化工原理教学大纲.docx

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化工原理教学大纲

化工原理教学大纲

一、本课程的目的和任务

化工原理课程是化学工程与工艺类及相近专业的一门技术基础课，它在基础课和专业课之间，起着承前启后，由理及工的桥梁作用。

本课程的主要任务，是用自然科学原理考察、解释和处理化工生产中流体流动过程、工业传热过程、吸收、精馏、干燥等化工单元操作的基本原理，典型设备及其计算（包括选型）方法，以培养学生分析和解决有关工程实际问题的能力。

同时本课程强调工程观点、定量计算和工程设计（研究）能力的训练，强调处理工程问题的方法论，强调理论与实践的结合，除了为后续课程的学习打下必要的工程知识基础外，对培养学生具有正确的方法论和辩证唯物主义观点，也有重要的作用。

二、课程地位、意义和教学要求

化工原理作为化工专业的一门基础理论课程，是是用自然科学原理考察、解释和处理化工生产和化工单元操作的基本原理和基本规律的一门科学，在实验方法上主要是采用物理学和工程中的方法。

该课程科学、系统、严谨地阐明化工单元操作的基本理论及其应用，为学生学习专业课程打下坚实的基础。

通过本课程的理论教学及实验教学、课程实习等实践性环节相结合，使学生牢固建立起"单元操作"的概念，培养学生工程分析方法及独立分析问题和解决问题的能力。

通过系统的理论学习与实践，使学生具有一定的工程设计能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。

教学的具体要求由课堂讲授和课外辅导两个教学环节组成：

1.课堂讲授，以化学工业出版社的管国锋，赵汝溥编著的《化工原理》为主要教材，要求完成不少于90个自然课时的授课，掌握重要的化工原理概念、基本定律和基本公式，熟悉处理各种化工工程问题的方法，并学会灵活运用所学知识处理实际化工生产工作中所遇到问题及实验数据的归纳和分析方法。

教学内容的选取，包括流体动力学、传热、蒸发、吸收、精馏和萃取等部分，使学生了解化工单元操作的概貌。

2.课外辅导（包括学生自习）的在于提高学生解决实际问题的能力，通过化工原理实验课程及参与教师科研课题的工作，使学生不但能解决课本上的问题而且能够通过在实际操作训练的基础上，能对化工原理知识有较系统的概括了解。

三、教学方法及教学手段

授课方式：

课堂讲授为主。

采用讨论式、启发式教学法，开展创造性教学，培养学生的创新精神和实践能力。

授课手段：

多媒体课件，课外辅导（每周1次，每次2学时），参观，讨论，小论文等；

考试方式：

笔试。

在教学过程中要注意如下几点：

1、教学应有利于发挥“学生是教育主体”的作用。

2、教学应有利于学生“学会学习”。

3、教学应有利于学生创新能力和素质的培养。

4、教学要有利于实现教学目标和促进学生个性的发展。

四、课程教学要求的层次

教学内容分三个层次要求：

掌握、理解、了解。

在考核中，掌握的内容约占总分的65-70％，理解的内容约占30-25％，了解的内容约占5％。

五、学时安排、教学重点、难点与教材

学时：

90；开课学期：

第3，4学期；学分：

5。

教学重点、难点：

重点：

流体动力学、吸收、精馏。

难点：

流体流动系统的物料衡算及直管阻力和局部阻力的计算、传热过程的计算、精馏计算。

教材名称及主要参考书

1．管国锋，赵汝溥编，化工原理，化学工业出版社，2003年第三版。

2．《化工原理》上、下册，大连理工大学编，高等教育出版社，2002年版。

3．《化工原理》上、下册，姚文英主编，天津大学出版社，1999年版。

六、本课程教学内容、要求及学时分配

绪论（2学时）

【教学要求】

1、《化工原理》课程的性质、研究对象、任务与基本内容；

2、本课程的特点及学习方法；

3、因次、单位制和单位换算；

4、物料衡算与能量衡算。

【教学内容】

1、化工原理的目的和内容和研究方法。

2、化工原理的因次、单位制和单位换算。

3、化工原理的物料衡算与能量衡算。

第一章流体流动（12学时）

【教学要求】

1．了解流体的主要物性（密度、粘度）的定义、物理意义、影响因素及确定方法；

2．掌握流体静止平衡和运动的基本规律，正确理解连续性、定态与非定态流动、两种流动类型及其判别、边界层概念；

3．掌握流体静力学方程式、连续性方程式和柏努利方程式的内容及其应用，流体适宜流速的选择及管路直径的确定；

4．掌握流体在管路中流动时流动阻力的产生原因、影响因素及计算方法；

5．了解简单管路和复杂管路的特点，了解两种不同情况--设计型和操作型管路的计算方法；

6．掌握管路中流体的压力、流速和流量的测定原理及方法，各种流量计的测量原理、结构和性能。

【教学内容】

1．流体性质及作用在流体上的力连续介质的概念；流体的密度；流体的可压缩与不可压缩；流体的粘度与牛顿粘性定律；牛顿型流体和非牛顿型流体；作用于流体上的体积力和表面力；理想流体和实际流体。

2．流体静力学流体的静压强及特性；压强表示方法；等压面概念；流体静力学基本方程式；流体静力学基本方程式的应用--压强、压差的测定、液封高度计算等。

3．流体动力学流体的流量和流速；定态与非定态流动；流体流动的物料平衡--连续性方程式；流体流动的能量平衡--柏努利方程式；柏努利方程式的能量意义及应用。

4．流体在管内的流动阻力流体流动类型--层流和湍流；流动类型的判据--雷诺准数；边界层的概念；流体在圆形直管内的流动阻力通式；层流时的速度分布与摩擦系数；湍流时的速度分布与摩擦系数；因次分析与实验相结合的方法；非圆形管内的流动阻力；局部阻力计算的当量长度法和阻力系数法；减少局部阻力的措施。

5．管路计算简单管路的设计型和操作型计算；复杂管路--分支管路和并联路的特点及计算。

6．流量测量测速管、孔板流量计、文秋里流量计、转子流量计等。

第二章流体输送设备（4学时）

【教学要求】

1．了解流体输送机械在化工生产中的作用；

2．掌握离心泵的结构、工作原理、主要性能参数、特性曲线及其应用、泵的安装、操作注意事项、泵的选型；

3．掌握离心泵的流量调节、串并联特征；

4．了解其它类型的液体输送设备，如往复泵、旋转泵、计量泵等。

5．了解气体输送设备的工作原理、特点及主要性能参数。

【教学内容】

1．离心泵离心泵的主要部件、构造和工作原理；简介离心泵的基本方程式；离心泵的主要性能参数和特性曲线；离心泵性能的改变与换算；汽蚀现象与离心泵安装高度；离心泵工作点和流量调节；离心泵的串联和并联操作；离心泵的类型和选择。

2．其它类型泵：

往复泵、旋转泵、计量泵、旋涡泵。

气体输送和压缩设备

1．离心式通风机、鼓风机和压缩机；

2．旋转鼓风机、压缩机；

3．往复式压缩机；

4．真空泵。

第三章非均相物系的分离和固体流态化（6学时）

【教学要求】

1．了解非均相物系的性质、分离目的及分离方法；

2．掌握重力沉降和离心沉降的基本原理、沉降速度的定义、意义、计算方法和应用；

3．熟悉降尘室、沉降槽处理能力的数学描述以及旋风分离器的主要性能；

4．熟悉过滤操作的基本概念、过滤基本方程式及恒压恒速过滤方程式；了解过滤常数的测定方法；

5．了解过滤设备的结构、特点及生产能力的计算；

6．了解气体净化的其它方法、特点及应用。

【教学内容】

1．重力沉降球形颗粒自由沉降速度方程式；颗粒沉降阻力系数与雷诺数的关系式和关系曲线；不同流动类型下的沉降速度方程式；非球形颗粒的沉降速度；沉降速度的应用；降尘室的生产能力；沉聚过程；沉降槽的构造、操作与计算。

2．离心沉降离心力作用下的沉降速度；旋风分离器的结构、操作原理；旋风分离器的性能、型式与选用。

3．过滤过滤操作的基本概念；过滤基本方程式；恒压过滤；恒速过滤与先恒压后恒速的过滤；过滤常数的测定；过滤设备的结构、操作过程及生产能力的计算。

第四章传热（12学时）

【教学要求】

1．掌握热量传递的三种基本方式及特点、传热过程所遵循的基本规律及传热过程分析计算的基本方法；

2．掌握热传导中的傅立叶定律、平壁和圆筒壁的导热速率方程式及热传导计算；

3．掌握对流传热的基本原理及影响对流传热的因素；掌握牛顿冷却定律、对流传热系数的物理意义及经验关联式的建立、使用方法和条件；

4．掌握传热过程的计算，传热速率方程式、传热量、平均温度差、总传热系数的计算；传热操作型问题的分析方法与计算；了解强化传热过程的途径；

5．了解强化传热过程的途径；

6．掌握列管式换热器的选型计算；

7．了解新型换热器的类型及结构；

8．熟悉热辐射的基本定律。

【教学内容】

1．概述传热在石油加工及化工工业上的应用；传热的基本方程式。

2．热传导热传导的基本概念；傅立叶定律；导热系数；平壁的热传导；圆筒壁的热传导；接触热阻；保温层临界直径。

3．对流传热对流传热分析；对流传热速率方程式--牛顿冷却定律；热边界层；对流传热系数及影响因素；因次分析方法；对流传热系数的准数关联式--无相变时的对流传热系数、有相变时的对流传热系数及传热过程的影响因素。

4．传热计算能量衡算；总传热速率方程式；平均传热温差的计算；总传热系数的计算；传热单元数法；传热过程操作型问题分析与计算。

5．辐射传热热辐射基本概念和定律。

6．换热器换热器的类型和特征；列管式换热器的基本型式和设计计算；强化传热过程的途径。

第五章蒸发（6学时）

【教学要求】

1、了解蒸发的定义、基本原理及分类。

2、了解典型蒸发流程。

3、掌握单效蒸发器的物料衡算与热量衡算。

4、了解多效蒸发的系统的热效率与节能。

【教学内容】

1、蒸发的定义、基本原理及分类及典型蒸发流程简介。

2、单效蒸发器的物料衡算与热量衡算。

2、单效蒸发器的沸点升高与Δtm计算。

4、单效蒸发器的传热面积计算与选型设计。

5、多效蒸发流程及其热效率与节能。

第六章精馏（16学时）

【教学要求】

1．掌握蒸馏单元操作分离液体混合物的依据、蒸馏过程的分类和流程；

2．掌握双组分物系的汽液相平衡理论及平衡关系的表达形式；

3．掌握精馏原理，并能运用该原理分析精馏过程；

4．掌握精馏过程的物料衡算--操作线方程式；

5．了解回流比、进料状态对精馏操作的影响；

6．了解精馏塔塔板数计算方法；

7．了解精馏操作型问题的分析方法与计算；

8．了解多组分精馏的操作过程与计算，了解间歇精馏过程与计算。

【教学内容】

1．概述蒸馏操作在化工生产中的应用；蒸馏过程的依据和分类。

2．双组分溶液的汽液平衡拉乌尔定律和相律；理想溶液和非理想溶液；双组分理想溶液汽液平衡相图--t-x-y图和x-y图；泡点方程和露点方程；挥发度和相对挥发度；以相对挥发度表示的相平衡方程式。

3．精馏原理平衡汽化和平衡冷凝过程；多次部分汽化和多次部分冷凝；精馏塔和精馏操作流程；精馏段和回流的作用；提馏段和再沸器的作用。

4．双组分连续精馏塔的计算理论板的概念及衡摩尔流假定；全塔物料衡算；精馏段和提馏段的物料衡算--操作线方程的推导；进料热状况的影响--进料段的物料衡算和热量衡算、q线方程式及不同进料状态下q线的特征；理论塔板数的计算方法--逐板计算法和图解法；回流比的确定及其对理论板数的影响--全回流和最少理论板数、最少回流比、适宜回流比；简捷法求理论板数；直接蒸汽加热和多侧线精馏塔的计算；冷凝器和再沸器的热量衡算；全塔效率与单板效率；塔高和塔径计算；精馏塔操作型问题的分析方法与计算。

5．间歇精馏回流比恒定时的间歇精馏；馏出液组成恒定时的间歇精馏。

6．多组分精馏多组分精馏流程；多组分体系的相平衡；泡点、露点和平衡汽化计算；关键组分概念；塔顶、塔底产品组成的确定--清晰分割和非清晰分割；最少回流比的确定；理论板数的计算--简捷法和逐板计算法。

第七章吸收（12学时）

【教学要求】

1．掌握吸收单元操作分离气体混合物的依据、目的；吸收操作过程的分类和流程;

2．掌握吸收过程的汽液相平衡关系、传质机理和吸收速率方程式；

3．掌握吸收过程的物料平衡--操作线方程式和吸收剂用量计算；

4．掌握吸收塔填料层高度的计算；

5．了解吸收操作型问题的分析方法与计算

6．了解板式吸收塔塔板数的确定方法；

7．了解高浓度气体吸收、非等温吸收和多组分吸收的基本过程。

【教学内容】

1．概述吸收操作的依据、分类和流程；

2．吸收过程的相平衡气体在液体中的溶解度；亨利定律；相平衡曲线；吸收剂的选择。

3．传质机理与吸收速率分子扩散与菲克定律；气相中的稳定分子扩散--等分子反向扩散和一组分通过另一停滞组分的扩散；液相中的稳定分子扩散；扩散系数；对流传质；两相间的传质机理--双膜理论、溶质渗透理论和表面更新理论；吸收速率方程式--气膜吸收速率方程式、液膜吸收速率方程式、界面浓度、总吸收系数及相应的吸收速率方程式；气膜阻力和液膜阻力；吸收过程的气相控制和液相控制。

4．吸收塔的计算填料吸收塔的物料衡算和操作线方程式；吸收剂进口浓度和最高允许浓度；最小液气比；操作液气比和吸收剂用量的确定；填料层高度的计算方法--传质单元、传质单元高度和传质单元数的计算；吸收操作型问题的分析方法与计算；板式吸收塔理论板数的计算。

5．吸收系数吸收系数的测定方法；吸收系数的经验公式和准数关联式。

6．脱吸及其它条件下的吸收脱吸过程操作线与平衡线的关系；脱吸计算；高浓度气体吸收；非等温吸收。

第八章气液传质（塔）设备（4学时）

【教学要求】

1．理解塔板上气液流动情况、不正常操作状况。

2．掌握板效率及其影响因素。

3．理解板式塔的设计要点和负荷性能图。

4．理解填料塔流体力学性能及设计要点。

5．了解板式塔与填料塔比较。

【教学内容】

1、塔板上气液流动情况、不正常操作状况。

2、板效率及其影响因素。

3、板式塔的设计要点和负荷性能图。

4、填料塔流体力学性能及设计要点。

5、板式塔与填料塔的结构。

第九章萃取（8学时）

【教学要求】

1．掌握萃取单元操作分离液体混合物的依据、萃取操作的基本过程；

2．了解三元体系的液-液相平衡理论及平衡关系的表达形式；

3．掌握单级和多级萃取过程的计算，萃取剂的选择及用量的确定；

4．熟悉固液萃取的基本过程和计算；

5．掌握萃取设备的结构、液液接触方式和操作特征。

【教学内容】

1．概述萃取分离的依据、原理；萃取与蒸馏的比较；萃取过程；萃取操作在工业上的应用。

2．萃取过程的相平衡三元体系的液-液相平衡及三角形相图；三角形相图中液-液相平衡关系的表示方法；萃取过程在三角形相图上的表示；萃取剂的选择。

2．萃取过程的计算单级萃取过程的计算；多级错流接触萃取的计算；多级逆流萃取的计算；微分接触逆流萃取与带回流的逆流萃取。

3．萃取设备萃取设备分类与特点；萃取设备结构与操作过程。

第十章固体干燥（8学时）

【教学要求】

1．了解干燥操作的分类、基本原理及特点；

2．掌握湿空气的性质、湿度图及其应用；

3．掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算；

4．了解固体物料的干燥机理、干燥速率及干燥时间的计算；

5．了解常用干燥器的性能及应用范围。

【教学内容】

1．概述除湿方法介绍；干燥过程的分类；干燥过程进行的条件。

2．湿空气的性能及湿度图湿空气的性质；湿空气的H-I图及其应用。

3．干燥过程的计算干燥过程的物料平衡；干燥过程的热量平衡；空气通过干燥器时的状态变化。

4．固体物料的干燥物料中的水分；恒定干燥条件下的干燥速率和干燥时间；变动干燥条件下的干燥时间。

5．干燥器介绍。