化工原理教學(xué)大綱-青島科技大學(xué)

1、課程編號： 0101101化工原理Principles of Chemical Engineering總學(xué)時： 48總學(xué)分： 3課程性質(zhì)： 技術(shù)基礎(chǔ)課開設(shè)學(xué)期及周學(xué)時分配：第 4 學(xué)期，每周3 學(xué)時適用專業(yè)及層次：化學(xué)工程與工藝、輕化工程、生物工程、生物技術(shù)、制藥工程、藥物制劑專業(yè)本科相關(guān)課程：高等數(shù)學(xué)、物理化學(xué)、分離工程、傳遞過程原理等教材： 夏青、陳常貴編著，化工原理（上冊），天津大學(xué)出版社，2005 年推薦參考書 ：1 譚天恩、丁惠華等編著，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社，2000 年2 趙汝溥、管國鋒編著，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版社，1999 年3 陳敏恒、叢德滋等編著，化工原理，化學(xué)工業(yè)出版

2、社，2001 年4 趙文、王曉紅等編著，化工原理，石油大學(xué)出版社，2001 年一、課程目的與要求本門課程的目的是為學(xué)生今后學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)課程打好工程技術(shù)理論基礎(chǔ)，并使他們受到必要的基本工程技能訓(xùn)練。本門課程的任務(wù)是使學(xué)生初步掌握化工過程的基本原理，以三種傳遞原理為主線，以物料衡算、能量衡算、平衡關(guān)系、傳遞速率等基本概念為理論依據(jù)，使學(xué)生掌握典型單元操作通用的學(xué)習(xí)方法和分析問題的思路，培養(yǎng)理論聯(lián)系實(shí)際的觀點(diǎn)，進(jìn)行典型單元操作設(shè)備的設(shè)計、操作及選型的計算， 并進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)技能和設(shè)計能力的訓(xùn)練， 以增強(qiáng)學(xué)生解決工程實(shí)際問題的能力?；ぴ韺儆诠こ虒W(xué)科， 要求通過本門課程的學(xué)習(xí)， 培養(yǎng)學(xué)生工程技術(shù)觀點(diǎn)

3、及獨(dú)立分析和解決實(shí)際工程問題的能力。二、課程主要內(nèi)容及學(xué)時分配0 緒論（ 1 學(xué)時）化工單元操作的歷史梗概；本課程的性質(zhì)及物料衡算與熱量衡算等化工原理研究方法。1 流體流動（ 15 學(xué)時）1.1流體的物理性質(zhì)1.2 流體靜力學(xué)方程式（2 學(xué)時）密度、壓力、流體靜力學(xué)基本方程式、靜力學(xué)方程的應(yīng)用（液柱壓差計、液封、液1面測量）。1.3 流體流動基本方程（3 學(xué)時）流量與流速、定態(tài)流動與非定態(tài)流動、連續(xù)性方程、柏努利方程、柏努利方程的應(yīng)用。1.4 流體流動現(xiàn)象（ 2 學(xué)時）牛頓粘性定律、粘度、非牛頓型流體、流動型態(tài)和雷諾準(zhǔn)數(shù)、管內(nèi)層流與湍流的比較、邊界層概念。1.5 管內(nèi)流動阻力損失（4 學(xué)時）阻

4、力計算通式、圓形直管內(nèi)層流流動阻力損失、因次分析法、圓形直管內(nèi)湍流流動損失、非圓形管內(nèi)流動阻力、局部阻力。1.6 管路計算（2 學(xué)時）管路計算的類型和基本方法（設(shè)計型和操作型）、試差法、復(fù)雜管路計算（分支、并聯(lián)）。1.7 流量測量（2 學(xué)時）測速管、孔板流量計、轉(zhuǎn)子流量計。2 流體輸送機(jī)械（7 學(xué)時）2.1 離心泵（ 5學(xué)時）離心泵工作原理及主要構(gòu)件、基本方程式、主要性能參數(shù)、特性曲線、安裝高度、工作點(diǎn)及流量調(diào)節(jié)、組合操作、類型與選用。2.2 其他類型泵（ 1 學(xué)時）往復(fù)泵、計量泵、隔膜泵、齒輪泵、旋渦泵。2.3 氣體輸送機(jī)械（ 1 學(xué)時）離心式通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)、往復(fù)壓縮機(jī)、

5、真空泵。3 非均相物系的分離和固體流態(tài)化（5 學(xué)時）3.1 顆粒及顆粒床層的特性（1學(xué)時）顆粒、顆粒床層的特性、流體通過床層的壓降3.2 沉降分離（2 學(xué)時）重力沉降、離心沉降3.3 過濾（ 1 學(xué)時）過濾基本概念、基本方程式、恒壓過濾、恒速過濾及過濾設(shè)備3.4 固體流態(tài)化（ 1 學(xué)時）流態(tài)化的基本概念、流化床的主要特征及操作特性4 傳熱（ 16 學(xué)時）24.1 概述4.2 熱傳導(dǎo)（ 2 學(xué)時）付立葉定律、導(dǎo)熱系數(shù)、平壁和圓筒壁的定態(tài)熱傳導(dǎo)。4.3 對流傳熱（ 4 學(xué)時）對流傳熱分析、 傳熱邊界層、 對流傳熱系數(shù)的影響因數(shù)、因此分析在對流傳熱中的應(yīng)用、流體作強(qiáng)制對流和自然對流時的對流傳熱系數(shù)、

6、 蒸汽冷凝和液體沸騰時的對流傳熱系數(shù)。4.4 傳熱過程計算（4 學(xué)時）總傳熱速率方程、熱量衡算、總傳熱系數(shù)、平均溫度差、傳熱面積、傳熱單元數(shù)法。4.5 對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式（2 學(xué)時）影響對流傳熱系數(shù)的因素、流體有相變、無相變時的對流傳熱系數(shù)4.6 輻射傳熱（ 2 學(xué)時）基本概念、物體的輻射能力、物體間的輻射傳熱、對流和輻射的聯(lián)合傳熱。4.7 換熱器（ 2 學(xué)時）換熱器類型、換熱器傳熱過程的強(qiáng)化途徑、列管換熱器的設(shè)計和選用。5 蒸發(fā)（ 4 學(xué)時）5.1 蒸發(fā)設(shè)備（ 1 學(xué)時）蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)、輔助設(shè)備及選型5.2 單效蒸發(fā)（ 2 學(xué)時）溶液沸點(diǎn)和溫度差損失、單效蒸發(fā)計算、蒸發(fā)器的生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度5.

7、3 多效蒸發(fā)（ 1 學(xué)時）多效蒸發(fā)的操作流程、計算、與單效蒸發(fā)的比較及提高經(jīng)濟(jì)性的手段三 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)1 流體流動本章重點(diǎn) ：1）靜力學(xué)基本方程的意義及應(yīng)用2）連續(xù)性方程、柏努力方程的物理意義、適用條件、應(yīng)用柏努力方程解題的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。3）雷諾準(zhǔn)數(shù)的意義及流動型態(tài)的判斷4）管路系統(tǒng)總能量損失的測量及計算（包括相關(guān)數(shù)據(jù)的獲得）本章難點(diǎn)：柏努力方程的應(yīng)用，運(yùn)用靜力學(xué)方程解題時等壓面的選取為本章難點(diǎn)。流體輸送機(jī)械本章重點(diǎn)：31）離心泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及離心泵特性曲線的應(yīng)用2）掌握離心泵汽蝕現(xiàn)象的定義和安裝高度的計算，了解操作特性、安裝及選型。本章難點(diǎn)：離心泵基本方程式的推導(dǎo)%2非均相物系的

8、分離和固體流態(tài)化本章重點(diǎn)：1）沉降分離（包括重力沉降和離心沉降）的原理、 過程計算和相關(guān)典型設(shè)備的選型。2）過濾操作的原理，恒壓過濾的計算、過濾常數(shù)的測定。3）固體流態(tài)化的基本概念、流化床的主要特征及操作特性。本章難點(diǎn)：如何將理論上討論的顆粒與流體間相對運(yùn)動問題， 運(yùn)用于實(shí)現(xiàn)非均相物系分離、 固體流態(tài)化技術(shù)及固體顆粒的氣力輸送等工業(yè)過程。傳熱本章重點(diǎn)：1）單層、多層平壁熱傳導(dǎo)速率方程，單層、多層圓筒壁熱傳導(dǎo)速率方程及其應(yīng)用。2）換熱器的能量衡算， 總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計算，用平均溫度差法進(jìn)行傳熱計算。Numbered_be804ee8-d472-4e69-95f9-24c66919e0

9、a83）對流傳熱系數(shù)的影響因素及因次分析法。本章難點(diǎn)：對于傳熱單元數(shù)法的理解和運(yùn)用；換熱器的設(shè)計計算d-4822-b856-accfaafd1bfb-Bulleted_0d1db811-a2db-45ff-b 蒸發(fā)本章重點(diǎn)：掌握單效蒸發(fā)中關(guān)于溶液的沸點(diǎn)和溫度差及生產(chǎn)能力和生產(chǎn)強(qiáng)度的計算。本章難點(diǎn)：本章無難點(diǎn)4b425b-Numbered_126bc50e-4fb7-4594-8df5-c0e1601b67db-Bulleted_4f9019b0-0108-4d1e-8198-1dae99257dc2-Bu主要教學(xué)方法（ 1）在講授每一章、每一節(jié)時，先用框圖、表格、自行總結(jié)和提煉的幾句話等形式簡

10、明扼要地向?qū)W生講清本章、本節(jié)、本次課的主要內(nèi)容，知識體系，教學(xué)思路、知識的前后聯(lián)系，以及重點(diǎn)、難點(diǎn)、注意事項(xiàng)等，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)具體內(nèi)容前先有一個整體上輪廓式的了解，做到心中有數(shù)，聽課有針對性。2）關(guān)鍵是突出重點(diǎn)、破解難點(diǎn)。把重點(diǎn)和難點(diǎn)講清、講透。3）每講完一節(jié)、一章后引導(dǎo)學(xué)生及時進(jìn)行歸納總結(jié)、搞清知識點(diǎn)之間的聯(lián)系，搞清理論在實(shí)際生產(chǎn)中的應(yīng)用，注重理論聯(lián)系實(shí)際，起到舉一反三、觸類旁通的作用。（ 4）堅持以課堂教學(xué)為主，同時結(jié)合采用投影、實(shí)物模型、電化教學(xué)、多媒體CAI 課件等4教學(xué)手段進(jìn)行輔助教學(xué)，以不斷提高教學(xué)效果。五 典型作業(yè)練習(xí)第一章流體流動1 如圖所示，在兩個壓強(qiáng)不同的密閉容器A， B 內(nèi)

11、充滿了密度為的液體，兩容器的上部與下部分別連接兩支規(guī)格相同的 U 行管水銀壓差計，連接管內(nèi)充滿密度為的液體。試回答：1）pM和pN的關(guān)系；2）判斷 1-2 ， 2-3 ， 3-4 及 5-6 ， 6-7 ， 7-8 等對應(yīng)截面上的壓強(qiáng)是否相等；3）兩壓差計讀數(shù)R與H的關(guān)系。2 本題附圖所示為一輸水系統(tǒng)，高位槽的水面維持恒定，水分別從BC 與 BD 兩支管排出，高位槽液面與兩支管出口間的距離為11m。 AB 管段內(nèi)徑為38mm、長為 58m； BC 支管的內(nèi)徑為 32mm、長為 12.5m； BD 支管的內(nèi)徑為26mm、長為 14m，各段長均包括管件及閥門全開時的當(dāng)量長度。AB 與 BC 管段的

12、摩擦系數(shù)均可取為0.03 。試計算：（ 1）當(dāng) BD 支管的閥門關(guān)閉時，BC 支管的最大排水量為若干，m3/h？（ 2）當(dāng)所有的閥門全開時，兩支管的排水量各為若干， m3/h？ BD 支管的管壁粗糙度可取為 0.15mm，水的密度為 1000kg/m3 ，粘度為 0.001P as。第一章流體輸送機(jī)械1 用 4B15 型的離心泵將常壓、 20的清水送往A、B兩槽，其流量均為325m/h ，主管段長 50m，管內(nèi)徑為 100mm， OA 與 OB 段管長均為 40m，管內(nèi)徑均為60mm（以上各管段長度包括局部阻力的當(dāng)量長度，OB 段的閥門除外）。假設(shè)所有管段內(nèi)的流動皆進(jìn)入阻力平方區(qū)，且摩擦系數(shù)=

13、0.02。分支點(diǎn)處局部阻力可忽略。試求：1）泵的壓頭與有效功率；2）支路 OB 中閥門的局部阻力系數(shù) ；（ 3）若吸入管線長（包括局部阻力當(dāng)量長度）為4m，泵的允許吸上真空度為5m，試確定泵的安裝高度。5第二章機(jī)械分離及固體流態(tài)化1 在 0.04m2的過濾面積上以110-4m3/s 的速率進(jìn)行恒速過濾試驗(yàn)。測得過濾100s 時，過濾壓力為 3104Pa；過濾 600s 時，過濾壓力為 9104Pa。濾餅為不可壓縮。今欲用框內(nèi)尺寸為 63563560mm 的板框過濾機(jī)處理同一料漿，所用濾布與試驗(yàn)時的相同。過濾開始時， 以與試驗(yàn)相同的濾液流速進(jìn)行恒速過濾，在過濾壓力達(dá)到6104Pa時改為恒壓操作。

14、每獲得3濾液所生成的濾餅體積為31m0.02m 。試求框內(nèi)充滿濾餅所需的時間。第三章傳熱有一套管換熱器，長為6m 內(nèi)管內(nèi)徑為 38mm。環(huán)隙間用 110的飽和水蒸氣加熱管內(nèi)湍流的空氣（ Re104）。空氣由 25被加熱到 60。若將內(nèi)管改為 f25 2.5mm，而長度仍為 6m，試計算能否完成傳熱任務(wù)。若欲維持氣體出口溫度，定性分析可采取的措施（計算時可作合理簡化）。有一單程列管式換熱器，內(nèi)裝有 f25 2.5mm 的鋼管 300 根，管長為 2m。要求將質(zhì)量流量為 8000kg/h 的常壓空氣于管程由 20加熱到 85， 選用 108的飽和蒸氣在殼方冷凝加熱。若蒸氣的冷凝傳熱膜系數(shù)為1104W/m2K，忽略管壁及兩側(cè)污垢熱阻和熱損失。已知空氣在平均溫度下的物性常數(shù)為 Cp =1kJ/kg K，l=2.85 10 - 2W/mK，m=1.9810 - 5Pas， Pr=0.7 。試求：1）空氣在管內(nèi)的對流傳熱系數(shù)；2）換熱器的總傳熱系數(shù)（以管子外表面為基準(zhǔn)）；3）通過計算說明該換熱器能否滿足需要；4）計算說明管壁溫度接近哪一側(cè)的流體溫度。有一列管換熱器由 f25 2.5mm 的 120 根鋼管組成。 110的飽和水蒸氣在殼方冷凝以加熱在管內(nèi)作湍流流動的某液體， 且冷凝水在飽和溫度下排出。 已知液體平均比