《化工原理》教學大綱ThePrinciplesofChemicalEngineering課程編碼:,課程類型:專業課課程學時：112課程學分：7一、課程性質及任務化工原理課程是應用化學的專業核心課程。學生在具備了必要的高等數學、物理、物理化學、計算技術等基礎知識之后必修的技術基礎課。化工原理課程的主要內容是以生產中物理加工過程為背景，按其操作原理的共性歸納為若干“單元操作”，主要研究各單元操作的基本原理、典型設備的原則結構和工藝尺寸的設計計算以及選型。化工原理屬于工程科學，用自然科學的原理考察、解釋和處理工程實際問題，研究方法主要是理論解析和在理論指導下的實驗研究。本課程強調理論與實際相結合，培養學生分析和解決單元操作中各種問題的能力，即在科學研究和生產實踐中對設備具有操作管理、設計、強化和過程開發的本領。二、學時分配章課程內容學時緒論21流體流動162流體輸送設備83顆粒流體力學基礎與機械分離104傳熱與換熱器145蒸發86氣體吸收127液體蒸餾168塔設備69液液萃取810固體干燥811吸附412膜分離技術自學三、課程內容及要求緒論1.教學目的了解本課程的性質、地位及任務；了解化工原理課的研究對象，研究內容與主要研究方法；了解化工原理課的發展歷程；熟悉法定計量單位和單位換算；掌握物料衡算與能量衡算的基本概念。2.重點難點化工原理課程中三大單元操作的分類和過程速率的重要概念的內涵；物料衡算與能量衡算。3.教學方法 本章節的主要教學手段是多媒體教學，通過電子圖片使學生通過對課程性質有所了解，把基礎課程的學習思維逐步轉移到對專業技術課程的學習上，在經濟效益觀點的指導下建立起"工程"觀念。第一章流體流動1.教學目的理解流體密度及靜壓強的概念，熟練掌握流體靜力學方程及其應用；理解流量與流速、定態流動與非定態流動的概念，理解流體流動的質量衡算和機械能衡算的概念，熟練掌握連續性方程和柏努利方程式及其應用；理解牛頓粘性定律及流體粘度的概念，了解非牛頓型流體的特點，理解流體流動類型與雷諾數的關系，掌握滯流與湍流的特點；理解邊界層的概念；理解直管阻力、局部阻力的概念，了解因次分析方法，掌握管路系統總能量損失的計算方法。掌握簡單管路、分支管路、并聯管路的特點及其計算方法。了解測速管、孔板、文丘里、轉子流量計的基本結構，掌握流速、流量的測定原理和方法。2.重點難點重點：柏努利方程及其應用（包括延伸式；連續性方程；阻力計算）。難點：（1）柏努利方程的建立和應用，即機械能的守恒和轉換在工程上的應用；（2）邊界層的概念，阻力產生的原因分析，計算方法；（3）復雜管路的動態分析問題。3.教學方法 本章節的主要教學手段是板書式結合多媒體教學，通過理論推導要求學生掌握柏努利方程的建立和應用，通過電子圖片來講不同流體輸送系統的流體力學特點。第一節流體流動概述與流體靜力學1.了解：流體的密度、比容、壓力的意義及計算2.掌握：流體靜力學方程及應用。第二節流體流動的基本概念1.了解：流量、流速、穩定流動和不穩定流動2.理解：粘度、牛頓粘性定律、流體的流動形態、流體流動邊界層3.掌握：流體流動系統的物料衡算，機械能衡算及柏努利方程的物理意義和應用。第三節流體流動的計算1.掌握：流體流動系統的物料衡算,機械能衡算及柏努利方程的物理意義和應用。第四節流體流動的阻力計算1.了解：因次分析法2.理解：阻力產生的原因3.掌握：阻力計算通式，直管阻力和局部阻力的計算。第五節管路計算1.理解：管路的分類與管路計算圖表2.掌握：簡單管路的計算，復雜管路的計算。第六節流速與流量測定1.理解：畢托管、孔板流量計、文丘里流量計和轉子流量計的測量原理2.掌握：畢托管、孔板流量計、文丘里流量計和轉子流量計的測量應用。第七節章節復習與習題課第二章流體輸送設備1.教學目的液體輸送機械的結構，工作原理，流量方程式，使用及選型；氣體輸送和壓縮機械的結構，工作原理，流量方程式，使用及選型。2.重點難點重點：離心泵難點：離心泵的基本方程式；離心泵的安裝高度。3.教學方法本章節的主要教學手段是板書式結合多媒體教學，通過理論推導要求學生掌握柏努利方程的建立和應用，通過電子圖片來講不同流體輸送系統的流體力學特點。第一節概述與離心泵的操作性能1.了解：流體輸送機械的作用2.理解：離心泵基本方程式及其建立過程3.掌握：離心泵與離心式風機。第二節離心泵的性能曲線、操作與安裝1.了解：離心泵的工作原理、性能參數2.理解：離心泵的氣蝕現象與氣縛現象，離心泵的允許吸上真空度和氣蝕余量的概念，離心泵性能的改變和換算方法3.掌握：離心泵的特性曲線的實驗測定、影響因素，離心泵安裝高度的計算，掌握管路特性曲線與離心泵的工作點，掌握離心泵的流量調節方法，掌握離心泵并聯和串聯操作的特點及其計算方法第三節離心泵的類型與選型1.理解：離心泵的類型2.掌握：離心泵的選型原則與使用方法。第四節其他類型的泵與風機1.了解：計量泵、旋轉泵、漩渦泵的結構、工作原理、特點及選用原則；了解離心式通風機、鼓風機、壓縮機與往復式壓縮機的基本結構、工作原理及特點；了解往復泵的結構與工作原理2.掌握：往復泵的結構與工作原理，掌握往復泵的流量方程，掌握往復泵的特性曲線和工作點，掌握往復泵的流量調節方法第三章顆粒流體力學基礎與機械分離1.教學目的了解重力沉降和離心沉降的基本原理，沉降速度基本計算方法及沉降室，旋風分離器的主要性能。掌握過濾操作的基本概念，過濾和過濾速率，恒壓過濾，恒速過濾，固體流態化，掌握恒壓過濾常數的計算方法和測定方法。2.重點難點重點：恒壓過濾，恒速過濾的計算；沉降速度的概念和計算。難點：固體流態化，過濾操作的基本概念；旋風分離器的工作原理及影響性能的主要因素，粒級效率的概念。3.教學方法本章節的主要教學手段是板書式結合多媒體教學，通過理論推導要求學生掌握恒壓過濾，恒速過濾的計算，通過電子圖片來講不同沉降設備和過濾設備的特點。第一節固體顆粒特性1.理解：顆粒相對于流體的運動2.掌握：顆粒及顆粒床層的特性；顆粒及顆粒床層的特性，顆粒床層的特性，流體通過床層的壓降第二節顆粒沉降與沉降設備1.了解：球形顆粒的自由沉降，阻力系數，影響沉降速度的因素2.理解：重力沉降和離心沉降的基本原理3.掌握：沉降速度的計算方法；除塵室的計算、影響旋風分離器性能的主要因素及其選型第三節懸浮液過濾的計算1.了解：過濾操作的基本概念；過濾基本方程式2.理解：影響過濾的因素；過濾常數的測定；過濾設備：板框過濾機，轉筒真空過濾機，離心過濾機的工作原理，簡單結構，操作及使用范圍3.掌握：恒壓過濾方程及其應用（包括間歇、連續過濾機的過濾時間，洗滌時間、生產能力的計算）；恒速過濾與先恒壓后恒速的過濾的計算第四節固體流態化1.理解：流化床壓降與速度關系、流化類型與不正常現象、流化床的操作范圍2.掌握：固體流態化的基本概念，流動阻力，流化設備第五節章節復習與習題課1.重點：恒壓過濾，恒速過濾的計算第四章傳熱及換熱器1.教學目的了解熱傳導的基本原理，掌握傅立葉定律及平壁和圓筒壁的熱傳導計算；理解對流傳熱的基本原理，牛頓冷卻定律及影響對流傳熱系數的因素；掌握對流傳熱系數的物理意義及經驗關聯式的用法，使用條件及注意事項；理解輻射傳熱的基本概念及兩固體輻射傳熱的計算；掌握傳熱過程的計算，傳熱速度方程式，傳熱負荷，平均溫度差，總傳熱系數計算及了解強化傳熱過程，途徑；了解工業生產中常用換熱器的類型，結構，并能進行列管式換熱器的選型計算。2.重點難點重點：傳導傳熱，對流傳熱，傳熱計算，強化傳熱的途徑。難點：（1）總傳熱速率方程各項的意義及其計算；總傳熱方程與熱負荷之間的聯系，傳熱計算。（2）因次分析法在建立對流傳熱系數關聯式的應用；影響對流傳熱系數的因素及不同情況下的幾種準數關聯式。（3）傳熱單元數法。3.教學方法本章節的主要教學手段是板書式結合多媒體教學，通過理論推導要求學生掌握傳導傳熱，對流傳熱，總傳熱的計算，通過電子圖片來講述不同傳熱設備的特點。第一節傳熱過程概述及熱傳導1.了解：傳熱的基本方式，熱交換的方式2.理解：傅立葉定律，導熱系數3.掌握：單層及多層平壁的穩定熱傳導，單層及多層圓筒壁的穩定熱傳導。第二節對流傳熱及計算11.了解：牛頓冷卻定律，準數方程式和各準數的物理意義（不推導）2.理解：對流傳熱過程分析，對流傳熱系數關聯式3.掌握：對流傳熱系數，影響對流傳熱系數的主要因素，對流傳熱的計算。第三節對流傳熱及計算21.理解：管內強制對流傳熱，管外垂直繞流傳熱，自然對流傳熱，蒸汽冷凝傳熱，液體沸騰傳熱。第四節熱輻射及傳熱過程的計算11.了解：熱輻射基本概念，克希霍夫定律，斯蒂芬—波爾茲曼定律2.理解：兩固體間的輻射傳熱，熱損失計算——對流和輻射的聯合傳熱3.掌握：傳熱速率方程式，傳熱量的計算。第五節傳熱過程的計算21.掌握：平均溫度差的計算，總傳熱系數的計算，壁溫的確定，污垢熱阻的確定。第六節換熱器1.了解：間壁式換熱器的類型簡介——夾套式，套管式，蛇管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式，熱管，空氣冷卻器，遠紅外加熱器，微波加熱器2.理解：換熱器的類型，列管式換熱器的結構，型式及選用原則3.掌握：各種間壁式換熱器的比較和傳熱的強化途徑。第七節章節復習與習題課1.重點：總傳熱方程與熱負荷之間的聯系，傳熱的計算。第五章蒸發1.教學目的蒸發操作及其在工業中的應用，蒸發操作的特點，單效、多效蒸發的計算，各種蒸發器的工作原理、結構、操作特點和應用范圍。2.重點難點重點：蒸發的計算包括蒸發水量的計算，加熱蒸氣消耗量的計算，蒸發器傳熱面積的計算、蒸發器的生產能力與生產強度。難點：加熱蒸氣消耗量的計算，蒸發器的生產能力與生產強度。3.教學方法本章節的主要教學手段是板書式結合多媒體教學，通過理論推導要求學生掌握蒸發水量的計算，加熱蒸氣消耗量的計算，蒸發器傳熱面積的計算，通過多媒體教學來講述各種蒸發器的工作原理、結構、操作特點。第一節概述及單效蒸發1.了解：蒸發操作及其在工業中的應用，蒸發操作的特點2.理解：蒸發操作的分類，單效蒸發的熱量衡算3.掌握：單效蒸發的物料衡算。第二節單效蒸發21.理解：蒸發器中的溫度差損失，真空蒸發，蒸發器的生產能力和生產強度2.掌握：單效蒸發蒸發水量的計算，蒸發器傳熱面積的計算。第三節多效蒸發1.了解：蒸發過程的節能措施2.理解：多效蒸發中效數的限制3.掌握：多效蒸發的操作流程，多效蒸發的計算方法。第四節蒸發設備1.了解：蒸發器的結構，特點及選型2.理解：標準式，懸筐式，強制循環式，列文式，液膜式，刮板式蒸發器。第六章氣體吸收1.教學目的通過本章學習，掌握氣體吸收的基本概念（包括吸收的原理與流程，吸收過程的平衡關系與速率關系等）、掌握低組成氣體吸收過程的計算方法以及填料塔的基本知識（包括填料的類型與性能評價，填料塔的流體力學性能與操作特性等）。2.重點難點重點：亨利定律及其在吸收中的應用；傳質機理，擴散速率方程，傳質速率方程和吸收速率方程的聯系和區別；常壓下單組分，低濃度吸收的工藝計算。難點：擴散速率方程，傳質速率方程和吸收速率方程的聯系和區別；總傳質數和氣膜，液膜傳質分系數的關系；改變參量對吸收塔的設計和操作結果所產生的影響。3.教學方法本章節的主要教學手段是板書式結合多媒體教學，通過理論推導要求學生掌握傳質機理和常壓下單組分，低濃度吸收的工藝計算，通過多媒體教學來講述各種吸收塔的工作原理、結構、操作特點。第一節概述及氣液相平衡1.理解：亨利定律、平衡溶解度，相平衡與吸收過程的關系2.掌握：相組成表示法及換算。第二節分子擴散與對流傳質1.了解：分子擴散和費克定律2.理解：擴散系數，渦流擴散，相間傳質速率方程、總傳質系數與分傳質系數3.掌握：傳質機理及雙膜理論，吸收速率方程式。第三、四節低濃度氣體吸收計算1.理解：吸收系數的測定，吸收系數的經驗公式和準數關聯式2.掌握：物料衡算與操作線方程，吸收劑用量的確定，塔徑的計算，吸收塔有效高度的計算。第五節其他吸收與解吸1.理解：高濃度氣體吸收，非等溫吸收，解吸，化學吸收。第六節吸收塔與章節復習1.了解：塔填料，填料塔的內件，氣液兩相在填料層內的流動，填料塔的壓降、液泛現象2.理解：填料塔的流體力學性能與操作特性3.掌握：重點復習物料衡算與操作線方程，吸收劑用量的決定，塔徑的計算，填料層高度的計算。第七章液體蒸餾1.教學目的通過本章學習，掌握蒸餾的原理，精餾過程的計算和優化，板式塔的基本結構、特性、操作和調節。2.重點難點重點：（1）雙組分連續精餾塔的工藝計算；（2）影響精餾的諸因素的分析難點：（1）精餾原理；（2）參量改變對塔的設計或操作結果的影響。3.教學方法本章節的主要教學手段是板書式結合多媒體教學，通過理論推導要求學生掌握精餾過程的計算和優化，通過多媒體教學來講述各種精餾塔的工作原理、結構、操作特點。第一節概述與雙組分物系的相平衡1.了解：蒸餾過程的分類，蒸餾分離的特點，非理想溶液的氣液相平衡2.理解：雙組分理想物系的相平衡一拉烏爾定律、露點方程、泡點方程、氣液平衡圖、相對揮發度3.掌握：氣液平衡圖、相對揮發度。第二節平衡蒸餾和簡單蒸餾1.理解：平衡蒸餾、簡單蒸餾原理2.掌握：平衡蒸餾、簡單蒸餾計算第三、四、五節雙組分連續精餾及計算1.了解：理論板的概念和恒摩爾流的假設2.理解：精餾原理，加料熱狀態3.掌握：全塔物料衡算，精餾段操作線方程式，提餾段操作線方程式，加熱板的物料衡算，熱量衡算和q線方程式，理論塔板數的計算逐板計算法和（Y-X）圖解法，最小回流比，適宜回流比及其選擇。第六節其他精餾及板式塔1.了解：恒沸精餾，萃取精餾，塔板的類型及性能評價，精餾操作節能途徑2.理解：塔板的結構，板式塔的流體力學特性和操作性能3.掌握：回流比恒定的間歇精餾，餾出液組成恒定的間歇精餾。第七節章節復習與習題課1.重點：全塔物料衡算，精餾段操作線方程式，提餾段操作線方程式的計算，q線方程式和理論塔板數的計算。第八章塔設備1.教學目的通過本章學習，了解塔板效率的不同表示方法及其應用，掌握填料塔、板式塔、篩板塔、浮閥塔的基本結構、特性、操作和調節。2.重點難點重點：填料塔和篩板塔的基本結構、特性、操作和調節難點：塔板效率的不同表示方法。3.教學方法本章節的主要教學手段是多媒體教學，通過多媒體教學來講述各種填料塔、板式塔、篩板塔、浮閥塔的工作原理、結構、操作特點。第一節填料塔和板式塔1.了解：填料的種類與特性，幾種主要板式塔型2.掌握：填料塔和板式塔的基本結構、特性、操作和調節。第二節篩板塔與浮閥塔1.了解：篩板塔正常操作的氣液流量范圍，浮閥塔正常操作的氣液流量范圍2.掌握：篩板塔與浮閥塔的基本結構、特性、操作和調節。第三節塔板效率1.了解：塔板效率的不同表示方法，總板效率的經驗圖線。第九章液液萃取1.教學目的通過本章學習，掌握三元體系的液－液相平衡與萃取操作原理；萃取劑的選擇；單級萃取，多級錯流萃取，多級逆流萃取的流程，特點及其設計計算；微分接觸逆流萃取計算；液－液萃取設備的分類，結構，特點。2.重點難點重點：（1）萃取過程的計算；（2）部分互溶物系的相平衡及其萃取操作的關系難點：（1）單級萃取的圖解法；（2）多級錯流萃取圖解法，多級逆流萃取圖解法。3.教學方法本章節的主要教學手段是板書式結合多媒體教學，通過理論推導要求學生掌握萃取過程的計算和優化，通過多媒體教學來講述各種萃取塔的工作原理、結構與類型。第一節概述與液液相平衡原理1.了解：液液萃取原理，工業萃取過程，萃取過程經濟性2.理解：液液相平衡，三角形相圖及其性質，部分互溶物系的相平衡及其萃取操作的關系。第二、三節萃取過程計算1.理解：多級錯流萃取圖解法，求取萃取級數的實驗方法，連續接觸逆流萃取，最小熔劑比與適宜熔劑比2.掌握：單級萃取的圖解法，多級逆流萃取圖解法，兩相不溶物系的萃取過程的計算。第四節萃取設備1.了解：萃取設備的類型，萃取過程新進展2.掌握：各種萃取塔的工作原理和結構。第十章固體干燥1.教學目的通過本章學習，掌握描述濕空氣性質的參數及其計算方法，能熟練進行干燥過程的計算（包括物料衡算、熱量衡算、干燥速率與干燥時間）。了解干燥器的類型、選型依據及提高干燥過程熱效率的方法。2.重點難點重點：（1）濕空氣的性質，濕度圖及其應用；（2）干燥過程的物料衡算和熱量衡算（3）干燥曲線和干燥速率曲線；（4）干燥速度和干燥時間的計算難點：（1）預熱及干燥過程