《化工原理》教學大綱

1、化工原理課程教學大綱課程代碼：MMEN1017課程類別：工程基礎類課程授課對象：材料化學、高分子材料、材料科學與工程等專業(yè)開課學期：4學 分：3學分指定教材：夏清，賈紹義（化工原理）上、下冊，天津大學出版社，2011年一、教學目的： 本課程是化工類及相近專業(yè)重要的技術基礎課，在教學計劃中起到自然科學與應用科學的橋梁作用，通過本課程的學習，使學生掌握各種典型設備的基本原理，基本概念，基本知識的熟練應用及其計算方法，培養(yǎng)學生分析和解決有關單元操作各種問題的能力，以及適應生產(chǎn)建設的需要。二、課程目標通過本課程的教學，使學生具備下列能力： 1、課程目標 1：能運用流體流動、流體分子運動、性能的基礎知識

2、，結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 2：能針對不同高分子材料制備時所需輸入、輸出熱量，綜合換熱器結構原理和性能的相關理論，來分析判斷影響高分子材料基本性質(zhì)、加工性能和應用性能等復雜工程問題的關鍵環(huán)節(jié)和參數(shù)。 3、課程目標 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，達到對溶劑回收、純化及再次使用，并能借助文獻調(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 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?shù)挠嬎惴椒ǎ_到流體輸送及輸送設備的選用，高分子材料的加熱、冷卻及換熱設

3、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、課程目標與畢業(yè)要求的對應關系：（五號黑體）通過本課程的學習，確立動量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞與高分子材料生產(chǎn)制備之間關系，其主要任務是使學生掌握有關流體流動與輸送、高分子材料制備中的加熱、冷卻過程控制及換熱設備的選配，為從事高分子設計、改性、加工，應用奠定基礎。畢業(yè)要求指標點課程目標達成途徑1.工程知識1.3了解工程數(shù)學、工程力學、機械設計、化工原理、工程經(jīng)濟與倫理等相關工程基礎知識，并能將其用于解決高分子材料領域的復雜工程問題。課程目標 3課程目標 4課程講授、作業(yè)、討論2.問題分析2.2能運用工程基礎和高分子科學基本原

4、理并通過文獻研究分析高分子材料領域復雜工程問題，并獲得有效結論。課程目標 2課程講授、作業(yè)、討論四、教學基本內(nèi)容： 緒論課時：共2課時教學內(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 流體靜力學方程1.2.4 流體靜力學方程的應用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

5、.4 流體流動的基本方程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用1.5 動量傳遞現(xiàn)象1.5.1 層流分子動量傳遞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 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

6、 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？質(zhì)點的含義是什么？6、靜壓力有什么特性？7、不同基準壓力之間的換算關系是怎樣的。8、流體靜力學方程式的應用有哪些方面。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、試通過流體進行動量傳遞的機理分析流體流

7、動產(chǎn)生摩擦阻力的原因。 15、什么是因次分析，將其用于處理復雜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課時教學內(nèi)容2.1 傳熱過程概述 2.1.1 熱傳導及導熱系數(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2.2.1 平壁一維穩(wěn)態(tài)熱傳導2.2.2 圓筒壁的一維穩(wěn)態(tài)熱傳導 2.3 換熱器的傳熱計

8、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 對流傳熱 2.4.1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 間壁式換熱器的結構形式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、在熱傳導問題中，術語“一維”是什么意思？何謂穩(wěn)態(tài)熱傳導？3、試寫出有接觸熱阻存在時多層平

9、壁熱傳導的計算公式。4、什么叫熱阻？試說明在多層平壁和多層筒壁熱傳導中應用熱阻的優(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？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，所應用的基本定理是什么？11、傳熱過程所涉及到的量綱為一準數(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

10、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，熱應力是如何產(chǎn)生的，熱應力有何影響，為克服熱應力的影響應采取何種措施？ 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 蒸餾課時：共18課時教學內(nèi)容3.1 蒸餾過程概述3.2 兩組分溶液的氣液平衡3.3 平衡蒸餾與簡單蒸餾3.3.1 平衡蒸餾3.3.2 簡單蒸餾3.4 精餾多級蒸餾過程 3.4.1 精

11、餾原理3.4.2 精餾操作流程3.5 兩組分連續(xù)精餾的計算 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)精餾裝置的熱量衡算與節(jié)能 3.5.8 精餾過程的操作型計算與調(diào)節(jié)3.6 間歇精餾3.6.1 間歇精餾概述3.6.2 間歇精餾計算3.7 特殊精餾3.7.1 恒沸精餾3.7.2 萃取精餾3.8 板式塔3.8.1 塔板的類型及性能評價3.8.2 塔板的結構3.8.3 板式塔的流體力學性能和操作特性3.8.4 板式塔工藝尺寸的計

12、算思考題1、精餾原理是什么，精餾與簡單蒸餾有何不同？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，理論板的引入在精餾計算中有何重要意義？4、恒摩爾流假定的內(nèi)容如何？5、操作線表示何種關系，它是如何獲得的？6、進料熱狀況參數(shù)有何物理意義？7、q線方程或進料方程是如何獲得的？ 8、進料量對理論板層數(shù)有無影響，為什么？9、在分離任務一定時，進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

13、器的精餾塔，在計算理論板時應注意哪些事項？15、多側(cè)線的精餾塔與無側(cè)線的精餾塔在計算上有何不同？16、何為冷凝器和再沸器的熱負荷，如何計算？17、精餾過程有哪些節(jié)能途徑？18、影響精餾操作有哪些主要因素？19、餾出液組成恒定的間歇精餾有何特點，其理論板層數(shù)如何確定？20、回流比恒定的間歇精餾有何特點，其理論板層數(shù)如何確定？21、恒沸精餾的原理是什么？22、萃取精餾的原理是什么？23、塔板有哪些主要類型？24、評價塔板性能的指標有哪些方面，開發(fā)新型塔板應考慮哪些問題？25、板式塔的流體力學性能包括哪些方面？26、塔板上有哪些異常操作現(xiàn)象，其對精餾操作有何 影響？27、塔板負荷性能圖的構造如何？2

14、8、總板效率和單板效率的定義和計算方法如何？ 五、建議教學進度： 課程學時分配表序號教學內(nèi)容授課學時課程目標1緒論2課程目標12流體流動18課程目標1、33傳熱16課程目標24蒸餾18課程目標3、4合計54六、教學方法1、本課程按照化工生產(chǎn)中的三傳“動量傳遞熱量傳遞質(zhì)量傳遞”這條主線展開化工原理的教學內(nèi)容。對課程內(nèi)容的講授突出基礎，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生課后自學相結合。 2、課程采用多媒體課件，配合圖片、動畫、視頻進行教學。在教學過程中通過提問、隨堂互動、課后作業(yè)等方式進行案例分析，強調(diào)理論與工程實踐的結合，學生知識掌握和能力提高并重。 3、結合工程問題，通過

15、學生課后文獻查閱、讀書報告，提高學生的綜合運用知識，分析、研究和解決復雜工程問題的能力。七、考核方法及成績評定方法本課程為考試課，考核成績構成為：平時成績20% + 期中考試成績20% + 期末考試成績60%。(1) 平時成績由平時作業(yè)、考勤、平時測驗、課堂回答問題等構成。(2) 期中、期末考試以閉卷形式進行，統(tǒng)一命題。試卷考核分值與課程目標對應關系課程目標試卷考核分值試題形式課程目標 1【支持畢業(yè)要求1.4】25-30名詞解釋、敘述題課程目標 2【支持畢業(yè)要求2.2】20-25計算題課程目標 3【支持畢業(yè)要求1.1】25-30判斷題、敘述題課程目標 4【支持畢業(yè)要求1.1】30-40敘述題、

16、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: 天津大學出版社, 20053、W. L. McCabe, J. C. Smith. Unit Operations of Chemical Engineering, 6th ed. New York: McGraw. Hill Inc., 20014、陳敏恒，叢德茲，方圖南等，化工原理（上冊）北京；化學工業(yè)出版社，20065、譚天恩，麥本熙，丁惠華；化工原理（上冊） 北京；化學工業(yè)出版社，20016、時鈞；化學工程手冊（上卷）北京；化學工業(yè)出版社，19967、COUKSON J M,RICHARDSON J F. Chemical Engineering. Vol 1(fluid flow, heat transfer & mass transfer) m. 6th ed .