《化工原理》課程教學(xué)大綱

化工原理課程教學(xué)大綱PricinpleoftheChemicalEngineering學(xué)時(shí)數(shù)：48其中：實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：0課外學(xué)時(shí)：0（課外學(xué)時(shí)也是算入總課時(shí)的）學(xué)分?jǐn)?shù)：3適用專業(yè)：化學(xué)、化工、材料化學(xué)一、課程的性質(zhì)、目的和任務(wù)化學(xué)工程基礎(chǔ)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的技術(shù)基礎(chǔ)課，具有理論與實(shí)踐并重的特點(diǎn)，反映科技進(jìn)步對(duì)化工技術(shù)發(fā)展的影響，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力和實(shí)踐能力中起著重要作用，是化學(xué)、材料化學(xué)等理科專業(yè)開設(shè)的主要專業(yè)基礎(chǔ)課程之一。本課程主要介紹流體流動(dòng)、傳熱和傳質(zhì)的基本原理及主要單元操作的典型設(shè)備的構(gòu)造、操作原理、計(jì)算、選型及實(shí)驗(yàn)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用基礎(chǔ)理論分析和化工單元操作中的各種工程實(shí)際問題的能力。本課程強(qiáng)調(diào)化學(xué)工程觀點(diǎn)，定量計(jì)算、實(shí)驗(yàn)技能，強(qiáng)調(diào)理論與實(shí)際結(jié)合，提高分析問題、解決問題的能力。二、課程教學(xué)的基本要求（一）本課程的對(duì)象是大學(xué)三年級(jí)或四年級(jí)學(xué)生，在本課程講授之前，學(xué)生最好能進(jìn)行化工認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)，課堂授課中注意本課程與先行課程的銜接及與化工實(shí)踐的結(jié)合。利用多媒體、模型、實(shí)物及實(shí)驗(yàn)等直觀教具提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和課堂講授質(zhì)量。（二）在學(xué)習(xí)過程中培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)理論知識(shí)，聯(lián)系實(shí)際分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)自學(xué)及利用參考資料能力，提高創(chuàng)新思維能力。（三）教師應(yīng)廣泛閱讀有關(guān)資料，密切關(guān)注本學(xué)科的發(fā)展，隨時(shí)補(bǔ)充新內(nèi)容，使學(xué)生了解到本學(xué)科的新知識(shí)及發(fā)展動(dòng)向。通常習(xí)慣，此部分是用于描述教學(xué)內(nèi)容各部分要求學(xué)生理解、掌握的程度大小。建議此處重寫。三、課程的教學(xué)內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)緒論本課程的性質(zhì)、任務(wù)、研究對(duì)象和研究方法，本課程與本專業(yè)其他有關(guān)課程的關(guān)系。物理量的因次、單位與單位換算：?jiǎn)挝恢婆c因次的概念、幾種主要單位制（SI、CGS制、MKS工程單位制）及我國(guó)的法定計(jì)量單位、單位換算的基本方式。重點(diǎn)：物理量的因次、單位與單位換算：?jiǎn)挝恢婆c因次的概念、幾種主要單位制（SI、CGS制、MKS工程單位制）及我國(guó)的法定計(jì)量單位、單位換算的基本方式。難點(diǎn)：無第一章流體流動(dòng)一、流體靜力學(xué)（一）液體的性質(zhì)1、連續(xù)介質(zhì)的假定2、密度、重度、比重、比容3、牛頓粘性定律與粘度（二）流體靜力學(xué)的基本方程式1、靜壓強(qiáng)及其特性2、壓強(qiáng)的單位及其換算，壓強(qiáng)的表達(dá)方式3、流體的靜力平衡4、流體靜力學(xué)基本方程式及其應(yīng)用二、管內(nèi)流體流動(dòng)基本方程（一）流體流動(dòng)現(xiàn)象（二）穩(wěn)定流動(dòng)與不穩(wěn)定流動(dòng)；（三）物料衡算---連續(xù)性方程（四）柏努利方程式：（五）實(shí)際流體機(jī)械能衡算式三、流體阻力阻力損失的物理概念；邊界層對(duì)流體阻力的影響；粘性阻力與慣性阻力；湍流粘度系數(shù)；沿程阻力的計(jì)算；滯流時(shí)圓管直管中沿程阻力計(jì)算式；滯流時(shí)的摩擦系數(shù)；因次分析法；用因次分析法找出表示摩擦阻力關(guān)系中的數(shù)群；粗糙度對(duì)摩擦系數(shù)的影響；局部阻力的計(jì)算五、管路計(jì)算管徑的選擇；簡(jiǎn)單管路的計(jì)算六、流量與速度的測(cè)量測(cè)速管、孔板、文丘里流量計(jì)及轉(zhuǎn)子流量計(jì)的構(gòu)造、原理及應(yīng)用。重點(diǎn)：液體流動(dòng)的基本方程：物料衡算—連續(xù)性方程及其應(yīng)用；機(jī)械能衡算—柏努利方程（理想流體的、非理想流體的、可壓縮流體的以及不可壓縮流體的）；柏努利方程的應(yīng)用。流體阻力：阻力損失的物理概念；邊界層對(duì)流體阻力的影響；粘性阻力與慣性阻力；湍流粘度系數(shù)；沿程阻力的計(jì)算；滯流時(shí)圓管直管中沿程阻力計(jì)算式；滯流時(shí)的摩擦系數(shù)；湍流時(shí)的摩擦系數(shù)；局部阻力的計(jì)算。管路計(jì)算：簡(jiǎn)單管路的計(jì)算。流量與速度的測(cè)量。難點(diǎn)：柏努利方程的應(yīng)用。第二章流體輸送機(jī)械一、概述流體輸送問題的重要性流體輸送機(jī)械的類別泵的主要性能參數(shù)（揚(yáng)程、流量、效率與功率）。二、離心泵離心泵的基本構(gòu)造與作用原理（包括軸向推力的平衡方法及氣縛現(xiàn)象）；離心泵的理論分析離心泵基本方程，從基本方程分析離心泵的結(jié)構(gòu)和性能，離心泵內(nèi)各種損失）；離心泵的特性曲線及其應(yīng)用；不同條件下離心泵特性曲線的換算；離心泵的氣蝕現(xiàn)象與允許安裝高度；離心泵的工作點(diǎn)與理論調(diào)節(jié)；離心泵的類型與選擇。三、其它類型泵往復(fù)泵的基本構(gòu)造、作用原理及理論調(diào)節(jié)方法；齒輪泵、螺桿泵及旋渦泵的作用原理及理論調(diào)節(jié)方法；各種泵的適用場(chǎng)合。重點(diǎn)：離心泵的特性曲線及其應(yīng)用；離心泵的工作點(diǎn)與理論調(diào)節(jié)；離心泵的類型與選擇。難點(diǎn)：離心泵的選擇。第三章傳熱一、概述概述：化工生產(chǎn)中常見的傳熱過程；實(shí)現(xiàn)傳熱過程的三類設(shè)備（直接混合式、間壁式及蓄熱式）；加熱和冷卻方法；載熱體和冷卻劑的選擇；水蒸汽的生產(chǎn)過程及其特性；飽和水蒸汽表；傳熱的三種基本方式及其特點(diǎn)；化工中最常見的組合傳熱方式；穩(wěn)定傳熱與不穩(wěn)定傳熱。二、熱傳導(dǎo)：熱傳導(dǎo)的基本概念；傅立葉定律；導(dǎo)熱系數(shù)；平壁（單層與多層）的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)；圓筒壁（單層與多層）的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)；串聯(lián)熱阻的概念。三、對(duì)流傳熱：對(duì)流傳熱的分析；傳熱邊界層；對(duì)流傳熱速率方程；對(duì)流傳熱系數(shù)及其影響因素；因次分析在對(duì)流傳熱中的應(yīng)用；相關(guān)準(zhǔn)數(shù)的物理意義；流體無相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)（采用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的好處，使用公式時(shí)的注意事項(xiàng)）；蒸汽冷凝時(shí)的對(duì)流傳熱（兩種冷凝方式，影響冷凝傳熱的因素，冷凝水排除器及不凝性氣體的排除，）；液體沸騰時(shí)的對(duì)流傳熱（液體沸騰傳熱的規(guī)律—自然對(duì)流、核狀沸騰與膜狀沸騰，影響沸騰傳熱的因素，）。四、熱輻射：基本概念、斯蒂芬—玻爾茨曼定律、克希霍夫定律、兩固體間的相互輻射傳熱、高溫測(cè)定中的輻射誤差、熱屏、設(shè)備熱損失。五、兩流體間壁傳熱過程的計(jì)算：傳熱速率方程、傳熱速率或熱負(fù)荷的計(jì)算、平均溫度差的計(jì)算、傳熱系數(shù)計(jì)算式的推導(dǎo)、總熱阻與分熱阻、主要熱阻與非主要熱阻的概念、污垢熱阻。傳熱的強(qiáng)化與削弱。工業(yè)用換熱器中傳熱系數(shù)的大致范圍、壁溫的估算、利用傳熱效率和傳熱單元數(shù)法進(jìn)行傳熱計(jì)算；不穩(wěn)定傳熱的計(jì)算舉例。六、換熱器：換熱器的型式（夾套式、蛇管式、列管式、板式、板翅式、螺旋板式與翅片管式）、特點(diǎn)及選型；列管式換熱器（結(jié)構(gòu)、熱應(yīng)力及其消除方法、設(shè)計(jì)方法）。重點(diǎn)：熱傳導(dǎo)：導(dǎo)熱系數(shù)；圓筒壁（單層與多層）的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)；對(duì)流傳熱：流體無相變時(shí)的對(duì)流傳熱系數(shù)（采用準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式綜合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的好處，使用公式時(shí)的注意事項(xiàng)）；兩流體間壁傳熱過程的計(jì)算：傳熱速率方程、傳熱速率或熱負(fù)荷的計(jì)算、平均溫度差的計(jì)算、傳熱系數(shù)計(jì)算式的推導(dǎo)、總熱阻與分熱阻、主要熱阻與非主要熱阻的概念、污垢熱阻。傳熱的強(qiáng)化與削弱。難點(diǎn)：兩流體間壁傳熱過程的計(jì)算。第五章吸收一、概述吸收在化工中的應(yīng)用；吸收劑、吸收質(zhì)與惰性氣體；填料吸收塔的基本構(gòu)造；吸收過程的主要問題。二、吸收的基本理論：吸收過程的相平衡關(guān)系相組成的各種表示方法與相互換算；氣體在液體中的溶解度與亨利定律、影響吸收相平衡的因素；吸收過程進(jìn)行的調(diào)節(jié)。單相流體中的傳質(zhì)機(jī)理分子擴(kuò)散與費(fèi)克定律，擴(kuò)散系數(shù)及其影響因素，在氣相及液相中的穩(wěn)定分子擴(kuò)散、渦流擴(kuò)散、對(duì)流擴(kuò)散）；兩相流體間的傳質(zhì)機(jī)理；雙膜理論；吸收速率方程（以不同濃度表示推動(dòng)力的吸收速率方程）。三、吸收塔的計(jì)算：吸收劑的選擇；物料衡算與操作線方程；液氣比及吸收劑用量。四、填料塔：填料、填料塔的其他構(gòu)件。解吸過程與吸收過程的對(duì)比。重點(diǎn)：1.吸收的基本理論：吸收過程的相平衡關(guān)系（相組成的各種表示方法與相互換算；氣體在液體中的溶解度與亨利定律、影響吸收相平衡的因素）。2.雙膜理論。3.吸收速率方程（以不同濃度表示推動(dòng)力的吸收速率方程）。4.吸收塔的計(jì)算：吸收劑的選擇；物料衡算與操作線方程；液氣比及吸收劑用量。難點(diǎn)：雙膜理論；吸收塔的計(jì)算。第六章蒸餾一、概述：蒸餾在化工中的應(yīng)用；蒸餾與精餾的簡(jiǎn)單概念；精餾操作的基本流程；精餾過程的主要問題。二、精餾原理：雙組分溶液的氣液相平衡理想溶液與非理想溶液，拉烏爾定律，氣液平衡圖，t—x（y）圖與x—y圖，總壓對(duì)x—y圖的影響，恒沸點(diǎn)概念，揮發(fā)度與相對(duì)揮發(fā)度）；平衡蒸餾、簡(jiǎn)單蒸餾及精餾的區(qū)別；利用t—x（y）圖說明精餾原理。三、雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算：全塔物料衡算；理論塔板的概念；求取理論塔板數(shù)的途徑；精餾段操作線方程；提餾段操作線方程；兩操作線交點(diǎn)的軌跡——q線方程；逐板法及圖解法求理論塔板數(shù)；不同進(jìn)料狀態(tài)的比較；回流比的確定（最小回流比，全回流與操作回流比）。四、蒸餾的設(shè)備：概述：塔設(shè)備的一般要求；塔設(shè)備的分類；填料塔與板式塔的特點(diǎn)。板式塔的基本結(jié)構(gòu)：有降液管式（塔板流動(dòng)形式，降液管及溢流堰，板型—泡罩塔、篩板塔、浮閥塔、舌形和浮舌形塔、浮動(dòng)噴射塔等）；穿流式（篩孔及柵縫式穿流板）。重點(diǎn)：1.精餾原理：雙組分溶液的氣液相平衡（理想溶液與非理想溶液，拉烏爾定律，氣液平衡圖，t—x（y）圖與x—y圖，總壓對(duì)x—y圖的影響，恒沸點(diǎn)概念，揮發(fā)度與相對(duì)揮發(fā)度）；平衡蒸餾、簡(jiǎn)單蒸餾及精餾的區(qū)別；利用t—x（y）圖說明精餾原理。2.雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算：全塔物料衡算；理論塔板的概念；求取理論塔板數(shù)的途徑；精餾段操作線方程；提餾段操作線方程；兩操作線交點(diǎn)的軌跡——q線方程；逐板法及圖解法求理論塔板數(shù)；不同進(jìn)料狀態(tài)的比較；回流比的確定（最小回流比，全回流與操作回流比）。3.填料塔與板式塔的特點(diǎn)。難點(diǎn)：雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算。第七章干燥一、概述：干燥過程的應(yīng)用；干燥方法對(duì)流加熱干燥、接觸加熱干燥、輻射加熱干燥、介電加熱干燥、冷凍干燥；對(duì)流干燥的流程；干燥過程的實(shí)質(zhì)。二、濕空氣的狀態(tài)參數(shù)與濕度圖：濕空氣的狀態(tài)參數(shù)1.濕含量、相對(duì)濕度、2.焓、比熱、比容、3.干球溫度、濕球溫度、4.絕熱飽和溫度、露點(diǎn)）；濕空氣的濕度圖的作法與應(yīng)用。干燥過程的物料衡算與熱量衡算：濕物料中水分含量的表示法；物料衡算；熱量衡算；空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化；利用濕度圖求空氣狀態(tài)變化的方法。三、固體物料的干燥機(jī)理：物料中所含水分的性質(zhì)1.平衡水分與自由水分、2.結(jié)合水分與非結(jié)合水分干燥曲線與干燥速率曲線，根據(jù)干燥速率曲線分析干燥過程的機(jī)理（等速干燥階段、降速干燥階段、臨界濕含量及其影響因素）；影響干燥速率的因素；干燥過程可能對(duì)物料質(zhì)量產(chǎn)生的影響；干燥條件的選擇。四、干燥設(shè)備：廂式干燥器、氣流干燥器、沸騰床干燥器、噴霧干燥器、轉(zhuǎn)筒干燥器、干燥器的選型。重點(diǎn)：1.濕空氣的狀態(tài)參數(shù)與濕度圖：濕空氣的狀態(tài)參數(shù)（濕含量、相對(duì)濕度、焓、比熱、比容、干球溫度、濕球溫度、絕熱飽和溫度、露點(diǎn)）；濕空氣的濕度圖的作法與應(yīng)用。2.干燥過程的物料衡算與熱量衡算：濕物料中水分含量的表示法；物料衡算；熱量衡算；空氣通過干燥器時(shí)的狀態(tài)變化；利用濕度圖求空氣狀態(tài)變化的方法。難點(diǎn)：干燥過程的物料衡算與熱量衡算。四、課程各教學(xué)環(huán)節(jié)要求（一）作業(yè)要求：能熟練運(yùn)用基本的原理和公式解決課本的練習(xí)題。目的是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，解決問題的思維方式，以及邏輯思維能力。（二）作業(yè)題量：見學(xué)時(shí)分配表。目的是通過做習(xí)題，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力。（三）課程考核方式：課程結(jié)束前的閉卷考試。考試內(nèi)容以所授課內(nèi)容為主，以應(yīng)用課程的原理解決問題為主。（四）課程考核方式：課程結(jié)束前的閉卷考試?？荚噧?nèi)容以所授課內(nèi)容為主，以應(yīng)用課程的原理解決問題為主。五、學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容各教學(xué)環(huán)節(jié)學(xué)時(shí)分配作業(yè)題量備注章節(jié)主要內(nèi)容講授實(shí)驗(yàn)討論習(xí)題課外其它小計(jì)一緒論、流體流動(dòng)8198-10二流體輸送機(jī)械4155三傳熱7188-10四吸收7185五蒸餾8198-10六干燥8195-8合計(jì)4264839-48六、課程與其它課程的聯(lián)系先修課程為高等數(shù)學(xué)、大學(xué)物理、普通化學(xué)、物理化學(xué)、制圖等課程。七、教材與教學(xué)參考書（一）教材王志魁.《化工原理》第四版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004（二）教學(xué)參考書[1]McGraw-Hill.《UnitOperationsofChemicalEngineering》第六版,美國(guó):MCCABE，2001[2]譚天恩.《化工原理》第二版.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005[3]姚玉英.《化工原理》（新版）.天津：天津大學(xué)出版社，1999

《化工原理》PricinpleoftheChemicalEngineering總學(xué)時(shí)：48理論48實(shí)驗(yàn)0學(xué)分：3課程主要內(nèi)容：流體流動(dòng)（包括液體的性質(zhì)，流體靜力學(xué)，流體流動(dòng)現(xiàn)象，液體流動(dòng)的基本方程，流體阻力，管路計(jì)算），流量與速度的測(cè)量；流體輸送機(jī)械（包括流體輸送機(jī)械的類別，離心泵的基本構(gòu)造與作用原理，離心泵的理論分析，離心泵的特性曲線及其應(yīng)用，其它類型泵）；傳熱（包括：化工生產(chǎn)中常見的傳熱過程，熱傳導(dǎo)，對(duì)流傳熱，熱輻射，兩流體間壁傳熱過程的計(jì)算，換熱器）；吸收（包括：吸收在化工中的應(yīng)用，吸收的基本理論，單相流體中的傳質(zhì)機(jī)理，吸收塔的計(jì)算）；蒸餾（包括：蒸餾在化工中的應(yīng)用，精餾原理，雙組分連續(xù)精餾的計(jì)算，蒸餾的設(shè)備）；干燥（包括：干燥過程的應(yīng)用，濕空氣的狀態(tài)參數(shù)與濕度圖，干燥過程的