《化工原理》課程教學(xué)大綱

1、化工原理課程教學(xué)大綱一、課程的基本信息適應(yīng)對(duì)象：化學(xué)、化工、制藥、化學(xué)工程與工藝等專業(yè)大學(xué)本科學(xué)生課程代碼：17E00814學(xué)時(shí)分配：總學(xué)時(shí)72賦予學(xué)分：4先修課程：高等數(shù)學(xué)、普通物理、物理化學(xué)后續(xù)課程：化工工藝、化學(xué)反應(yīng)工程、各種專業(yè)課程二、課程性質(zhì)與任務(wù)化工原理是化學(xué)化工系本科生教學(xué)的重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課，是化學(xué)工程與工藝、制藥工程、環(huán)境工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。本課程緊密結(jié)合化學(xué)工程類的專業(yè)特點(diǎn)，圍繞單元操作原理和應(yīng)用為主題，以動(dòng)量傳遞、熱量傳遞、質(zhì)量傳遞過(guò)程為基礎(chǔ)，系統(tǒng)介紹流體輸送、沉降與過(guò)濾、傳熱、蒸餾、吸收及干燥等各單元操作的基本原理、基本計(jì)算方法、工程應(yīng)用，從而使學(xué)生能清楚

2、地掌握各單元操作的基本原理及基本計(jì)算方法，樹(shù)立工程觀念。在此基礎(chǔ)上，課程對(duì)超臨界萃取、蒸發(fā)、膜分離等現(xiàn)代先進(jìn)的單元操作技術(shù)也作了簡(jiǎn)要介紹。本課程通過(guò)課堂教學(xué)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)、課程實(shí)習(xí)等實(shí)踐性環(huán)節(jié)相結(jié)合，使學(xué)生牢固建立起單元操作的概念，培養(yǎng)學(xué)生工程分析方法及獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)系統(tǒng)的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐，使學(xué)生具有一定的工程設(shè)計(jì)能力，為未來(lái)的工作和后繼課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。三、教學(xué)目的與要求通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要使學(xué)生掌握流體流動(dòng)、流體輸送、傳熱、蒸餾、吸收等單元操作的基本原理及典型設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算方法，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)課程及從事工程實(shí)踐奠定必要的理論基礎(chǔ)。同時(shí)，要求通過(guò)各個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)培養(yǎng)學(xué)生的工程觀

3、點(diǎn)，使學(xué)生理解流體流動(dòng)、傳熱與傳質(zhì)的共性與特殊性，提高分析和解決化工實(shí)際問(wèn)題的能力。四、教學(xué)內(nèi)容與安排（教學(xué)內(nèi)容1 流體流動(dòng)1.1 流體靜力學(xué)基本方程式1.1.1 液體的密度 1.1.2 流體的靜壓強(qiáng) 1.1.3 流體靜力學(xué)基本方程式 1.1.4 流體靜力學(xué)基本方程式的應(yīng)用1.2 流體流動(dòng)的基本方程 1.2.1 流量與流速 1.2.2 穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng) 1.2.3 連續(xù)性方程 1.2.4伯努利方程 1.2.5 伯努利方程式的應(yīng)用1.3 管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象 1.3.1 粘度 1.3.2 流動(dòng)類型與雷諾準(zhǔn)數(shù) 1.3.3 層流與湍流 1.3.4 邊界層的概念1.4 流體流動(dòng)的阻力損失 1.4.1

4、層流對(duì)直管阻力損失計(jì)算 1.4.2 湍流時(shí)直管阻力損失計(jì)算 1.4.3 局部阻力損失 1.4.4 管路阻力對(duì)管內(nèi)流動(dòng)的影響1.5 流體輸送管路的計(jì)算1.5.1 簡(jiǎn)單管路1.5.2 復(fù)雜管路1.6 流速和流量的測(cè)量1.6.1 測(cè)速管1.6.2 孔板流量計(jì)1.6.3 文丘里流量計(jì)1.6.4 轉(zhuǎn)子流量計(jì)2 流體輸送機(jī)械2.1 離心泵2.1.1 離心泵的工作原理2.1.2 離心泵理論壓頭2.1.3 離心泵的功率與效率2.1.4 離心泵的特性曲線2.1.5 離心泵的工作點(diǎn)與流量調(diào)節(jié)2.1.6 并聯(lián)與串聯(lián)操作2.1.7 離心泵的安裝高度2.1.8 離心泵的類型與選用2.2 往復(fù)泵2.2.1 往復(fù)泵的構(gòu)造及

5、操作原理2.2.2 往復(fù)泵的流量調(diào)節(jié)2.3 其它化工用泵 2.3.1 正位移泵 2.3.2 非正位移泵2.4 氣體輸送機(jī)械 2.4.1 離心通風(fēng)機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)與壓縮機(jī) 2.4.2 旋轉(zhuǎn)鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)與真空泵 2.4.3 往復(fù)壓縮機(jī)3 機(jī)械分離和固體流態(tài)化3.1 顆粒的沉降運(yùn)動(dòng) 3.1.1 流體繞過(guò)顆粒的流動(dòng) 3.1.2 靜止流體中顆粒的自由沉降 3.1.3 重力沉降設(shè)備 3.1.4 離心沉降 3.1.5 離心沉降設(shè)備3.2 流體通過(guò)顆粒層的流動(dòng) 3.2.1 顆粒床層的特性 3.2.2 流體通過(guò)固定床的阻力 3.2.3 過(guò)濾3.3 離心機(jī) 3.3.1 一般概念 3.3.2 離心機(jī)的結(jié)構(gòu)與操作4 傳熱

6、4.1 概述 4.1.1 化工生產(chǎn)中的傳熱4.1.2 傳熱過(guò)程4.2 熱傳導(dǎo) 4.2.1 傅里葉定律 4.2.2 導(dǎo)熱系數(shù)4.2.3 平壁熱傳導(dǎo)4.2.4 圓筒壁的熱傳導(dǎo)4.3 對(duì)流傳熱 4.3.1 對(duì)流傳熱分析 4.3.2 牛頓冷卻定律和對(duì)流傳熱系數(shù) 4.3.3 對(duì)流傳熱的因次分析 4.3.4 對(duì)流傳熱系數(shù)的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式4.4 有相變的對(duì)流傳熱 4.4.1 蒸氣冷凝傳熱 4.4.2 液體的沸騰傳熱4.5 傳熱過(guò)程的計(jì)算4.5.1 熱量衡算4.5.2 總傳熱速率微分方程4.5.3 總傳熱系數(shù)K4.5.4 傳熱推動(dòng)力和總傳熱速率方程4.5.5 穩(wěn)定傳熱的計(jì)算4.5.6 不穩(wěn)定傳熱計(jì)算4.6 換熱器

7、4.6.1 間壁式換熱器的類型4.6.2 列管式換熱器的選用5 蒸餾5.1 概述5.2 兩組分理想物系的汽液平衡 5.2.1 兩組分理想物系的氣液平衡關(guān)系 5.2.2 兩組分理想溶液的氣液平衡相圖5.3 平衡蒸餾和簡(jiǎn)單蒸餾5.3.1 平衡蒸餾5.3.2 簡(jiǎn)單蒸餾5.4 精餾原理和流程 5.4.1 多次部分汽化、部分冷凝5.4.2 塔板的作用 5.4.3 精餾操作流程圖5.5 兩組分連續(xù)精餾的計(jì)算 5.5.1 理論板的概念及恒摩爾流假定 5.5.2 物料衡算和操作線方程 5.5.3 進(jìn)料熱狀況的影響 5.5.4 理論板層數(shù)的求法 5.5.5 回流比的影響與選擇 5.5.6 理論板數(shù)的簡(jiǎn)捷計(jì)算 5

8、.5.7 塔高和塔徑的計(jì)算 5.5.8 兩組分精餾的其它類型 5.5.9 精餾塔的操作和調(diào)節(jié) 5.5.10 精餾裝置的熱量衡算5.6 間歇蒸餾5.6.1 餾出液組成維持恒定的操作5.6.2 回流比維持恒定的操作5.7 板式塔5.7.1 塔板結(jié)構(gòu)5.7.2 塔板的流體力學(xué)狀況6 吸收6.1 吸收6.2 氣液相平衡 6.2.1 氣體在液體中的溶解度 6.2.2 亨利定律 6.2.3 相平衡與吸收過(guò)程關(guān)系6.3 吸收過(guò)程的速率 6.3.1 分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律 6.3.2 等摩爾逆向擴(kuò)散 6.3.3 組分A通過(guò)靜止組分B的擴(kuò)散 6.3.4 分子擴(kuò)散系數(shù) 6.3.5 單相內(nèi)的對(duì)流傳質(zhì) 6.3.6 兩相間

9、傳質(zhì)的雙膜理論 6.3.7 總傳質(zhì)速率方程式 6.3.8 傳質(zhì)速率方程式的各種表示形式6.4 吸收塔的計(jì)算6.4.1 物料衡算與操作線方程6.4.2 吸收劑的用量與最小液氣比6.4.3 填料層高度的計(jì)算6.4.4 吸收塔操作計(jì)算6.4.5 解吸塔的計(jì)算6.5 填料塔6.5.1 填料塔的結(jié)構(gòu)及填料特性6.5.2 填料塔內(nèi)氣液兩相流動(dòng)特性6.5.3 塔徑的計(jì)算6.5.4 填料塔的附件7 干燥7.1 概述 7.1.1 固體物料的去濕方法7.1.2 對(duì)流干燥特點(diǎn)7.2 濕空氣的性質(zhì)及濕度圖 7.2.1 濕空氣的性質(zhì) 7.2.2 濕空氣的HI圖7.3 干燥過(guò)程的物料衡算和熱量衡算 7.3.1 物料中含水

10、量的表示方法 7.3.2 干燥器的物料衡算7.3.3 干燥過(guò)程的熱量衡算7.3.4 干燥器出口狀態(tài)的確定及干燥過(guò)程的計(jì)算7.3.5 干燥系統(tǒng)的熱效率7.4 干燥速度與干燥時(shí)間 7.4.1 物料中所含水分的性質(zhì)7.4.2 恒定干燥條件下的干燥速率7.4.3 恒定干燥條件下干燥時(shí)間的計(jì)算7.5 干燥器 7.5.1 干燥器的主要類型 7.5.2 干燥器的選型7.5.3 干燥器的設(shè)計(jì)二、教學(xué)時(shí)間安排：課程分段標(biāo)識(shí)序號(hào)教 學(xué) 內(nèi) 容教學(xué)環(huán)節(jié)（學(xué)時(shí)）講課習(xí)題實(shí)驗(yàn)上機(jī)課外小計(jì)1流體流動(dòng)162182流體輸送機(jī)械443非均相物系的分離664傳 熱142165蒸 餾 102126吸 收122147干 燥82108

11、總計(jì)701080五、教學(xué)設(shè)備和設(shè)施多媒體教室、化工原理教學(xué)模型六、課程考核與評(píng)估 課堂考核+單元測(cè)試+期終考試七、附錄教學(xué)參考文獻(xiàn)目錄化工原理（上、下冊(cè)），姚玉英等編，天津大學(xué)出版社。化工原理（上、下冊(cè)），譚天恩等編，化學(xué)工業(yè)出版社?；ぴ?，王志魁編，化學(xué)工業(yè)出版社?；ぴ恚ㄉ?、下冊(cè)），陳敏恒等編，化學(xué)工業(yè)出版社?；ぴ韺?shí)驗(yàn)，李德樹(shù)，王存文等編，華中理工大學(xué)出版社?；ぴ硎纠c練習(xí)，叢德滋，方圖南編，華東化工學(xué)院出版社?；ぴ砹?xí)題解，姚玉英等編，天津大學(xué)出版社?；ぴ碚n程設(shè)計(jì)，賈紹義，柴誠(chéng)敬編，天津大學(xué)出版社。自編化工原理實(shí)驗(yàn)講議教學(xué)網(wǎng)絡(luò)提示課程教學(xué)實(shí)施計(jì)劃教學(xué)單元教學(xué)方式學(xué)時(shí)教學(xué)

12、內(nèi)容（標(biāo)注重點(diǎn)，難點(diǎn)*）教學(xué)目標(biāo)與作業(yè)要求01授課2緒論流體靜力學(xué)方程了解學(xué)習(xí)本課程的目的、意義及內(nèi)容，掌握靜力學(xué)方程的推導(dǎo)方法。P61 1.3.502授課2流體靜力學(xué)方程的應(yīng)用壓強(qiáng)、壓差、液位檢測(cè)* 液封在化工生產(chǎn)中的作用靈活運(yùn)用靜力學(xué)方程在壓強(qiáng)、壓差、液位、液封檢測(cè)中的應(yīng)用。P62 8.10.1103授課2柏努力方程的意義* 利用柏努力方程解題理解柏努力方程的實(shí)際意義，利用柏努力方程解決實(shí)際問(wèn)題。P63 13.18.19.2004授課2管內(nèi)流體流動(dòng)現(xiàn)象流體流動(dòng)類型及雷諾數(shù)* 邊界層的產(chǎn)生、發(fā)展和分離掌握粘度的定義和意義，理解層流和湍流，掌握雷諾數(shù)的意義及定義。P66 23.25.05授課2

13、流體流動(dòng)的阻力損失范寧公式及哈根泊稷葉公式* 因次分析掌握層流直管、湍流直管及局部阻力的計(jì)算方法及公式；理解管路阻力對(duì)流體流動(dòng)的影響。P66 26.27.2806授課2流體輸送管路的計(jì)算* 復(fù)雜管路計(jì)算中的試差法；合理設(shè)計(jì)管路掌握化工管路設(shè)計(jì)方法和簡(jiǎn)單管路、復(fù)雜管路計(jì)算方法。P66 31.32.3307實(shí)驗(yàn)2流體流動(dòng)阻力系數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)過(guò)程調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理掌握直管、球閥、閘閥和孔板流量計(jì)阻力系數(shù)測(cè)定方法和阻力系數(shù)的求解。08習(xí)題課2柏努力方程的實(shí)際應(yīng)用；管路阻力對(duì)流體流動(dòng)的影響。 利用柏努力方程解題的原則及解決實(shí)際問(wèn)題的能力通過(guò)討論，加深對(duì)柏努力方程解題的認(rèn)識(shí)，管路阻力對(duì)流體流動(dòng)的影響，提高處理實(shí)

14、際問(wèn)題的能力。09討論課2圍繞12道綜合性題討論依據(jù)流體流動(dòng)規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生分析流體流動(dòng)過(guò)程各參數(shù)變化的問(wèn)題。10授課21.流體輸送機(jī)械概述2.離心泵工作原理及理論壓頭3.離心泵功率、效率及特性曲線 離心泵的流量調(diào)節(jié)及工作點(diǎn)* 理論壓頭公式推導(dǎo)及意義了解離心泵工作原理和離心泵理論壓頭公式的意義，掌握離心泵的調(diào)節(jié)方法。P98 1.2.411授課2 1.離心泵的串、并聯(lián)操作2.離心泵安裝高度3.離心泵的類型及選擇離心泵允許安裝高度和最小汽蝕余量離心泵實(shí)際安裝高度計(jì)算了解離心泵串、并聯(lián)特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合，掌握離心泵安裝高度計(jì)算，正確選擇離心泵。P98 6.9.1112授課21.非均相物系分離概述2.重力沉

15、降和降塵室3.離心沉降和旋風(fēng)分離器 stokes區(qū)沉降速度計(jì)算掌握沉降速度的求解，了解臨界直徑的意義和應(yīng)用，掌握離心沉降特點(diǎn)。P142 3.5.613授課21.過(guò)濾數(shù)學(xué)模型和基本方程2.過(guò)濾時(shí)間與濾液量的關(guān)系* 數(shù)學(xué)模型方法；過(guò)濾基本方程了解建立化工過(guò)程動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型方法；掌握恒壓過(guò)濾的計(jì)算方法。P142 7.9 14授課參觀21.過(guò)濾設(shè)備2.實(shí)驗(yàn)室講解參觀板框過(guò)濾機(jī)的結(jié)構(gòu)及操作連續(xù)過(guò)濾機(jī)的工作原理了解各種過(guò)濾設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握過(guò)濾設(shè)備的操作方法。P143 12.13.1515授課21.化工傳熱概述2.平壁、圓筒壁熱傳導(dǎo)計(jì)算 傅立葉定律及意義；圓筒壁傳熱速率計(jì)算掌握熱傳導(dǎo)傳熱速率計(jì)

16、算。P219 2.3.416授課21.對(duì)流傳熱2.圓管內(nèi)強(qiáng)制湍流對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算 因次分析法；對(duì)流傳熱系數(shù)計(jì)算公式及應(yīng)用Nu=0.023Re0.8Prn的應(yīng)用條件，并利用上式解決實(shí)際問(wèn)題。P224 6.2.817授課2流體無(wú)相變和有相變時(shí)對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算 不同條件下選擇合適的公式計(jì)算對(duì)流傳熱系數(shù)掌握各種不同條件下對(duì)流傳熱系數(shù)的計(jì)算方法。P219 9.1118授課21.熱負(fù)荷、平均溫度差和總傳熱系數(shù)計(jì)算2.熱效率和傳熱單元數(shù)傳熱基本方程應(yīng)用傳熱總傳熱系數(shù)計(jì)算掌握傳熱基本方程應(yīng)用，學(xué)會(huì)各種不同條件下平均溫度差和總傳熱系數(shù)計(jì)算。P220 14.15.1619授課21.穩(wěn)定傳熱計(jì)算2.換熱器類型和選

17、擇* 試差法在傳熱計(jì)算中的應(yīng)用； 正確選用換熱器掌握操作型傳熱計(jì)算方法；了解各種換熱器類型、結(jié)構(gòu)，正確選擇和選用換熱器。P221 16.20.2120實(shí)驗(yàn)2對(duì)流傳熱系數(shù)測(cè)定 正確操作實(shí)驗(yàn)并獲得數(shù)據(jù)；正確處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)量對(duì)流傳熱系數(shù)并與半經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算值比較；學(xué)會(huì)熱電偶測(cè)量溫度方法。21習(xí)題課2復(fù)習(xí)傳熱內(nèi)容，糾正作業(yè)錯(cuò)誤，講解典型例題。 傳熱基本概念，傳熱計(jì)算掌握正確的解題方法，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。22討論課2圍繞12道題深入討論各細(xì)節(jié)，將本章內(nèi)容聯(lián)系到一起使學(xué)生深入了解傳熱規(guī)律及熱量衡算方法。23授課21.雙組分理想溶液的氣液相平衡2.簡(jiǎn)單蒸餾和平衡蒸餾 拉烏爾定律，相對(duì)揮發(fā)度了解蒸餾的基本

18、原理，掌握氣液相平衡規(guī)律。P274 1.3.4.524授課2雙組分連續(xù)精餾計(jì)算操作線方程逐板計(jì)算法了解操作線方程的推導(dǎo)、意義和應(yīng)用；掌握NT的求法。P275 6.7.8.25授課2理論板數(shù)的影響因素；捷算法求NT進(jìn)料熱狀態(tài)對(duì)NT的影響回流比對(duì)NT的影響了解q、R和加料位置對(duì)NT的影響；掌握捷算法。P276 13.1626授課2復(fù)雜塔的計(jì)算* 其它精餾方式的特點(diǎn)和應(yīng)用了解各種其它精餾方式的特點(diǎn)和應(yīng)用。P276 17.20.2127習(xí)題課2介紹典型精餾綜合性習(xí)題* 典型例題講解方法了解精餾一章的主要內(nèi)容，掌握正確的解題思路和方法28實(shí)驗(yàn)2篩板塔全塔效率測(cè)定 認(rèn)識(shí)精餾全過(guò)程和液體比重天平的正確使用了解篩板塔結(jié)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)流程和操作方法；測(cè)定全回流時(shí)全塔效率。29授課2吸收過(guò)程與相平衡關(guān)系亨利定律溶解度了解相組成表示法、溶解度和亨利定律。掌握吸收過(guò)程與相平衡關(guān)系。P332 1.2.330授課21.吸收過(guò)程機(jī)理2.單相傳質(zhì)速率方程和傳質(zhì)系數(shù)3.總吸收速率方程和總吸收系數(shù)雙膜理論總吸收速率方程總吸收系數(shù)了解吸收過(guò)程機(jī)理雙膜理論定義和意義；掌握總吸收速率方程和總吸收系數(shù)公式；了解吸收總系