原理.北京：
化学工业出版社.1995
5.Seader,J.D.,Henley,E.J.Separationprocessprinciples.NewYork:
John&Sons,Inc.1998
6.柴诚敬等.化工原理（上册：
化工流体流淌与传热，下册：
化工传质与分离过程）.北京：
化学工业出版社.2000（面向21世纪教材）
7.柴诚敬等.化工原理课程学习指导，天津大学出版社，2003
8.大连理工大学编.化工原理.高等教育出版社，2002
9.蒋维钧等.化工原理北京：
清华出版社，1996
10.成都科大化原编写组编.化工原理（第二版）.成都科技出版社1996
11.姚玉英.化工原理例题与习题.北京：
化学工业出版社，1998
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