化工原理教案山大

化工原理教案（山大）山大《化工原理》教案化學(xué)與化工學(xué)院 王振芳張長橋陸維瑋★每章編寫概要：1、本章內(nèi)容大串聯(lián):包括主要內(nèi)容簡介、重點難點提示、突出“三基”內(nèi)容和工程觀點。2、典型實例：密切結(jié)合生產(chǎn)實例，重在理論聯(lián)系實際，擬補相關(guān)教材“重理論，輕實踐”的不足；突出知識的靈活運用；考研題解。3、工程觀點及概念補充練習題?！镎n程特點：化工原理是一門工程性、實用性很強的課程。在課程內(nèi)容中，既有詳細的過程分析，又有大刀闊斧的粗描概略，；既有詳盡的理論分析，又有許多的經(jīng)驗總結(jié)。作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，起著承前啟后的作用，對于幫助學(xué)生建立基本的工程觀點、培養(yǎng)專業(yè)的學(xué)習興趣至關(guān)重要?；ぴ硪彩腔ゎ愌芯可雽W(xué)考試的必考課，于它討論的各種單元操作也廣泛地被應(yīng)用于其它工業(yè)過程，同時也是制藥、食品、冶金、紡織、材料等類專業(yè)的選考課。目前全國開設(shè)此課的院校有百多家，教材種類繁多，其中最有代表性的是華東理工大學(xué)、天津大學(xué)、譚天恩、清華大學(xué)等所編的教材。這些教材編寫格局大致相同，局部內(nèi)容有差異。因此同學(xué)在報考不同院校時，首先應(yīng)注意選擇教材，其次應(yīng)熟悉各院校的出題思路。各院校的命題指導(dǎo)思想，命題原則是基本一致的。即：是否牢固地掌握了基礎(chǔ)知識；是否具備定量計算能力；是否樹立了工程觀點具備理論聯(lián)系實際的分析和解決問題的能力。無論升學(xué)考試還是專業(yè)學(xué)習，化工原理的教學(xué)目的是一致的。因此，教學(xué)中，我們十分強調(diào)學(xué)生能力的培養(yǎng)和工程觀點的建立，在每一章后都補充相應(yīng)的概念題，主要是把重要的工程觀點和基本概念通過練習題書面化加強學(xué)生這方面的學(xué)習。另外在具體知識的講解中，再三強調(diào)方法的重要性。通過具體知識的學(xué)習，將實驗研究方法、因次理論下的實驗研究方法、數(shù)學(xué)模型法介紹給學(xué)生。化工原理主要研究化工單元操作的基本原理、典型設(shè)備的設(shè)計及操作調(diào)節(jié)等，又稱為化學(xué)工程基礎(chǔ)或化工單元操作?；どa(chǎn)中涉及到大大小小幾十種單元操作，在有限的學(xué)時內(nèi)，不可能一一介紹，那么對于一個新的單元操作應(yīng)如何分析和掌握哪些內(nèi)容呢？★如何著手分析某一單元操作一、單元操作的目的是什么二、單元操作的依據(jù)是什么 三、采取什么措施四、典型設(shè)備的操作與調(diào)節(jié)五、過程的經(jīng)濟性單元操作從理論上分析，可歸結(jié)為三大類：遵循動量傳遞規(guī)律、遵循熱量傳遞規(guī)律、遵循質(zhì)量傳遞規(guī)律。因此化工原理的重點內(nèi)容為：流體流動及輸送、傳熱、精餾、吸收、干燥等。這也是課程學(xué)習中需加深理解、重點掌握的內(nèi)容。1目錄第一、二章流體流動與輸送 3主要內(nèi)容 3典型實例 10概念題 11第三章非均相物系的分離 13主要內(nèi)容 13 典型實例 15 概念題 16第四、五章傳熱 17 主要內(nèi)容 17 典型實例 25第六章 精餾 29主要內(nèi)容 29 典型實例 32練習題 34第七章 吸收 35 主要內(nèi)容 35 典型實例 38 補充題 40第八章氣液傳質(zhì)設(shè)備 41 概念題 41第九章液液萃取 42 主要內(nèi)容 42第十章 干燥 43 主要內(nèi)容 43 典型例題 44 概念題 47自學(xué)內(nèi)容 48參 考 書 482第一章流體流動及輸送主要內(nèi)容流體流動及輸送的問題可歸結(jié)為兩個方面：一、管路計算二、以泵為代表的輸送設(shè)備的性能問題。綜合起來，可看作一個管路基本計算加上若干個問題組成的整體。一、管路計算基本方程1、連續(xù)性方程u1u22、柏努利方程d2d12p1p2u21u22gz1Wegz2hf12223、阻力計算式2lleud2hf★特別提示：1、量一定時，流速的大小只與管徑有關(guān)，流體不因有阻力損失而減速。流動過程中流體損失的不是動能，而是總勢能。2、流體靜止時，靜止的流體內(nèi)部總勢能守恒，靜壓能和位能可以相互轉(zhuǎn)換。p1gz1p2gz2應(yīng)用：U型管壓差計測量流動流體的壓差-(p2+Pgz2)=(pHg-p)gRR值的大小反映了虛擬壓強差，或p1p2Hggz1gz2gR即R值的大小與總勢能降有關(guān)。理想流體機械能守恒粘性----運動著的流體內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦的特性，是流體微觀運動的宏觀表現(xiàn)。粘性流體應(yīng)用伯努力方程時，平均動能項用平均速度表示，需引進一動能校正系數(shù)a。高速湍流時，a=1u2au222可壓縮性流體PT3當壓強變化小于20%時，用pm代替P。緩變的非定態(tài)流動，可擬定態(tài)處理，列瞬間的柏努利方程。p1p22m1p123.流動類型滯流湍流Re4000t=-(口+e)du/dyur=umax[1-(r/R)2]nu=(n=1/7)層流湍流的區(qū)別有無徑向速度脈動 速度分布不同阻力形式不同阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系不同流動邊界層在固體壁面附近，存在較大速度梯度的流體層稱為流動邊界層。湍流邊界層中緊靠壁面處仍有一滯流內(nèi)層，Re值愈大，滯流內(nèi)層厚度愈薄。邊界層的脫體當流體繞過曲面時，邊界層中的流體在流道減擴的過程中減速加壓。此時在摩擦阻力損失消耗動能和在流動方向上逆壓強梯度的阻礙的雙重作用下，近壁處流體速度隨離壁的近遠依次降為零，在壁面和流體之間產(chǎn)生了空白區(qū)，稱為邊界層的脫體。倒流的流體產(chǎn)生大量漩渦，大大增加了機械能損失。該項損失稱為形體阻力損失。4.直管阻力計算通式lu2hfd2fRe,/d其關(guān)系曲線變化趨勢圖可劃分為：1區(qū)為滯流區(qū)X=fhf8uhf32lu64,d2Ren2區(qū)：湍流區(qū) 入二fhf8u23區(qū)：完全湍流區(qū)X=fhf8u湍流摩擦系數(shù)入實驗研究的方法確定過程分析確定影響因素APf=O因次分析得：pfu2線性化：IduKdbkdqpflgu2llgKblgklgRqlgedd42在固定和的條件下，將和Re的實驗值在對數(shù)坐標紙上進行標繪，若所得為一條直線，則證明待求函數(shù)可以用冪函數(shù)逼近，該直線的斜率為-k。同樣可以確定b和k的值，常數(shù)K可直線的截距求出。將所得公式與直管阻力計算通式進行比較，即可得到湍流時摩擦系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。 非園管de=4rH=45、局部阻力計算式局部阻力是摩擦阻力與形體阻力之和。主要源于流道的急劇變化促使邊界層脫體，產(chǎn)生大量的漩渦，消耗了機械能。突然縮小管的阻力損失來自于縮脈處的突然擴大。 兩種估算方法：(1)局部阻力系數(shù)法：u2c,e1hf2式中u為小管中的速度(2)當量長度法：leu2hfd26、阻力對管內(nèi)流動的影響(1)簡單管路當閥門全開轉(zhuǎn)為半開時，局部阻力系數(shù)Z增大，hfA-B增大，流速u減小，hf1-a減小，上游壓強pA增大，hFb-2減小，下游壓強pB減小。結(jié)論：1)、管路是一個整體， 任何局部阻力系數(shù)的增加將使管內(nèi)各處的流速下降。2)、下游阻力增大將使上游壓強上升。3）、上游阻力增大將使下游壓強下降。4）、在任何時刻，阻力損失表現(xiàn)為流體勢能的降低。（2）分支管路A閥關(guān)小，局部阻力系數(shù)ZA增大，阻力hf0-2增大，u2減小，P0增大，u3增大，u0下降。關(guān)小閥門使所在支管的流量下降，與之平行的支管內(nèi)流量上升，但總流量還是減小?！飪煞N極端情況：1）.支管阻力為主：u0很小，P0^P1且接近一常數(shù)。任意支管情況的改變不至影響其5山大《化工原理》教案化學(xué)與化工學(xué)院 王振芳張長橋陸維瑋★每章編寫概要：1、本章內(nèi)容大串聯(lián):包括主要內(nèi)容簡介、重點難點提示、突出“三基”內(nèi)容和工程觀點。2、典型實例：密切結(jié)合生產(chǎn)實例，重在理論聯(lián)系實際，擬補相關(guān)教材“重理論，輕實踐”的不足；突出知識的靈活運用；考研題解。3、工程觀點及概念補充練習題?！镎n程特點：化工原理是一門工程性、實用性很強的課程。在課程內(nèi)容中，既有詳細的過程分析，又有大刀闊斧的粗描概略，；既有詳盡的理論分析，又有許多的經(jīng)驗總結(jié)。作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，起著承前啟后的作用，對于幫助學(xué)生建立基本的工程觀點、培養(yǎng)專業(yè)的學(xué)習興趣至關(guān)重要?；ぴ硪彩腔ゎ愌芯可雽W(xué)考試的必考課，于它討論的各種單元操作也廣泛地被應(yīng)用于其它工業(yè)過程，同時也是制藥、食品、冶金、紡織、材料等類專業(yè)的選考課。目前全國開設(shè)此課的院校有百多家，教材種類繁多，其中最有代表性的是華東理工大學(xué)、天津大學(xué)、譚天恩、清華大學(xué)等所編的教材。這些教材編寫格局大致相同，局部內(nèi)容有差異。因此同學(xué)在報考不同院校時，首先應(yīng)注意選擇教材，其次應(yīng)熟悉各院校的出題思路。各院校的命題指導(dǎo)思想，命題原則是基本一致的。即：是否牢固地掌握了基礎(chǔ)知識；是否具備定量計算能力；是否樹立了工程觀點具備理論聯(lián)系實際的分析和解決問題的能力。無論升學(xué)考試還是專業(yè)學(xué)習，化工原理的教學(xué)目的是一致的。因此，教學(xué)中，我們十分強調(diào)學(xué)生能力的培養(yǎng)和工程觀點的建立，在每一章后都補充相應(yīng)的概念題，主要是把重要的工程觀點和基本概念通過練習題書面化加強學(xué)生這方面的學(xué)習。另外在具體知識的講解中，再三強調(diào)方法的重要性。通過具體知識的學(xué)習，將實驗研究方法、因次理論下的實驗研究方法、數(shù)學(xué)模型法介紹給學(xué)生?；ぴ碇饕芯炕卧僮鞯幕驹?、典型設(shè)備的設(shè)計及操作調(diào)節(jié)等，又稱為化學(xué)工程基礎(chǔ)或化工單元操作?；どa(chǎn)中涉及到大大小小幾十種單元操作，在有限的學(xué)時內(nèi)，不可能一一介紹，那么對于一個新的單元操作應(yīng)如何分析和掌握哪些內(nèi)容呢？★如何著手分析某一單元操作一、單元操作的目的是什么二、單元操作的依據(jù)是什么 三、采取什么措施四、典型設(shè)備的操作與調(diào)節(jié)五、過程的經(jīng)濟性單元操作從理論上分析，可歸結(jié)為三大類：遵循動量傳遞規(guī)律、遵循熱量傳遞規(guī)律、遵循質(zhì)量傳遞規(guī)律。因此化工原理的重點內(nèi)容為：流體流動及輸送、傳熱、精餾、吸收、干燥等。這也是課程學(xué)習中需加深理解、重點掌握的內(nèi)容。1目錄第一、二章流體流動與輸送 3主要內(nèi)容 3典型實例 10概念題 11第三章非均相物系的分離 13主要內(nèi)容 13典型實例 15 概念題 16第四、五章傳熱 17 主要內(nèi)容 17 典型實例 25第 六 章 精 餾 29 主要內(nèi)容 29 典型實例 32 練習題 34第 七 章 吸 收 35 主要內(nèi)容 35 典型實例 38 補充題 40第八章氣液傳質(zhì)設(shè)備 41 概念題 41第九章液液萃取 42 主要內(nèi)容 42第十章 干燥 43 主要內(nèi)容 43 典型例題 44 概念題 47自學(xué)內(nèi)容 48參 考 書 482第一章流體流動及輸送主要內(nèi)容流體流動及輸送的問題可歸結(jié)為兩個方面：一、管路計算二、以泵為代表的輸送設(shè)備的性能問題。綜合起來，可看作一個管路基本計算加上若干個問題組成的整體。一、管路計算基本方程1、連續(xù)性方程u1u22、柏努利方程d2d12p1p2u21u22gz1Wegz2hf12223、阻力計算式2lleud2hf★特別提示：1、量一定時，流速的大小只與管徑有關(guān)，流體不因有阻力損失而減速。流動過程中流體損失的不是動能，而是總勢能。2、流體靜止時，靜止的流體內(nèi)部總勢能守恒，靜壓能和位能可以相互轉(zhuǎn)換。p1gz1p2gz2應(yīng)用：U型管壓差計測量流動流體的壓差-(p2+Pgz2)=(pHg-p)gRR值的大小反映了虛擬壓強差，或p1p2Hggz1gz2gR 即R值的大小與總勢能降有關(guān)。理想流體機械能守恒粘性----運動著的流體內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)摩擦的特性，是流體微觀運動的宏觀表現(xiàn)。粘性流體應(yīng)用伯努力方程時，平均動能項用平均速度表示，需引進一動能校正系數(shù)a。高速湍流時，a=1u2au222可壓縮性流體PT3當壓強變化小于20%時，用pm代替P。緩變的非定態(tài)流動，可擬定態(tài)處理，列瞬間的柏努利方程。p1p22m1p123.流動類型滯流湍流Re4000u=t=-(口+e)du/dyur=umax[1-(r/R)2]nu=(n=1/7)層流湍流的區(qū)別有無徑向速度脈動 速度分布不同阻力形式不同阻力系數(shù)與雷諾數(shù)的關(guān)系不同流動邊界層在固體壁面附近，存在較大速度梯度的流體層稱為流動邊界層。湍流邊界層中緊靠壁面處仍有一滯流內(nèi)層，Re值愈大，滯流內(nèi)層厚度愈薄。邊界層的脫體當流體繞過曲面時，邊界層中的流體在流道減擴的過程中減速加壓。此時在摩擦阻力損失消耗動能和在流動方向上逆壓強梯度的阻礙的雙重作用下，近壁處流體速度隨離壁的近遠依次降為零，在壁面和流體之間產(chǎn)生了空白區(qū)，稱為邊界層的脫體。倒流的流體產(chǎn)生大量漩渦，大大增加了機械能損失。該項損失稱為形體阻力損失。4.直管阻力計算通式lu2hfd2fRe,/d其關(guān)系曲線變化趨勢圖可劃分為：1區(qū)為滯流區(qū)X=fhf8uhf32lu64,d2Ren2區(qū)：湍流區(qū)入二fhf8u23區(qū)：完全湍流區(qū)X=fhf8u湍流摩擦系數(shù)入實驗研究的方法確定過程分析確定影響因素APf=O因次分析得：pfu2線性化：IduKdbkdqpflgu2llgKblgklgRqlgedd42在固定和的條件下，將和Re的實驗值在對數(shù)坐標紙上進行標繪，若所得為一條直線，則證明待求函數(shù)可以用冪函數(shù)逼近，該直線的斜率為-k。同樣可以確定b和k的值，常數(shù)K可直線的截距求出。將所得公式與直管阻力計算通式進行比較，即可得到湍流時摩擦系數(shù)的經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式。 非園管de=4rH=45、局部阻力計算式局部阻力是摩擦阻力與形體阻力之和。主要源于流道的急劇變化促使邊界層脫體，產(chǎn)生大量的漩渦，消耗了機械能。突然縮小管的阻力損失來自于縮脈處的突然擴大。 兩種估算方法：(1)局部阻力系數(shù)法：u2c,e1hf2式中u為小管中的速度(2)當量長度法：leu2hfd26、阻力對管內(nèi)流動的影響（1）簡單管路當閥門全開轉(zhuǎn)為半開時，局部阻力系數(shù)Z增大，