《化工原理》教學(xué)大綱.docx

1、化工原理課程教學(xué)大綱課程代碼：MMEN1017課程類別：工程基礎(chǔ)類課程 授課對象：材料化學(xué)、高分子材料、材料科學(xué)與工程等專業(yè) 開課學(xué)期：4 學(xué) 分：3學(xué)分指定教材：夏清，賈紹義（化工原理）上、下冊，天津大學(xué)出版社，2011年、教學(xué)目的：本課程是化工類及相近專業(yè)重要的技術(shù)基礎(chǔ)課，在教學(xué)計劃中起到自然科學(xué)與應(yīng)用科學(xué) 的橋梁作用，通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握各種典型設(shè)備的基本原理，基本概念，基本知 識的熟練應(yīng)用及其計算方法，培養(yǎng)學(xué)生分析和解決有關(guān)單元操作各種問題的能力，以及適應(yīng) 生產(chǎn)建設(shè)的需要。二、課程目標(biāo)通過本課程的教學(xué)，使學(xué)生具備下列能力：1、課程目標(biāo)1：能運用流體流動、流體分子運動、性能的基礎(chǔ)

2、知識，結(jié)合高分子材料 的特點，來分析、計算、判斷驅(qū)使流體流動所需輸入的機械能。2、課程目標(biāo)2：能針對不同高分子材料制備時所需輸入、輸出熱量，綜合換熱器結(jié)構(gòu) 原理和性能的相關(guān)理論，來分析判斷影響高分子材料基本性質(zhì)、加工性能和應(yīng)用性能等復(fù)雜 工程問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。3、課程目標(biāo)3：高分子材料制備過程中，溶劑的使用必不可少，綜合運用本課程內(nèi)容, 達(dá)到對溶劑回收、純化及再次使用，并能借助文獻(xiàn)調(diào)研，通過比較、分析優(yōu)化工藝條件提高 高分子材料性能等工程問題的解決方案。4、課程目標(biāo)4：能夠針對不同高分子材料的生產(chǎn)、制備及加工方法，選用恰當(dāng)?shù)挠嬎?方法，達(dá)到流體輸送及輸送設(shè)備的選用，高分子材料的加熱、冷卻及

3、換熱設(shè)備的選用，使用 溶劑的純化及回收，并能夠分析其局限性，提出可行性方案。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對應(yīng)關(guān)系：（五號黑體）通過本課程的學(xué)習(xí)，確立動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞與高分子材料生產(chǎn)制備之間 關(guān)系，其主要任務(wù)是使學(xué)生掌握有關(guān)流體流動與輸送、高分子材料制備中的加熱、冷卻過程 控制及換熱設(shè)備的選配，為從事高分子設(shè)計、改性、加工，應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。畢業(yè)要求指標(biāo)點課程目標(biāo)達(dá)成途徑1.工程知識1.3了解工程數(shù)學(xué)、工程力學(xué)、機械設(shè)計、 化工原理、工程經(jīng)濟與倫理等相關(guān)工程基礎(chǔ) 知識，并能將其用于解決高分子材料領(lǐng)域的 復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)3 課程目標(biāo)4課程講授、 作業(yè)、討論2.問題分析2. 2能運用工程基

4、礎(chǔ)和高分子科學(xué)基本原理 并通過文獻(xiàn)研究分析高分子材料領(lǐng)域復(fù)雜 工程問題，并獲得有效結(jié)論。課程目標(biāo)2課程講授、 作業(yè)、討論四、教學(xué)基本內(nèi)容：緒論課時：共2課時教學(xué)內(nèi)容0.1化工原理課程的內(nèi)容和特點0.2單位制度及單位換算 第一章流體流動課時：共18課時教學(xué)內(nèi)容1.1流體的重要性質(zhì)1.1.1連續(xù)介質(zhì)假定1.1.2流體的密度1.1.3流體的可壓縮性與不可壓縮流體1.1.4流體的黏性1.2流體靜力學(xué)1.2.1流體的受力1.2.2靜止流體的壓力特性1.2.3流體靜力學(xué)方程1.2.4流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用1.3流體流動概述1.3.1流動體系的分類1.3.2流率與平均流速1.3.3流動型態(tài)與雷諾數(shù)1.4流體流

5、動的基本方程1.4.1總質(zhì)量衡算-連續(xù)性方程1.4.2總能量衡算方程1.4.3機械能衡算方程的應(yīng)用1.5動量傳遞現(xiàn)象1.5.1層流一分子動量傳遞1.5.2湍流特性與渦流傳遞1.5.3邊界層與邊界層分離現(xiàn)象1.5.4動量傳遞小結(jié)1.6流體在管內(nèi)流動的阻力1.6.1管流阻力計算的通式1.6.2管內(nèi)層流的摩擦阻力1.6.3管內(nèi)湍流的摩擦阻力與因次分析1.6.4非圓形管的摩擦阻力1.6.5管路上的局部阻力1.7流體輸送管路的計算1.7.1簡單管路1.7.2復(fù)雜管路1.8流量的測量1.8.1測速管1.8.2孔板流量計1.8.3文丘里流量計1.8.4轉(zhuǎn)子流量計思考題：1、何謂單元操作？如何分類？2、聯(lián)系各

6、單元操作的兩條主線是什么？3、比較實驗研究方法和數(shù)學(xué)模型的區(qū)別與聯(lián)系。4、何謂單位換算因子？5、什么是連續(xù)性假設(shè)？質(zhì)點的含義是什么？6、靜壓力有什么特性？7、不同基準(zhǔn)壓力之間的換算關(guān)系是怎樣的。8、流體靜力學(xué)方程式的應(yīng)用有哪些方面。9、雷諾數(shù)的物理意義是什么？10、湍流與層流有何不同，湍流的主要特點是什么？11、在應(yīng)用機械能衡算方程解題時需要注意哪些問題？12、湍流用那些量來表征？13、流體在固體壁面上產(chǎn)生邊界層分離的必要條件時什么？試通過邊界層分離現(xiàn)象分析 形體阻力（局部阻力）產(chǎn)生的原因。14、試通過流體進(jìn)行動量傳遞的機理分析流體流動產(chǎn)生摩擦阻力的原因。15、什么是因次分析，將其用于處理復(fù)雜

7、的工程問題有什么好處？16、局部阻力的計算方法有哪些？17、管路計算有哪幾種類型？18、管路計算依據(jù)的基本關(guān)系式是什么？19、分支管路和并聯(lián)管路的特性分別是什么？20、各種流量計的測量原理。21、那些屬于變截面流量計，那些屬于變壓差流量計？ 第二章傳熱課時：共16課時教學(xué)內(nèi)容2.1傳熱過程概述2.1.1熱傳導(dǎo)及導(dǎo)熱系數(shù)2.1.2對流2.1.3熱輻射2.1.4冷熱流體（接觸）熱交換方式及換熱器2.1.5載熱體及其選擇2.2熱傳導(dǎo)2.2.1平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)2.2.2圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)2.3換熱器的傳熱計算2.3.1熱平衡方程2.3.2總傳熱速率微分方程和總傳熱系數(shù)2.3.3傳熱計算方法2.4

8、對流傳熱241對流傳熱機理和對流傳熱系數(shù)2.4.2對流傳熱的量綱分析2.4.3流體無相變時的對流傳熱系數(shù)2.4.4流體有相變時的對流傳熱系數(shù)2.4.5非牛頓型流體的傳熱（選讀）2.5換熱器2.5.1間壁式換熱器的結(jié)構(gòu)形式2.5.2換熱器傳熱過程的強化2.5.3傳熱過程強化效果的評價2.5.4管殼式換熱器的設(shè)計和選型思考題1、熱量傳遞的三種基本方式是什么？分別用什么定律可以描述？2、在熱傳導(dǎo)問題中，術(shù)語“一維”是什么意思？何謂穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)？3、試寫出有接觸熱阻存在時多層平壁熱傳導(dǎo)的計算公式。4、什么叫熱阻？試說明在多層平壁和多層筒壁熱傳導(dǎo)中應(yīng)用熱阻的優(yōu)點。5、換熱器中總的傳熱熱阻包括哪幾部分？在強

9、化傳熱中，如何有效地減小熱阻?6、對數(shù)平均溫度差值與哪些因素有關(guān)？7、換熱器傳熱計算有哪兩種方法，它們之間的區(qū)別是什么？8、在管殼式換熱器設(shè)計中，為什么要限制溫度差校正系數(shù)大于0.8?9、對流傳熱系數(shù)的定義是什么？說明對流傳熱的機理及求算對流傳熱系數(shù)的途徑。10、因次分析的步驟，所應(yīng)用的基本定理是什么？11、傳熱過程所涉及到的量綱為一準(zhǔn)數(shù)的名稱、計算式、含義是什么？12、試說明流體有相變化時的對流傳熱系數(shù)大于無相變時的對流傳熱系數(shù)的理由。13、為什么滴狀冷凝的對流傳熱系數(shù)要比膜狀冷凝的傳熱系數(shù)高？14、對于膜狀冷凝，雷諾數(shù)是如何定義的？15、液體沸騰曲線的意義。16、什么是輻射傳熱，它有哪些特

10、性？17、如何理解輻射傳熱中黑體和灰體的概念？18、強化換熱器中傳熱過程可以從哪幾方面入手？19、如何評價傳熱過程強化的效果？20、在管殼式換熱器中，熱應(yīng)力是如何產(chǎn)生的，熱應(yīng)力有何影響，為克服熱應(yīng)力的影響 應(yīng)采取何種措施？21、管殼式換熱器為何常采用多管程，分程的作用是什么？ 第三章蒸僧課時：共18課時教學(xué)內(nèi)容3.1蒸饋過程概述3.2兩組分溶液的氣液平衡3.3平衡蒸餡與簡單蒸餡3.3.1平衡蒸儒3.3.2簡單蒸偶3.4精餡一一多級蒸餡過程3.4.1精餡原理3.4.2精餛操作流程3.5兩組分連續(xù)精餡的計算3.5.1計算的基本假定3.5.2物料衡算與操作線方程3.5.3理論板層數(shù)的計算3.5.4回

11、流比的影響及其選擇3.5.5簡捷法求理論板層數(shù)3.5.6幾種特殊情況理論板層數(shù)的計算3.5.7連續(xù)精僧裝置的熱量衡算與節(jié)能3.5.8精饞過程的操作型計算與調(diào)節(jié)3.6間歇精餡3.6.1間歇精餡概述3.6.2間歇精餡計算3.7特殊精餡3.7.1恒沸精僧3.7.2萃取精儒3.8板式塔3.8.1塔板的類型及性能評價3.8.2塔板的結(jié)構(gòu)3.8.3板式塔的流體力學(xué)性能和操作特性3.8.4板式塔工藝尺寸的計算思考題1、精餡原理是什么，精餡與簡單蒸餛有何不同？2、塔頂液體回流和塔底上升蒸汽流的作用如何？3、為什么說理論板是一種假定，理論板的引入在精俺計算中有何重要意義？4、恒摩爾流假定的內(nèi)容如何？5、操作線表

12、示何種關(guān)系，它是如何獲得的？6、進(jìn)料熱狀況參數(shù)有何物理意義？7、q線方程或進(jìn)料方程是如何獲得的？8、進(jìn)料量對理論板層數(shù)有無影響，為什么？9、在分離任務(wù)一定時，進(jìn)料熱狀況對所需的理論板層數(shù)有何影響？10、全回流操作的特點是什么，有何實際意義？11、回流比對理論板層數(shù)有何影響？12、簡捷法求理論板層數(shù)的原理是什么？13、直接蒸汽加熱有何應(yīng)用背景，其理論板層數(shù)如何用圖解法求解？14、對于采用分凝器的精餡塔，在計算理論板時應(yīng)注意哪些事項？15、多側(cè)線的精餡塔與無側(cè)線的精餡塔在計算上有何不同？16、何為冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷，如何計算？17、精餡過程有哪些節(jié)能途徑？18、影響精餡操作有哪些主要因素？19

13、、僧出液組成恒定的間歇精餡有何特點，其理論板層數(shù)如何確定？20、回流比恒定的間歇精餡有何特點，其理論板層數(shù)如何確定？21、恒沸精餡的原理是什么？22、萃取精餡的原理是什么？23、塔板有哪些主要類型？24、評價塔板性能的指標(biāo)有哪些方面，開發(fā)新型塔板應(yīng)考慮哪些問題?25、板式塔的流體力學(xué)性能包括哪些方面？26、塔板上有哪些異常操作現(xiàn)象，其對精儒操作有何 影響？27、塔板負(fù)荷性能圖的構(gòu)造如何？28、總板效率和單板效率的定義和計算方法如何？五、建議教學(xué)進(jìn)度：課程學(xué)時分配表序號教學(xué)內(nèi)容授課學(xué)時課程目標(biāo)1緒論2課程目標(biāo)12流體流動18課程目標(biāo)1、33傳熱16課程目標(biāo)24蒸餡18課程目標(biāo)3、4合計54六、教

14、學(xué)方法1、本課程按照化工生產(chǎn)中的三傳“動量傳遞一熱量傳遞一質(zhì)量傳遞”這條主線展開化 工原理的教學(xué)內(nèi)容。對課程內(nèi)容的講授突出基礎(chǔ)，強調(diào)重點，對教科書中的內(nèi)容有所舍取, 課堂上講述要點與學(xué)生課后自學(xué)相結(jié)合。2、課程采用多媒體課件，配合圖片、動畫、視頻進(jìn)行教學(xué)。在教學(xué)過程中通過提問、 隨堂互動、課后作業(yè)等方式進(jìn)行案例分析，強調(diào)理論與工程實踐的結(jié)合，學(xué)生知識掌握和能 力提高并重。3、結(jié)合工程問題，通過學(xué)生課后文獻(xiàn)查閱、讀書報告，提高學(xué)生的綜合運用知識，分 析、研究和解決復(fù)雜工程問題的能力。七、考核方法及成績評定方法本課程為考試課，考核成績構(gòu)成為：平時成績20%+期中考試成績20%+期末考試成績60%o

15、(1) 平時成績由平時作業(yè)、考勤、平時測驗、課堂回答問題等構(gòu)成。(2) 期中、期末考試以閉卷形式進(jìn)行，統(tǒng)一命題。試卷考核分值與課程目標(biāo)對應(yīng)關(guān)系課程目標(biāo)試卷考核分值試題形式課程目標(biāo)1【支持畢業(yè)要求1.425-30名詞解釋、敘述題課程目標(biāo)2【支持畢業(yè)要求2.220-25計算題課程目標(biāo)3【支持畢業(yè)要求1.1】25-30判斷題、敘述題課程目標(biāo)4【支持畢業(yè)要求1.1】30-40敘述題、計算題八、參考書目1、柴誠敬張國亮.化工流體流動與傳熱（第二版）北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20072、夏清，陳常貴.化工原理，上、下冊.天津：天津大學(xué)出版社，2005C. Smith. Unit Operations of C

16、hemical Engineering, 6th ed. New Inc. , 2001方圖南等，化工原理（上冊）北京；化學(xué)工業(yè)出版社，2006 丁惠華；化工原理（上冊）北京；化學(xué)工業(yè)出版社，20013、W. L. McCabe, J. York: McGraw. Hill4、5、6、7、陳敏恒，叢德茲，譚天恩，麥本熙， 時鈞；化學(xué)工程手冊（上卷）北京；化學(xué)工業(yè)出版社，1996COUKSON J M, RICHARDSON J F. Chemical Engineering. Vol 1 （fluid flow, heat transfer & mass transfer） m. 6th ed . Beijing W