化工原理D(64學(xué)時)教學(xué)大綱

1、化工原理D（64學(xué)時）教學(xué)大綱398-403英文名稱：Principle of Chemical Engineering學(xué) 分：4 學(xué) 時：64 學(xué)時 理論學(xué)時：48學(xué)時 實驗學(xué)時：16 學(xué)時先修課程：高等數(shù)學(xué)、普通物理、物理化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)適用專業(yè)：自動化、輕化工程、化學(xué)等專業(yè)教學(xué)目的： 本課程是在學(xué)生學(xué)完預(yù)修課程: 高等數(shù)學(xué)、物理學(xué)和物理化學(xué)等課程學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上開設(shè)的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是一門工程學(xué)科的課程。使學(xué)生掌握研究化工生產(chǎn)中各種單元操作的基本原理，過程設(shè)備和計算方法。培養(yǎng)學(xué)生具有運用課程有關(guān)理論來分析和解決化工生產(chǎn)過程中常見實際問題的能力。并為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。教

2、學(xué)要求：1 熟練掌握最基本的單元操作的基本概念和基礎(chǔ)理論，對單元過程的典型設(shè)備具備基礎(chǔ)的判斷和選擇能力；2 掌握本大綱所要求的單元操作的基本常規(guī)計算方法，常見過程的計算和典型設(shè)備的設(shè)計計算或選型；3 熟悉運用過程的基本原理，根據(jù)生產(chǎn)上的具體要求，對各單元操作進(jìn)行調(diào)節(jié)；4 了解化工生產(chǎn)的各單元操作中的故障，能夠?qū)ふ液头治鲈?，并提出消除故障和改進(jìn)過程及設(shè)備的途徑。教學(xué)內(nèi)容： 緒論（2學(xué)時）1化工過程與單元操作的關(guān)系 化工生產(chǎn)過程的特點 化工工藝學(xué)與化學(xué)工程學(xué)的性質(zhì) 單元操作的任務(wù)2化工原理課程的性質(zhì)，內(nèi)容 基礎(chǔ)理論 典型單元操作 相關(guān)課程3化工原理課程規(guī)律和重要基礎(chǔ)概念物料衡算 能量衡算 單位換

3、算和公式轉(zhuǎn)換 平衡關(guān)系 過程速率 經(jīng)濟(jì)效益基本要求： 了解化工原理課程的性質(zhì)和學(xué)習(xí)要求。重 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(nèi)涵。難 點： 使學(xué)生通過對課程性質(zhì)的了解，把基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)思維逐步轉(zhuǎn)移到對專業(yè)技術(shù)課程的學(xué)習(xí)上，在經(jīng)濟(jì)效益觀點的指導(dǎo)下建立起“工程”觀念。 第一章 流體流動（14學(xué)時）1概述 流體的特性 連續(xù)介質(zhì)模型2流體靜力學(xué)原理和應(yīng)用 流體密度 流體靜壓強(qiáng) 流體靜力學(xué)基本方程 U型壓差計3流體流動中的守恒定律 流體流動的連續(xù)性方程及其應(yīng)用 定態(tài)流動 柏努利方程及其幾何意義和應(yīng)用 流線與軌線4流體流動的阻力 管流現(xiàn)象 流動型態(tài)層流和湍流 雷諾數(shù)的物理意義和

4、臨界值 流動阻力分析 管流阻力計算 牛頓粘性定律 管流速度分布 邊界層的發(fā)展和和分離5流體流動阻力的計算直管阻力計算式 層流時的摩擦系數(shù) 湍流時的摩擦系數(shù)海根-泊稷葉公式樣 布拉修斯公式 范寧公式 局部阻力系數(shù)法和當(dāng)量長度法 非圓管道的當(dāng)量直徑計算法 因次分析法 Moody圖及其使用6管路計算 簡單管路與復(fù)雜管路 簡單管路計算的方程組 管路的設(shè)計型計算 管路的操作型計算 空氣、水在管中的常用流速范圍 簡單管路的典型試算法7流速和流量的測量 皮托管 孔板流量計 文丘里流量計 轉(zhuǎn)子流量計基本要求： 熟練掌握流體靜力學(xué)基本方程式，連續(xù)性方程式和柏努利方程式及其應(yīng)用；正確理解流體的流動類型和流動阻力的

5、概念；掌握流體流動阻力的計算，簡單管路的設(shè)計型計算和輸送能力的核算。了解測速管，文丘里流量計,孔板流量計和轉(zhuǎn)子流量計的工作原理和基本計算。重 點： 流體流動過程中的基本原理及流體在管內(nèi)的流動規(guī)律；柏努利方程式的應(yīng)用；流體在管道內(nèi)的流動阻力產(chǎn)生的原因和摩擦阻力的計算；簡單管路的計算。難 點： 流體的不同流型的摩擦系數(shù)及其計算，簡單管路的設(shè)計型計算和輸送能力的核算。第二章 流體輸送機(jī)械（6學(xué)時）1離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理 葉輪的構(gòu)造及其類型 泵殼的作用 氣縛現(xiàn)象與灌泵2離心泵的性能參數(shù)和特性曲線及影響因素 泵的流量、揚程、 軸功率和效率參數(shù) 升揚高度 揚程、軸功率、 效率與流量的關(guān)系曲線 泵的設(shè)計點

6、和離心泵的銘牌參數(shù) 液體物理性質(zhì)對特性曲線的影響。 泵的轉(zhuǎn)速和葉輪直徑對特性曲線的影響。3離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié) 管路特性曲線方程式 改變閥門的開度 改變泵的轉(zhuǎn)速及葉輪外徑 對離心泵工作點的影響 離心泵的串聯(lián)和并聯(lián)4離心泵的安裝和選型 汽蝕現(xiàn)象 安裝高度 離心泵的類型 離心泵的選型5其他類型的流體輸送機(jī)械 往復(fù)泵 風(fēng)機(jī)基本要求： 掌握離心泵的性能參數(shù)、泵的特性曲線、工作點和流量調(diào)節(jié)；了解離心泵安裝高度的確定原則；正確選用離心泵的型號。重 點： 離心泵的特性曲線及其影響因素 ; 管路特性曲線方程式。難 點：離心泵的工作點的改變 ; 離心泵安裝高度的計算。第三章 傳熱及換熱器（12學(xué)時）1概 述

7、 傳熱的基本方式 冷、熱流體熱交換的形式 傳熱速率和熱通量及其相互關(guān)系 傳熱在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用2熱傳導(dǎo) 溫度場與傅立葉定律 導(dǎo)熱系數(shù)的物理意義 溫度和壓力對導(dǎo)熱系數(shù)的影響 平壁和圓筒壁的熱傳導(dǎo)過程的特點 壁內(nèi)溫度分布形式 接觸熱阻 熱傳導(dǎo)速率的計算式 3對流傳熱對流傳熱過程分析 對流傳熱過程的分類 牛頓冷卻定律影響對流傳熱系數(shù)的主要因素 無相變化流體的對流傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式 有相變化流體的傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式 對流傳熱系數(shù)的一般范圍傳熱系數(shù)計算公式中的解析方法、因次分析法和純經(jīng)驗法的應(yīng)用 4傳熱過程計算 冷、熱流體間壁傳熱過程的分解 傳熱速率方程式及其物理意義 無相變化與有相變化時熱負(fù)荷的計算 恒溫

8、傳熱與變溫傳熱平均溫差的計算 推導(dǎo)對數(shù)平均溫度差的簡化假設(shè)條件 總傳熱系數(shù)的意義和計算 傳熱面積的計算與壁溫的估算 換熱器的設(shè)計型計算 換熱器的核算型計算 5換熱器換熱器的分類 傳熱過程的強(qiáng)化途徑 換熱器的設(shè)計與選型基本要求：熟練掌握熱傳導(dǎo)的基本原理，傅立利定律，平壁與圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導(dǎo)及計算，掌握對流傳熱的基本原理，牛頓冷卻定律，對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式的用法和條件；熟練運用傳熱速率方程并對熱負(fù)荷、平均溫度差、總傳熱系數(shù)進(jìn)行計算；要求能夠根據(jù)計算結(jié)果及工藝要求選用合適的換熱器。了解列管換熱器的結(jié)構(gòu)特點及其應(yīng)用。重 點：傅立葉定律及其一維穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)應(yīng)用；牛頓冷卻定律和影響對流傳熱系數(shù)的主要因素；流體

9、在圓形直管內(nèi)強(qiáng)制湍流傳熱及對流傳熱系數(shù)的計算；換熱器的熱負(fù)荷計算，對數(shù)平均溫度差的計算；總傳熱系數(shù)的計算；換熱器的設(shè)計型計算。難 點：傳熱過程中傳熱速率、傳熱推動力和熱阻的基本概念；流體的相態(tài)的物理性質(zhì)，流動狀況和類型以及傳熱設(shè)備的型式對對流傳熱過程的影響；對流傳熱系數(shù)的類比法的應(yīng)用，換熱器的總傳熱系數(shù)與對流傳熱系數(shù)的關(guān)系及其簡化應(yīng)用；換熱器的核算型計算。 第五章 液 體 蒸 餾（12學(xué)時）1概述 蒸餾原理與蒸餾操作 閃蒸2雙組分體系的汽液平衡 理想體系的汽液平衡 非理想體系的汽液平衡3雙組分簡單蒸餾 簡單蒸餾4雙組分連續(xù)精餾 連續(xù)精餾原理與過程分析 基本型連續(xù)精餾塔的設(shè)計型和操作型計算 其它

10、類型的連續(xù)精餾基本要求: 了解蒸餾與蒸發(fā)的區(qū)別；掌握相對揮發(fā)的定義；了解閃蒸的原理；掌握用安托因方程計算平衡的汽液相組成；掌握 “txy”圖線、泡點線和露點線；了解總壓對泡點線和露點線的影響；了解正、負(fù)偏差溶液的形成和特點。了解簡單蒸餾的計算；掌握精餾原理及回流的定義；掌握全塔物料衡算；掌握恒摩爾流假設(shè)；掌握五種進(jìn)料狀態(tài)；掌握平衡線、q線、精餾段操作線和提餾段操作線；掌握理論板的定義及全塔效率的概念。掌握全回流、最小回流比和最佳加料板位置的概念；掌握進(jìn)料狀態(tài)對理論塔板數(shù)的影響；掌握設(shè)計型計算中圖解法、逐板計算法求解理論塔板數(shù)的方法；了解吉利蘭快速估值法和芬斯克方程求最少理論塔板數(shù)。在操作型計算

11、中，掌握進(jìn)料濃度、回流比的變化對塔頂產(chǎn)品和塔底產(chǎn)品的影響。了解直接蒸汽加熱、分凝器、冷液回流、側(cè)線出料和回收塔各自的特點。重 點: 相對揮發(fā)度 , “txy”圖線 , 精餾原理 , 恒摩爾流假設(shè) , 進(jìn)料狀態(tài) , 操作線方程 , 操作型計算和設(shè)計型計算。 難 點: “txy”圖線 , 精餾原理 , 操作型計算與判斷。第六章 氣 液 傳 質(zhì) 設(shè) 備（2學(xué)時）1 概述塔設(shè)備的分類塔設(shè)備的性能指標(biāo)2 填料塔填料塔的結(jié)構(gòu)填料的種類填料塔的流體力學(xué)性能和氣液傳質(zhì)填料塔附件等板高度3 板式塔板式塔的結(jié)構(gòu)塔板的型式塔板的流體力學(xué)性能塔板效率4 填料塔和板式塔的比較兩種塔型的異同點塔型的選擇基本要求：了解填料

12、塔和板式塔的主要構(gòu)件；掌握塔內(nèi)氣液兩相的流動狀況和傳質(zhì)特性；了解常見的不正常操作情況和評價設(shè)備的基本性能；熟悉常規(guī)塔設(shè)備的一般計算方法。重 點：氣體通過填料層的壓力降；影響泛點氣速的主要因素。板式塔的負(fù)荷性能圖；篩板塔的設(shè)計。難 點：填料塔壓降通用關(guān)聯(lián)圖及其應(yīng)用；板式塔的操作參數(shù)與塔板結(jié)構(gòu)尺寸的關(guān)系。實驗教學(xué)：1.流體流動阻力測定實驗（4學(xué)時） 綜合性實驗基本要求： 測定流體流過光滑管與粗糙管的直管阻力，作出實測的摩擦系數(shù)與雷諾數(shù)曲線，并與教材中推薦的經(jīng)驗曲線或理論關(guān)系曲線相比較；測出一定開啟度的閘閥的局部阻力系數(shù)數(shù)值。重 點：保證實驗中的流動穩(wěn)定，正確讀取轉(zhuǎn)子流量計讀數(shù)和型壓差計及壓差傳感器

13、的讀數(shù)。難 點：實驗系統(tǒng)的氣體排除，倒型管壓差計及壓差傳感器的使用。2.離心泵性能特性曲線測定實驗（學(xué)時） 綜合性實驗基本要求：測定離心泵在一定轉(zhuǎn)速下輸送水的特性曲線，即壓頭、軸功率和泵效率與流量曲線。重 點：了解離心泵的結(jié)構(gòu)，操作要點；儀器的使用方法各操作參數(shù)的測定方法。難 點：離心泵的灌泵和啟動；真空表和壓力表的正確讀數(shù)；渦輪流量計的正確使用；扭矩儀及壓差傳感器的正確讀數(shù)。3.對流給熱系數(shù)測定實驗（4學(xué)時） 綜合性實驗基本要求: 觀察水蒸氣在管外壁面冷凝的現(xiàn)象;學(xué)會用熱電阻測量內(nèi)管壁溫的原理及測定方法,測出“水與水蒸汽”或“空氣與水蒸汽”體系的傳熱膜系數(shù)，并與由經(jīng)驗式計算值相比較。重 點：

14、了解套管換熱器的結(jié)構(gòu)；蒸汽中冷凝水和不凝性氣體排放；流體流量的穩(wěn)定；熱電阻的溫度正確讀取。難 點：保持蒸汽壓力恒定；使傳熱處于穩(wěn)定狀態(tài)；冷凝液的液面恒定。4.精餾實驗（4學(xué)時） 綜合性實驗基本要求:掌握雙組分連續(xù)精餾塔的實驗原理及測定方法,測定“乙醇與水”體系的全塔效率或等板高度。重 點：了解精餾塔的結(jié)構(gòu)；全回流條件下的總板效率或等板高度的測定。難 點：非理想物系的理論塔板數(shù)的求取?？己朔绞剑豪碚撜n閉卷考試，實驗成績結(jié)合實驗操作和實驗報告得到?？偲匠煽兘Y(jié)合理論考試和實驗成績得到?？碱}出自全國化工原理專業(yè)指導(dǎo)委員會編制的試題庫。參考教材： 1陳敏恒,叢德滋,方圖南,齊鳴齋.化工原理上冊(第二版),化學(xué)工業(yè)出