化工原理教學大綱

1、化工原理教學大綱 一、本課程的目的和任務 化工原理課程是化學工程與工藝類及相近專業(yè)的一門技術基礎課，它在基礎課和專業(yè)課之 間，起著承前啟后，由理及工的橋梁作用。本課程的主要任務，是用自然科學原理考察、解 釋和處理化工生產(chǎn)中流體流動過程、 工業(yè)傳熱過程、吸收、精餾、干燥等化工單元操作的基 本原理，典型設備及其計算（包括選型） 方法， 以培養(yǎng)學生分析和解決有關工程實際問題的 能力。同時本課程強調(diào)工程觀點、定量計算和工程設計（研究）能力的訓練，強調(diào)處理工程 問題的方法論， 強調(diào)理論與實踐的結合， 除了為后續(xù)課程的學習打下必要的工程知識基礎外， 對培養(yǎng)學生具有正確的方法論和辯證唯物主義觀點，也有重要的

2、作用。 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴賃 軔。 二、課程地位、意義和教學要求 化工原理作為化工專業(yè)的一門基礎理論課程， 是是用自然科學原理考察、 解釋和處理化工生 產(chǎn)和化工單元操作的基本原理和基本規(guī)律的一門科學， 在實驗方法上主要是采用物理學和工 程中的方法。該課程科學、系統(tǒng)、嚴謹?shù)仃U明化工單元操作的基本理論及其應用， 為學生學 習專業(yè)課程打下堅實的基礎。 通過本課程的理論教學及實驗教學、 課程實習等實踐性環(huán)節(jié)相 結合，使學生牢固建立起 單元操作 的概念， 培養(yǎng)學生工程分析方法及獨立分析問題和解決 問題的能力。 通過系統(tǒng)的理論學習與實踐， 使學生具有一定的工程設計能力， 為未來的工作 和后繼課程的學習打

3、下基礎。教學的具體要求由課堂講授和課外輔導兩個教學環(huán)節(jié)組成： 聞 創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈禍測。 課堂講授，以化學工業(yè)出版社的管國鋒，趙汝溥編著的化工原理為主要教材，要求完成 不少于 90 個自然課時的授課，掌握重要的化工原理概念、基本定律和基本公式，熟悉處理 各種化工工程問題的方法， 并學會靈活運用所學知識處理實際化工生產(chǎn)工作中所遇到問題及 實驗數(shù)據(jù)的歸納和分析方法。教學內(nèi)容的選取，包括流體動力學、傳熱、蒸發(fā)、吸收、精餾 和萃取等部分，使學生了解化工單元操作的概貌。 殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟婭騍。 課外輔導 （包括學生自習） 的在于提高學生解決實際問題的能力， 通過化工原理實驗課程及 參與教師科研課題

4、的工作， 使學生不但能解決課本上的問題而且能夠通過在實際操作訓練的 基礎上，能對化工原理知識有較系統(tǒng)的概括了解。 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐顧葒。 三、教學方法及教學手段 授課方式：課堂講授為主。采用討論式、啟發(fā)式教學法，開展創(chuàng)造性教學，培養(yǎng)學生的 創(chuàng)新精神和實踐能力。 授課手段：多媒體課件，課外輔導（每周 1 次，每次 2 學時），參觀，討論，小論文等； 考試方式：筆試。 在教學過程中要注意如下幾點： 1、教學應有利于發(fā)揮 “學生是教育主體 ”的作用。 2、教學應有利于學生 “學會學習 ”。 3、教學應有利于學生創(chuàng)新能力和素質的培養(yǎng)。 4、教學要有利于實現(xiàn)教學目標和促進學生個性的發(fā)展。 四、課程教

5、學要求的層次 教學內(nèi)容分三個層次要求：掌握、理解、了解。在考核中，掌握的內(nèi)容約占總分的65-70， 理解的內(nèi)容約占 30-25，了解的內(nèi)容約占 5。 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵廡詒爾。 五、學時安排、教學重點、難點與教材 學時： 90；開課學期：第 3，4 學期；學分： 5。 教學重點、難點： 重點：流體動力學、吸收、精餾。 難點：流體流動系統(tǒng)的物料衡算及直管阻力和局部阻力的計算、 傳熱過程的計算、 精餾計算。 教材名稱及主要參考書 1管國鋒，趙汝溥編，化工原理，化學工業(yè)出版社，2003 年第三版。 2化工原理上、下冊，大連理工大學編，高等教育出版社，2002 年版。 3化工原理上、下冊，姚文英主編，

6、天津大學出版社，1999 年版。 六、本課程教學內(nèi)容、要求及學時分配 緒論 （2 學時） 【教學要求】 1、化工原理課程的性質、研究對象、任務與基本內(nèi)容； 2、本課程的特點及學習方法； 3、因次、單位制和單位換算； 4、物料衡算與能量衡算。 【教學內(nèi)容】 化工原理的目的和內(nèi)容和研究方法。 化工原理的因次、單位制和單位換算。 3、化工原理的物料衡算與能量衡算。 第一章 流體流動 （12 學時 ） 【教學要求】 1了解流體的主要物性（密度、粘度）的定義、物理意義、影響因素及確定方法； 2掌握流體靜止平衡和運動的基本規(guī)律，正確理解連續(xù)性、定態(tài)與非定態(tài)流動、兩種流動 類型及其判別、邊界層概念； 謀蕎摶

7、篋飆鐸懟類蔣薔點鉍。 3掌握流體靜力學方程式、連續(xù)性方程式和柏努利方程式的內(nèi)容及其應用，流體適宜流速 的選擇及管路直徑的確定； 廈礴懇蹣駢時盡繼價騷巹癩。 4掌握流體在管路中流動時流動阻力的產(chǎn)生原因、影響因素及計算方法； 5了解簡單管路和復雜管路的特點，了解兩種不同情況-設計型和操作型管路的計算方法； 6掌握管路中流體的壓力、流速和流量的測定原理及方法，各種流量計的測量原理、結構 和性能。 【教學內(nèi)容】 1流體性質及作用在流體上的力連續(xù)介質的概念； 流體的密度； 流體的可壓縮與不可壓縮； 流體的粘度與牛頓粘性定律； 牛頓型流體和非牛頓型流體； 作用于流體上的體積力和表面力； 理想流體和實際流體

8、。 煢楨廣鰳鯡選塊網(wǎng)羈淚鍍齊。 2流體靜力學 流體的靜壓強及特性； 壓強表示方法； 等壓面概念； 流體靜力學基本方程式； 流體靜力學基本方程式的應用 -壓強、壓差的測定、液封高度計算等。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴縈 詰。 3流體動力學 流體的流量和流速；定態(tài)與非定態(tài)流動；流體流動的物料平衡- 連續(xù)性方程 式；流體流動的能量平衡 - 柏努利方程式；柏努利方程式的能量意義及應用?；[叢媽羥為贍僨 蟶練淨櫧撻。 4流體在管內(nèi)的流動阻力 流體流動類型 -層流和湍流；流動類型的判據(jù) - 雷諾準數(shù)；邊界 層的概念； 流體在圓形直管內(nèi)的流動阻力通式； 層流時的速度分布與摩擦系數(shù)； 湍流時的速 度分布與摩擦系數(shù)； 因

9、次分析與實驗相結合的方法； 非圓形管內(nèi)的流動阻力； 局部阻力計算 的當量長度法和阻力系數(shù)法；減少局部阻力的措施。 預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴買闥。 5管路計算 簡單管路的設計型和操作型計算； 復雜管路 -分支管路和并聯(lián)路的特點及計算。 6流量測量 測速管、孔板流量計、文秋里流量計、轉子流量計等。 第二章 流體輸送設備 （4 學時 ） 【教學要求】 1了解流體輸送機械在化工生產(chǎn)中的作用； 2掌握離心泵的結構、工作原理、主要性能參數(shù)、特性曲線及其應用、泵的安裝、操作注 意事項、泵的選型； 3掌握離心泵的流量調(diào)節(jié)、串并聯(lián)特征； 4了解其它類型的液體輸送設備，如往復泵、旋轉泵、計量泵等。 5了解氣體輸送設備

10、的工作原理、特點及主要性能參數(shù)。 【教學內(nèi)容】 1離心泵 離心泵的主要部件、 構造和工作原理； 簡介離心泵的基本方程式；離心泵的主要 性能參數(shù)和特性曲線； 離心泵性能的改變與換算； 汽蝕現(xiàn)象與離心泵安裝高度； 離心泵工作 點和流量調(diào)節(jié)；離心泵的串聯(lián)和并聯(lián)操作；離心泵的類型和選擇。 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦鋇絨。 2其它類型泵：往復泵、旋轉泵、計量泵、旋渦泵。 氣體輸送和壓縮設備 1離心式通風機、鼓風機和壓縮機； 2旋轉鼓風機、壓縮機； 3往復式壓縮機； 4真空泵。 第三章 非均相物系的分離和固體流態(tài)化（ 6 學時） 【教學要求】 1了解非均相物系的性質、分離目的及分離方法； 2掌握重力沉降和離心沉

11、降的基本原理、沉降速度的定義、意義、計算方法和應用； 3熟悉降塵室、沉降槽處理能力的數(shù)學描述以及旋風分離器的主要性能； 4熟悉過濾操作的基本概念、過濾基本方程式及恒壓恒速過濾方程式；了解過濾常數(shù)的測 定方法； 5了解過濾設備的結構、特點及生產(chǎn)能力的計算； 6了解氣體凈化的其它方法、特點及應用。 【教學內(nèi)容】 1重力沉降 球形顆粒自由沉降速度方程式； 顆粒沉降阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關系式和關系曲 線；不同流動類型下的沉降速度方程式； 非球形顆粒的沉降速度； 沉降速度的應用；降塵室 的生產(chǎn)能力；沉聚過程；沉降槽的構造、操作與計算。 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡縫勵。 2離心沉降 離心力作用下的沉降速度； 旋風

12、分離器的結構、 操作原理； 旋風分離器的性能、 型式與選用。 3過濾 過濾操作的基本概念； 過濾基本方程式； 恒壓過濾； 恒速過濾與先恒壓后恒速的過 濾；過濾常數(shù)的測定；過濾設備的結構、操作過程及生產(chǎn)能力的計算。 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔報 贏。 第四章 傳熱（ 12 學時） 【教學要求】 1掌握熱量傳遞的三種基本方式及特點、傳熱過程所遵循的基本規(guī)律及傳熱過程分析計算 的基本方法； 2掌握熱傳導中的傅立葉定律、平壁和圓筒壁的導熱速率方程式及熱傳導計算； 3掌握對流傳熱的基本原理及影響對流傳熱的因素；掌握牛頓冷卻定律、對流傳熱系數(shù)的 物理意義及經(jīng)驗關聯(lián)式的建立、使用方法和條件； 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷

13、鯛漢。 4掌握傳熱過程的計算，傳熱速率方程式、傳熱量、平均溫度差、總傳熱系數(shù)的計算；傳 熱操作型問題的分析方法與計算； 了解強化傳熱過程的途徑； 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚躋馱。 5了解強化傳熱過程的途徑； 6掌握列管式換熱器的選型計算； 7了解新型換熱器的類型及結構； 8熟悉熱輻射的基本定律。 【教學內(nèi)容】 1概述傳熱在石油加工及化工工業(yè)上的應用；傳熱的基本方程式。 2熱傳導 熱傳導的基本概念；傅立葉定律；導熱系數(shù)；平壁的熱傳導；圓筒壁的熱傳導； 接觸熱阻；保溫層臨界直徑。 蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅籜葦。 3對流傳熱 對流傳熱分析；對流傳熱速率方程式- 牛頓冷卻定律；熱邊界層；對流傳熱系 數(shù)及影響因素

14、；因次分析方法；對流傳熱系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式-無相變時的對流傳熱系數(shù)、有 相變時的對流傳熱系數(shù)及傳熱過程的影響因素。 買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄屆嬌。 4傳熱計算 能量衡算；總傳熱速率方程式；平均傳熱溫差的計算；總傳熱系數(shù)的計算；傳 熱單元數(shù)法；傳熱過程操作型問題分析與計算。 綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴飆鈧。 5輻射傳熱 熱輻射基本概念和定律。 6換熱器 換熱器的類型和特征； 列管式換熱器的基本型式和設計計算； 強化傳熱過程的途 徑。 第五章 蒸發(fā) （6 學時） 【教學要求】 1、了解蒸發(fā)的定義、基本原理及分類。 2、了解典型蒸發(fā)流程。 3、掌握單效蒸發(fā)器的物料衡算與熱量衡算。 4、了解多效蒸發(fā)的系統(tǒng)的熱效率

15、與節(jié)能。 【教學內(nèi)容】 1、蒸發(fā)的定義、基本原理及分類及典型蒸發(fā)流程簡介。 2、單效蒸發(fā)器的物料衡算與熱量衡算。 2、單效蒸發(fā)器的沸點升高與 tm計算。 4、單效蒸發(fā)器的傳熱面積計算與選型設計。 5、多效蒸發(fā)流程及其熱效率與節(jié)能。 第六章 精餾（ 16 學時） 【教學要求】 1掌握蒸餾單元操作分離液體混合物的依據(jù)、蒸餾過程的分類和流程； 2掌握雙組分物系的汽液相平衡理論及平衡關系的表達形式； 3掌握精餾原理，并能運用該原理分析精餾過程； 4掌握精餾過程的物料衡算 -操作線方程式； 5了解回流比、進料狀態(tài)對精餾操作的影響； 6了解精餾塔塔板數(shù)計算方法； 7了解精餾操作型問題的分析方法與計算； 8

16、了解多組分精餾的操作過程與計算，了解間歇精餾過程與計算。 【教學內(nèi)容】 1概述 蒸餾操作在化工生產(chǎn)中的應用；蒸餾過程的依據(jù)和分類。 2雙組分溶液的汽液平衡 拉烏爾定律和相律； 理想溶液和非理想溶液； 雙組分理想溶液汽 液平衡相圖 -t-x-y 圖和 x-y 圖；泡點方程和露點方程；揮發(fā)度和相對揮發(fā)度；以相對揮發(fā)度 表示的相平衡方程式。 驅躓髏彥浹綏譎飴憂錦諑瓊。 3精餾原理 平衡汽化和平衡冷凝過程； 多次部分汽化和多次部分冷凝； 精餾塔和精餾操作 流程；精餾段和回流的作用；提餾段和再沸器的作用。 貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡獻鵬。 4雙組分連續(xù)精餾塔的計算理論板的概念及衡摩爾流假定； 全塔物料衡算；

17、精餾段和提餾 段的物料衡算 -操作線方程的推導；進料熱狀況的影響- 進料段的物料衡算和熱量衡算、 q 線方程式及不同進料狀態(tài)下 q 線的特征；理論塔板數(shù)的計算方法 -逐板計算法和圖解法；回 流比的確定及其對理論板數(shù)的影響 -全回流和最少理論板數(shù)、最少回流比、適宜回流比；簡 捷法求理論板數(shù)； 直接蒸汽加熱和多側線精餾塔的計算； 冷凝器和再沸器的熱量衡算； 全塔 效率與單板效率；塔高和塔徑計算；精餾塔操作型問題的分析方法與計算。 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭 薔嗚訝。 5間歇精餾 回流比恒定時的間歇精餾；餾出液組成恒定時的間歇精餾。 6多組分精餾 多組分精餾流程；多組分體系的相平衡；泡點、露點和平衡汽化計算

18、；關鍵 組分概念；塔頂、塔底產(chǎn)品組成的確定-清晰分割和非清晰分割；最少回流比的確定；理論 板數(shù)的計算 -簡捷法和逐板計算法。 構氽頑黌碩飩薺齦話騖門戲。 第七章 吸收（ 12 學時） 【教學要求】 1掌握吸收單元操作分離氣體混合物的依據(jù)、目的；吸收操作過程的分類和流程; 2掌握吸收過程的汽液相平衡關系、傳質機理和吸收速率方程式； 3掌握吸收過程的物料平衡 -操作線方程式和吸收劑用量計算； 4掌握吸收塔填料層高度的計算； 5了解吸收操作型問題的分析方法與計算 6了解板式吸收塔塔板數(shù)的確定方法； 7了解高濃度氣體吸收、非等溫吸收和多組分吸收的基本過程。 【教學內(nèi)容】 1概述吸收操作的依據(jù)、分類和流

19、程； 2吸收過程的相平衡 氣體在液體中的溶解度；亨利定律；相平衡曲線；吸收劑的選擇。 3傳質機理與吸收速率 分子擴散與菲克定律；氣相中的穩(wěn)定分子擴散-等分子反向擴散和 一組分通過另一停滯組分的擴散；液相中的穩(wěn)定分子擴散；擴散系數(shù)；對流傳質； 兩相間的 傳質機理 -雙膜理論、溶質滲透理論和表面更新理論；吸收速率方程式-氣膜吸收速率方程 式、液膜吸收速率方程式、界面濃度、總吸收系數(shù)及相應的吸收速率方程式；氣膜阻力和液 膜阻力；吸收過程的氣相控制和液相控制。 輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩蠐鑭。 4吸收塔的計算 填料吸收塔的物料衡算和操作線方程式； 吸收劑進口濃度和最高允許濃度； 最小液氣比；操作液氣比和吸收

20、劑用量的確定；填料層高度的計算方法-傳質單元、傳質單 元高度和傳質單元數(shù)的計算； 吸收操作型問題的分析方法與計算； 板式吸收塔理論板數(shù)的計 算。 堯側閆繭絳闕絢勵蜆贅瀝紕。 5吸收系數(shù) 吸收系數(shù)的測定方法；吸收系數(shù)的經(jīng)驗公式和準數(shù)關聯(lián)式。 6脫吸及其它條件下的吸收 脫吸過程操作線與平衡線的關系； 脫吸計算； 高濃度氣體吸收； 非等溫吸收。 第八章 氣液傳質（塔）設備（ 4 學時） 【教學要求】 1理解塔板上氣液流動情況、不正常操作狀況。 2掌握板效率及其影響因素。 3理解板式塔的設計要點和負荷性能圖。 4理解填料塔流體力學性能及設計要點。 5了解板式塔與填料塔比較。 【教學內(nèi)容】 1、塔板上氣液流動情況、不正常操作狀況。 2、板效率及其影響因素。 3、板式塔的設計要點和負荷性能圖。 4、填料塔流體力學性能及設計要點。 5、板式塔與填料塔的結構。 第九章 萃?。?8 學時） 【教學要求】 1掌握