化工原理Ⅰ1教學(xué)大綱

1、化工原理-1教學(xué)大綱一、課程基本信息1、課程英文名稱：Principle of Chemical Engineering-12、課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課程3、課程學(xué)時(shí)：總學(xué)時(shí)56，實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)4，上機(jī)學(xué)時(shí)44、學(xué) 分：3.55、先修課程：高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、物理化學(xué)、化工熱力學(xué)6、適用專業(yè)：化學(xué)工程與工藝7、大綱執(zhí)筆：化學(xué)工程與工藝教研室 劉瑾 8、大綱審批：化學(xué)化工學(xué)院學(xué)術(shù)委員會(huì)9、制定(修訂)時(shí)間：2006年9月二、課程的目的與任務(wù)化工原理是化學(xué)工程學(xué)科中的基礎(chǔ)部分，是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門骨干技術(shù)基礎(chǔ)課。本課程的主要任務(wù)是研究化工生產(chǎn)中以物理加工為背景，具有共同規(guī)律的各種單元操作的基本原理；典

2、型設(shè)備的構(gòu)造、性能與操作原理；研究單元操作及其典型設(shè)備的有關(guān)計(jì)算；尋找適宜的操作條件，探索強(qiáng)化過程的方向及改進(jìn)設(shè)備的途徑。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生牢固掌握單元操作的基礎(chǔ)理論；初步掌握化工過程的開發(fā)、設(shè)計(jì)與操作的有關(guān)方法；同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會(huì)從工程實(shí)際出發(fā)，運(yùn)用工程觀點(diǎn)從多種角度，尤其是經(jīng)濟(jì)角度考慮技術(shù)問題。三、課程的基本要求1、化工原理是一門具有承上啟下作用的技術(shù)基礎(chǔ)課程。是學(xué)生具備了必要的高等數(shù)學(xué)、物理、物理化學(xué)、機(jī)械制圖、計(jì)算技術(shù)等基礎(chǔ)知識(shí)后的一門必修主干課程。2、本課程以課堂教學(xué)為主，輔以其他教學(xué)環(huán)節(jié)，如習(xí)題課、演示課、CAI、電化教學(xué)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真。學(xué)生應(yīng)完成一定數(shù)量的課外作業(yè)，通

3、過作業(yè)、測(cè)驗(yàn)和考試等方式，以及后續(xù)的化工原理課程設(shè)計(jì)來檢查和鞏固教學(xué)效果。3、本課程采用雙語教學(xué)。四、教學(xué)內(nèi)容、要求及學(xué)時(shí)分配(一) 理論教學(xué)緒論 2學(xué)時(shí)1、化工過程與單元操作的關(guān)系化工生產(chǎn)過程的特點(diǎn)；化工工藝學(xué)與化學(xué)工程學(xué)的性質(zhì)；單元操作的任務(wù)2、化工原理課程的性質(zhì)，內(nèi)容基礎(chǔ)理論；典型單元操作；相關(guān)課程3、化工原理課程的重要基礎(chǔ)概念物料衡算；能量衡算；單位換算和公式轉(zhuǎn)換；平衡關(guān)系； 過程速率；經(jīng)濟(jì)效益基本要求：了解化工原理課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)要求。重點(diǎn)：?jiǎn)卧僮鞯姆诸?；過程衡算、過程速率。難點(diǎn)：在經(jīng)濟(jì)效益觀點(diǎn)的指導(dǎo)下建立起“工程”觀念。第一章 流體流動(dòng) 14學(xué)時(shí)1.1 流體靜止的基本方程流體的特

4、性； 連續(xù)介質(zhì)模型；流體密度；流體靜壓強(qiáng)；流體靜力學(xué)基本方程；液柱壓差計(jì)1.2 流體流動(dòng)的基本方程流體流動(dòng)的連續(xù)性方程及其應(yīng)用；定態(tài)流動(dòng)；總能量衡算；柏努利方程及其應(yīng)用1.3 流體的流動(dòng)現(xiàn)象粘度；牛頓粘性定律；流動(dòng)的形態(tài)；雷諾數(shù)的物理意義；流線與軌線；管流速度分布；邊界層的發(fā)展和分離1.4 管內(nèi)流動(dòng)的阻力損失直管阻力計(jì)算式；層流時(shí)的摩擦系數(shù)；湍流時(shí)的摩擦系數(shù)；海根-泊稷葉公式 ；布拉修斯公式；范寧公式；局部阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法；非圓管道的當(dāng)量直徑計(jì)算；因次分析法； Moody圖及其使用1.5 管路計(jì)算簡(jiǎn)單管路與復(fù)雜管路；簡(jiǎn)單管路計(jì)算的方程組； 管路的設(shè)計(jì)型計(jì)算；管路的操作型計(jì)算；空氣、水在管

5、中的常用流速范圍 ；簡(jiǎn)單管路的典型試算法1.6 流量測(cè)量皮托管；孔板流量計(jì)；文丘里流量計(jì)；轉(zhuǎn)子流量計(jì)基本要求：熟練掌握流體靜力學(xué)基本方程式、連續(xù)性方程式和柏努利方程式及其應(yīng)用；理解流體的流動(dòng)類型和流動(dòng)阻力的概念；掌握流體流動(dòng)阻力的計(jì)算，簡(jiǎn)單管路的設(shè)計(jì)型計(jì)算和輸送能力的核算。了解測(cè)速管、文丘里流量計(jì)、孔板流量計(jì)和轉(zhuǎn)子流量計(jì)的工作原理和基本計(jì)算。重點(diǎn)：流體靜力學(xué)基本方程及其應(yīng)用；連續(xù)性方程，柏努利方程及其應(yīng)用；管內(nèi)流體流動(dòng)助力；管路計(jì)算。難點(diǎn)：機(jī)械能衡算式柏努利方程；復(fù)雜管路的計(jì)算。第二章 流體輸送機(jī)械 8學(xué)時(shí)2.1離心泵離心泵的操作原理、構(gòu)造與類型；理論壓頭與實(shí)際壓頭；離心泵的主要性能參數(shù)；泵的

6、特性曲線；泵的設(shè)計(jì)點(diǎn)和離心泵的銘牌參數(shù)；液體物理性質(zhì)對(duì)特性曲線的影響；泵的轉(zhuǎn)速和葉輪直徑對(duì)特性曲線的影響；管路特性方程；改變閥門的開度、泵的轉(zhuǎn)速及葉輪直徑對(duì)離心泵工作點(diǎn)的影響；離心泵的串聯(lián)和并聯(lián)；汽蝕現(xiàn)象；泵的安裝高度計(jì)算；離心泵的類型；離心泵的選型2.2 其它類型泵往復(fù)泵；齒輪泵；旋渦泵2.3 通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)和真空泵 基本要求： 了解離心泵的結(jié)構(gòu)及基本方程式；掌握離心泵的性能參數(shù)及影響因素、泵的特性曲線、工作點(diǎn)和流量調(diào)節(jié)；掌握離心泵安裝高度的確定原則；正確選用離心泵、風(fēng)機(jī)的型號(hào)。了解其它類型流體輸送機(jī)械。重點(diǎn)：離心泵的特性曲線；離心泵的安裝高度；離心泵的工作點(diǎn)；離心泵的選用、安裝和操

7、作難點(diǎn)：離心泵的基本方程式；離心泵的工作點(diǎn)的改變；離心泵安裝高度的計(jì)算。第三章 顆粒流體力學(xué)基礎(chǔ)與機(jī)械分離 8學(xué)時(shí)3.1 篩 分顆粒的大?。粯?biāo)準(zhǔn)篩與篩析；混合顆粒大小的分布；顆粒的平均直徑；篩的操作原理；篩的有效性與生產(chǎn)能力3.2 沉 降 重力沉降過程和沉降速度的基本概念；顆粒重力自由沉降計(jì)算式；沉降室的工藝計(jì)算；離心沉降的基本原理；旋風(fēng)分離器的工藝計(jì)算3.3 過 濾歐根公式；過濾的分類；過濾速度基本計(jì)算式；過濾常數(shù)和過濾基本方程式及其應(yīng)用；常見過濾設(shè)備的結(jié)構(gòu)、操作與計(jì)算3.4 固體流態(tài)化固體顆粒床層的分類；流態(tài)化操作特點(diǎn)；固體流態(tài)化的流體力學(xué)特性曲線；流化床的流化空速范圍的計(jì)算基本要求：理解

8、過濾操作的基本原理；掌握過濾基本方程式及其應(yīng)用；掌握過濾過程及設(shè)備的計(jì)算和過濾常數(shù)的測(cè)定方法。了解重力沉降運(yùn)動(dòng)的基本原理，掌握重力沉降設(shè)備的計(jì)算。重點(diǎn)：影響固定床層流動(dòng)壓降的主要因素；恒壓過濾基本方程式及其應(yīng)用；板框過濾機(jī)的操作和工藝計(jì)算；球形顆粒的重力自由沉降速度的計(jì)算；斯托克斯公式；除塵室的生產(chǎn)能力計(jì)算。難點(diǎn)：可壓縮濾餅的過濾常數(shù)的理解與應(yīng)用；濾布阻力的確定與當(dāng)量濾餅層概念的引入；過濾過程計(jì)算第四章 傳 熱 12學(xué)時(shí)4.1 概 述 傳熱的基本方式； 冷、熱流體熱交換的形式；傳熱速率和熱通量及其相互關(guān)系；傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用4.2 熱傳導(dǎo) 溫度場(chǎng)與傅立葉定律；導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義；溫度和壓力

9、對(duì)導(dǎo)熱系數(shù)的影響；平壁和圓筒壁的熱傳導(dǎo)過程的特點(diǎn)；壁內(nèi)溫度分布形式；接觸熱阻；熱傳導(dǎo)速率的計(jì)算式 4.3 對(duì)流傳熱對(duì)流傳熱過程分析；牛頓冷卻定律；影響對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素；無相變化流體的對(duì)流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式；有相變化流體的傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式；對(duì)流傳熱系數(shù)的一般范圍；傳熱系數(shù)計(jì)算公式中的解析方法、因次分析法4.4 輻射傳熱物體的輻射能力； 普朗克定律；斯蒂芬波爾茨曼定律；克?；舴蚨桑还腆w壁面間的輻射傳熱；對(duì)流與輻射的串聯(lián)傳熱；對(duì)流與輻射的并聯(lián)傳熱4.5 換熱器換熱器的分類；傳熱過程的強(qiáng)化途徑；換熱器的設(shè)計(jì)與選型基本要求：熟練掌握熱傳導(dǎo)的基本原理，傅立利定律，平壁與圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)及計(jì)算，掌握

10、對(duì)流傳熱的基本原理，牛頓冷卻定律，對(duì)流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的用法和條件；熟練運(yùn)用傳熱速率方程并對(duì)熱負(fù)荷、平均溫度差、總傳熱系數(shù)進(jìn)行計(jì)算；要求能夠根據(jù)計(jì)算結(jié)果及工藝要求選用合適的換熱器。了解列管換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其應(yīng)用。重點(diǎn)：傅立葉定律及其一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)應(yīng)用；牛頓冷卻定律和影響對(duì)流傳熱系數(shù)的主要因素；流體在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流傳熱及對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算；換熱器的熱負(fù)荷計(jì)算，對(duì)數(shù)平均溫度差的計(jì)算；總傳熱系數(shù)的計(jì)算；換熱器的設(shè)計(jì)型計(jì)算。難點(diǎn)：傳熱過程中傳熱速率、傳熱推動(dòng)力和熱阻的基本概念；流體的相態(tài)的物理性質(zhì)，流動(dòng)狀況和類型以及傳熱設(shè)備的型式對(duì)對(duì)流傳熱過程的影響；對(duì)流傳熱系數(shù)的類比法的應(yīng)用，換熱器的總傳熱系數(shù)

11、與對(duì)流傳熱系數(shù)的關(guān)系及其簡(jiǎn)化應(yīng)用；換熱器的核算型計(jì)算。第五章 蒸 發(fā) 4學(xué)時(shí)5.1 概 述蒸發(fā)流程、加熱蒸汽和二次蒸汽；蒸發(fā)的分類5.2 單效蒸發(fā)和真空蒸發(fā)單效蒸發(fā)的計(jì)算；真空蒸發(fā)的優(yōu)點(diǎn)5.3 多效蒸發(fā)多效蒸發(fā)的設(shè)備及流程；蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力、生產(chǎn)強(qiáng)度和多效蒸發(fā)效數(shù)的限制；多效蒸發(fā)的計(jì)算5.4 蒸發(fā)設(shè)備蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)基本要求： 掌握蒸發(fā)的設(shè)備及流程、單效蒸發(fā)的計(jì)算，了解多效蒸發(fā)的計(jì)算。重點(diǎn)：蒸發(fā)操作的經(jīng)濟(jì)性和操作方式；單效蒸發(fā)計(jì)算。難點(diǎn)：列管式換熱器的選型和計(jì)算。(二)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及學(xué)時(shí)分配1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：流體流動(dòng)阻力測(cè)定和離心泵特性曲線測(cè)定 驗(yàn)證型 3學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1) 掌握流體流經(jīng)直管和管閥件

12、時(shí)阻力損失的測(cè)定方法，通過實(shí)驗(yàn)了解流體流動(dòng)中能量損失的變化規(guī)律。 (2) 測(cè)定直管摩擦系數(shù)與雷諾準(zhǔn)數(shù)Re的關(guān)系，將所得的Re方程與公認(rèn)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系比較。 (3) 測(cè)定流體流經(jīng)閘閥等管件時(shí)的局部阻力系數(shù)。 (4) 學(xué)會(huì)壓差計(jì)和流量計(jì)的使用方法。(5) 觀察組成管路的各種管件、閥件，并了解其作用。(6) 了解離心泵結(jié)構(gòu)與特性，學(xué)會(huì)離心泵的操作；(7) 掌握離心泵特性曲線測(cè)定方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：流體力學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)裝置。2、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱： 對(duì)流給熱系數(shù)測(cè)定 驗(yàn)證型 1學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1) 觀察水蒸氣在換熱管外壁上的冷凝現(xiàn)象，并判斷冷凝類型；(2) 測(cè)定空氣（或水）在圓直管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流給熱系數(shù)；(3) 應(yīng)用線性回歸

13、分析方法，確定關(guān)聯(lián)式Nu=ARemPr0.4中常數(shù)A、m的值。(4) 掌握熱電阻測(cè)溫的方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：傳熱實(shí)驗(yàn)裝置。選開實(shí)驗(yàn)：1、實(shí)驗(yàn)名稱：恒壓過濾常數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證型 2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 熟悉板框壓濾機(jī)的構(gòu)造和操作方法；(2) 通過恒壓過濾實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證過濾基本原理；(3) 學(xué)會(huì)測(cè)定過濾常數(shù)K、qe、e及壓縮性指數(shù)S的方法；(4) 了解操作壓力對(duì)過濾速率的影響。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：板框過濾實(shí)驗(yàn)裝置。上機(jī)實(shí)驗(yàn)：1、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：離心泵單元仿真 綜合型 2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1)熟悉仿DCS系統(tǒng)的操作方法；(2)掌握離心泵冷態(tài)開車的步驟及操作；(3)掌握離心泵正常停車的步驟及操作；(4)掌握離心泵運(yùn)行中突發(fā)事故

14、原因分析及正確處理；(5)了解流量調(diào)節(jié)、壓力控制、液位調(diào)節(jié)的基本原理及方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：計(jì)算機(jī)、離心泵單元仿真系統(tǒng)軟件。2、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：換熱器單元仿真 綜合型 2學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?1)熟悉仿DCS系統(tǒng)的操作方法；(2)掌握換熱器冷態(tài)開車的步驟及操作；(3)掌握換熱器正常停車的步驟及操作；(4)掌握換熱器運(yùn)行中突發(fā)事故原因分析及正確處理；(5)了解溫度控制、流程調(diào)節(jié)、壓力控制的基本原理及方法。實(shí)驗(yàn)設(shè)備：計(jì)算機(jī)、換熱器單元仿真系統(tǒng)軟件。五、考試考核辦法本課程為考試課程。期末考試成績占70%、實(shí)驗(yàn)成績15%、平時(shí)成績占15%。六、教材及參考書(一) 教材1、陳敏恒.化工原理（上冊(cè)）(第三版).北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006.2、劉瑾.化工原理實(shí)驗(yàn).成都：西南石油大學(xué)印刷，2005.(二) 參考書1 McCabe W L , Smith J C. Unit Operation of Chemical Engineering. 3