化工原理教学教案.docx
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化工原理教学教案
教案
2014—2015学年第2学期
授课班级：
化学工程与工艺
课程名称：
化工原理
（1）
任课教师：
院部名称：
二〇一五年二月五日
课程名称
化工原理
（1）
课程归属
学科基础课
课程代码
授课班级
化学工程与工艺
授课地点
理论教学204、304；实践教学；辅导教室
课程类别
专业必修课
总学时数
48
周学时
4
学分数
3.0
学时分配
课堂讲授学时；实践教学8学时；辅导学时
起至时间
第1周至第3周，第5周至第11周，第14周至第15周
教学大纲
编者
编写学院及汇编时间
化工原理
（1）教学大纲
材料与化学工程学院
材料与化学工程学院、2013
教材及参考书
编、着、作者
出版社及出版时间
化工原理
谭天恩
化学工业出版社、2014
化工原理
柴诚敬
化学工业出版社、2005
化工原理学习指导
匡国柱
大连理工大学出版社、2002
化工原理习题解析
余立新
清华大学出版社、2004
化工原理
陈敏恒
化学工业出版社、1999
授课教师
职称
院（部）
实践教师
职称
院（部）
辅导教师
职称
院（部）
上课日期
2015年月日
第讲
章节
绪论第一章流体流动第一节 流体静止的基本方程
教学目的要求
熟悉化工研究对象、研究方法、本课程特点、知识结构、学习方法。
掌握混合物密度的求法。
重点及处理方法
单元操作及研究方法，流体的密度和压强，流体静力学方程；讲解
难点及处理方法
物料衡算、能量衡算；流体静力学方程应用；讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
绪论
一、课程简介
1、课程性质和内容
2、化工过程和单元操作：
化工生产过程；单元操作概念及特点。
二、基本概念：
物料衡算；能量衡算；过程速率；平衡关系。
三、单元操作的研究方法：
实验研究法；数学模型法。
第一章 流体流动
第一节 流体静止的基本方程
一、密度
1、液体的密度：
影响因素、纯组分数据查找、混合物密度计算
2、气体的密度：
影响因素、计算式、混合物密度计算
3、比容例1、2
二、压力（pressure）p，单位：
N/m2或Pa
1、制外压力单位：
常见的压力单位、换算关系
2、表压、真空度、绝对压强
三、流体静力学方程及应用
1、流体静力学方程
2、U型管压差计
课堂小结
时间分配
15分钟
15分钟
5分钟
15分钟
15分钟
30分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
1-2、1-3、1-5、1-6
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编.《化工原理》（下册）,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第一章流体流动第二节流体流动的基本方程
教学目的要求
掌握流量、流速的概念，连续性方程式、柏努利方程式及其应用。
重点及处理方法
流体动力学方程推导、不同单位制的表达方式。
柏努利方程物理意义；讲解
难点及处理方法
难点：
柏努利方程应用；讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
第二节 流体流动的基本方程
一、基本概念
1、流量：
体积流量；质量流量；两者关系。
2、流速：
平均流速；质量流速。
3、稳定流动与不稳定流动
4、黏性与黏度：
牛顿粘性定律；粘度
二、物料衡算—连续性方程
1、稳定流动的连续性方程
2、关于连续性方程的讨论
例1-3
三、机械能衡算
（一）液体在流动时所具有的能量表现形式
（二）柏努利方程
1、柏努利方程表达形式
2、柏努利方程的讨论：
3、应用柏努利方程注意事项：
例1-4、1-5
课堂小结
时间分配
5分钟
20分钟
20分钟
55分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
1-7、1-9、1-10
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编.《化工原理》（下册）,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第一章流体流动第三节流体流动现象
教学目的要求
了解流体在管内速度分布。
掌握流动的型态及判据—雷诺实验及雷诺准数。
重点及处理方法
流体流动类型与雷诺数；讲解、动画
难点及处理方法
雷诺数；边界层的形成、发展与分离；讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
第三节流体流动现象
一、流动类型
1、雷诺实验与流动类型
2、雷诺数Re：
定义、流型的判据、雷诺数的物理意义。
3、当量直径de
例：
1-6
二、湍流的基本概念
1、湍流的发生与发展
2、湍流的脉动现象和时均化
3、湍流时的层流底层
三、管内流动的分析
1、层流时的速度分布
2、层流时的阻力损失
3、湍流时的速度分布
四、边界层与边界层分离
1、边界层及其形成；
2、边界层的分离
课堂小结
时间分配
5分钟
35分钟
10分钟
30分钟
15分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
1-13、1-14
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编.《化工原理》（下册）,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第一章流体流动第四节管内流动的阻力
教学目的要求
掌握直管内的流动阻力损失，摩擦系数，迭代试差法。
重点及处理方法
摩擦因数及摩擦因数图、阻力计算；讲解、示例
难点及处理方法
量纲分析方法、迭代试差法；讲解
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
第四节管内流动的阻力
一、计算阻力损失的通式——范宁公式
1、阻力损失直观表现
2、范宁公式
（1）公式推导
（2）层流时的摩擦因数
二、量纲分析法
1、量纲分析的理论基础
2、量纲分析步骤
3、关于量纲分析法的几点说明
三、湍流时的摩擦因数
1、湍流时?
的经验式
2、摩擦因数图：
层流区；过渡区；湍流区；完全湍流区
3、粗糙度的影响
例1-7、1-8
迭代试差法
课堂小结
时间分配
5分钟
20分钟
35分钟
35分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
1-15、1-19
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编.《化工原理》（下册）,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第一章流体流动第四节管内流动的阻力 第五节管路计算
教学目的要求
了解管路构成，掌握简单管路的计算，熟悉测速管，孔板流量计，文丘里流量计，转子流量计。
重点及处理方法
简单管路计算讲解、示例
难点及处理方法
试差法讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
四、非圆形管的沿程损失
1、当量直径的定义
2、非圆形管的沿程损失计算方法，例1-9
五、局部阻力损失
1、阻力系数法：
2、当量长度法：
六、管内流动总阻力损失的计算
1、总阻力损失计算通式
2、总阻力损失计算注意事项，例1-10
第五节管路计算
一、简单管路
1、简单管路特点：
2、简单管路的设计型计算
3、简单管路的操作型计算：
4、适宜管径确定
例1-11、例1-12、例1-14
课堂小结
时间分配
5分钟
20分钟
20分钟
20分钟
30分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
1-20、1-22
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编.《化工原理》（下册）,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第一章流体流动第五节管路计算第六节流量测量
教学目的要求
了解复杂管路的特点及常见问题的计算方法；了解测速管，孔板流量计，转子流量计的工作原理及结构特点。
重点及处理方法
流速流量测量仪器的结构、原理和使用。
讲解、动画演示。
难点及处理方法
流速、流量测量仪器的工作原理。
讲解、动画演示
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
第五节管路计算
二、复杂管路
1、并联管路
2、分支管路，例1-15
第六节流量测量
一、变压头流量计
1、测速管：
结构、测速原理、优缺点
2、孔板流量计：
结构、测流原理、优缺点
3、文丘里流量计：
优缺点
二、变截面流量计
1、转子流量计
2、转子流量计特点
本章总结
时间分配
5分钟
30分钟
45分钟
20分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编.《化工原理》（下册）,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第二章液体输送机械第一节离心泵
教学目的要求
掌握离心泵的工作原理及主要结构；离心泵的气缚现象。
重点及处理方法
离心泵结构、原理。
扬程概念及表达。
讲解、动画
难点及处理方法
扬程概念及表达。
讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
第二章液体输送机械
概述
第一节离心泵
一、离心泵的工作原理与构造：
1、工作原理；气缚与灌泵
2、离心泵的构件：
叶轮、泵壳、轴封装置。
二、离心泵的主要性能参数
1、流量：
单位、影响因素。
2、扬程（压头）：
单位、实验测定方法。
3、泵的效率：
效率定义、影响因素
4、轴功率和有效功率：
定义、计算。
例2-1
三、离心泵的特性曲线及其应用
1、离心泵的特性曲线：
测定方法；讨论。
2、液体性质对泵特性的影响：
液体密度的影响；粘度的影响。
3、叶轮转速和直径对泵特性曲线的影响：
转速、叶轮直径。
课堂小结
时间分配
5分钟
20分钟
40分钟
30分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
2-1、2-3
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编.《化工原理》（下册）,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第2章液体输送机械第一节离心泵 第二节其它类型泵
第三节气体输送机械
教学目的要求
熟悉离心泵的特性曲线；了解离心泵的气蚀现象。
掌握离心泵的安装高度；了解离心泵的流量调节方法，离心泵的类型及选择。
了解往复泵的工作原理和操作，了解常用气体输送机械，了解往复压缩机的工作原理。
重点及处理方法
离心泵的特性曲线；离心泵的安装高度；离心泵的类型及选择讲解、示例
难点及处理方法
离心泵的安装高度。
讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
四、离心泵的工作点与流量调节
1、管路特性曲线
2、离心泵的工作点与流量调节
五、离心泵的安装高度：
1、安装高度的限制；
2、汽蚀现象；
3、安装高度的确定（汽蚀余量、计算）。
六、离心泵的选用、安装与操作
1、离心泵的分类；2、离心泵的选用；3、离心泵的安装与运转。
第二节其它类型泵
一、往复泵
结构；工作原理；分类；往复泵的流量特性；往复泵的流量调节；往复泵的安装、运转、调节。
第三节气体输送机械
一、离心式通风机二、鼓风机三、往复式压缩机
课堂小结
时间分配
5分钟
20分钟
30分钟
20分钟
20分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
2-5、2-6
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编.《化工原理》（下册）,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第三章机械分离与固体流态化 第二节沉降分离
教学目的要求
了解沉降分离原理，掌握重力沉降速度的计算方法，旋风分离器的作用原理
重点及处理方法
重力沉降的计算；讲解、示例
难点及处理方法
旋风分离器性能评价；讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
第二节沉降分离
一、重力沉降原理
1、重力沉降速度的计算
2、影响重力沉降速度的因素
3、干扰沉降
例3-2
二、重力沉降分离设备
1、降尘室
（1）分离条件：
停留时间＞沉降时间
（2）最大生产能力：
（3）分离的最小颗粒直径
例3-2
2、沉降槽
三、离心沉降原理及分离设备
1、离心沉降原理
2、离心分离因数
3、旋风分离器及性能
课堂小结
时间分配
30分钟
35分钟
30分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
3-2、3-3
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编.《化工原理》（下册）,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第三章机械分离与固体流态化 第三节过滤 第四节离心分离
教学目的要求
了解过滤的基本方法和常用设备，了解离心分离的原理和常用设备。
重点及处理方法
过滤速度及影响因素；讲解
难点及处理方法
过滤常数K、qe测定；讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
第三节过滤
一、概述
1、过滤方式：
深层过滤与饼层过滤
2、过滤介质：
织物介质、多孔性固体介质及堆积的粒状介质等。
3、滤饼与助滤剂
二、过滤设备
1、板框式压滤机：
结构和工作原理、优缺点
2、叶滤机：
结构和工作原理、优缺点
3、转筒真空过滤机：
结构和工作原理、操作方式
三、过滤的基本理论
1、过滤速度：
单位时间内通过单位过滤面积的滤液体积。
2、恒压过滤基本方程式
3、过滤常数K、qe测定
第四节离心分离
一、概述：
工作原理、优点
二、离心机的分类及作用原理
沉降式离心机、过滤式离心机、分离式离心机
课堂小结
时间分配
15分钟
15分钟
35分钟
30分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
3-5
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编. 化工原理,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第五章传热 第一节概述 第二节热传导
教学目的要求
掌握传热的基本概念，掌握傅立叶定律，掌握平壁及圆筒壁的稳定热传导计算。
重点及处理方法
傅立叶定律；单层及多层平壁、圆筒壁的串联导热分析。
讲解、示例
难点及处理方法
多层圆筒壁的串联导热分析。
讲解、示例、动画演示
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
第一节概述
一、传热在工业生产中的应用
二、传热的三种基本方式
热传导、对流传热、辐射传热
第二节热传导
一、傅立叶定律
1、温度场和等温面
2、傅立叶定律：
二、热导率
1、导热系数λ：
热导率的物理意义、影响因素
三、平壁的稳定热传导
1、单层平壁的稳定热传导
2、多层平壁的稳定热传导
例5-2、5-3
四、圆筒壁的稳定热传导
1、单层圆筒壁的稳定热传导：
传热面随半径而变化。
2、多层圆筒壁的稳定热传导
例5-4
课堂小结
时间分配
10分钟
10分钟
15分钟
30分钟
30分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
5-1、5-3、5-4
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编. 化工原理,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第五章传热 第三节两流体间的热量传递
教学目的要求
掌握传热速率方程及应用，掌握热负荷的计算方法，掌握传热系数和传热面积的计算。
重点及处理方法
传热速率方程及应用，热负荷和传热系数计算；讲解、示例
难点及处理方法
传热系数计算；讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
第三节两流体间的热量传递
一、间壁两侧流体热交换过程的分析
1、工业换热器的分类：
直接接触式、蓄热式、间壁式传热
2、间壁两侧流体热交换过程的分析
3、传热速率方程
二、传热速率和传热系数
1、对流给热系数及影响因素：
2、总传热系数计算
（1）传热壁面为平壁
（2）传热壁面为圆筒壁
3、污垢热阻
4、提高K的途径
热负荷计算
（1）无相变时Q的计算：
（2）热流体有相变
例5-6
课堂小结
时间分配
5分钟
20分钟
50分钟
20分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
5-5、5-9
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编. 化工原理,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第五章传热 第三节两流体间的热量传递
教学目的要求
掌握传热平均温度差的计算，掌握逆流传热的优越性。
重点及处理方法
传热平均温度差的计算；讲解、示例
难点及处理方法
传热平均温度差的计算；讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
三、平均温差的计算
1、恒温传热：
2、变温传热：
3、变温传热平均温度差的计算：
（1）基本假定
（2）公式推导：
（3）逆流传热的优越性
例5-7、5-9
四、复杂流向的平均温度差
1、换热器内流体的流向
2、复杂流向的平均温度差
（1）P和R两参数
（2）温差修正系数的查取
六、壁温的计算
1、流体的?
大小与壁温的关系
2、5-13
课堂小结
时间分配
5分钟
45分钟
25分钟
20分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
5-11、5-12
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编. 化工原理,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第五章传热 第四节 给热系数
教学目的要求
掌握传热平均温度差的计算，掌握逆流传热的优越性。
重点及处理方法
传热平均温度差的计算；讲解、示例
难点及处理方法
传热平均温度差的计算；讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
第四节给热系数
一、给热系数的影响因素和数值范围
1、给热系数的影响因素
2、给热系数的大致范围
二、给热系数与量纲分析
1、强制湍流时的特征数方程：
Nu=f（Pr，Re）
2、自然对流时的特征数方程：
Nu=f（Pr，Gr）
三、流体作强制对流时的给热系数
（一）流体在管内强制对流
1、流体在圆形直管内强制湍流
（1）低粘度流体
（2）高粘度液体
2、流体在圆形管内强制层流
3、流体在圆形管内的过渡范围
4、流体在弯管中的对流传热系数
5、非圆形直管内强制对流
例5-14、5-15
课堂小结
时间分配
5分钟
15分钟
20分钟
55分钟
5分钟
主要教学方法与
手段
采用多媒体课件课堂讲授
课后作业
5-13、5-16
参考资料
（1）柴诚敬主编.化工原理,高等教育出版社,2005.
（2）匡国柱主编.化工原理学习指导,大连理工大学出版社,2002.
（3）陈敏恒等编. 化工原理,化学工业出版社,1999.
教学后记
上课日期
2015年月日
第讲
章节
第五章传热 第四节 给热系数
教学目的要求
熟悉流体在管外强制对流给热系数计算，了解自然对流时的给热系数计算，了解有相变化的对流传热情况及影响因素。
重点及处理方法
流体在管外强制对流给热系数计算；讲解、示例
难点及处理方法
有相变化的对流传热；讲解、示例
授课方式
课堂教学
教学内容
教学步骤、内容（详细内容见课件）
上堂课内容回顾，课堂提问
（二）流体在管外强制对流
1、无档板:
按管内流体的计算，以当量de直径代替直径d.
2、弓形档板：
u=Vs/S、计算面积：
S=hD（1－do/t）、当量直径
四、流体做自然对流时的给热系数
1、C、n的选值：
表5-6
2、特性尺寸的确定；例5-17
五、有相变化的对流传热（简介）
1、有相变对流传热的特点
2、蒸汽冷凝时的给热
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