化工原理C教學大綱-南京工業(yè)大學化工學院

1、化工原理 C（80 學時）教學大綱391-397英文名稱： Principle of Chemical Engineering學分： 5學時： 80（ 其中理論學時：60實驗學時： 20 ）先修課程： 高等數學、普通物理、物理化學、無機化學、有機化學適用專業(yè)： 安全工程、藥物制劑、環(huán)境工程等專業(yè)教學目的：本課程是在學生學完預修課程 : 高等數學、 物理學和物理化學等課程學習的基礎上開設的一門專業(yè)基礎課， 是一門工程學科的課程。 使學生掌握研究化工生產中各種單元操作的基本原理， 過程設備和計算方法。 培養(yǎng)學生具有運用課程有關理論來分析和解決化工生產過程中常見實際問題的能力。并為后續(xù)專業(yè)課程的學習

2、打下必要的基礎。教學要求：1 熟練掌握最基本的單元操作的基本概念和基礎理論，對單元過程的典型設備具備基礎的判斷和選擇能力；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備的設計計算或選型；3 熟悉運用過程的基本原理，根據生產上的具體要求，對各單元操作進行調節(jié)；4 了解化工生產的各單元操作中的故障，能夠尋找和分析原因，并提出消除故障和改進過程及設備的途徑。教學內容：緒論（ 2 學時）1化工過程與單元操作的關系化工生產過程的特點化工工藝學與化學工程學的性質單元操作的任務2化工原理課程的性質，內容基礎理論典型單元操作相關課程3化工原理課程規(guī)律和重要基礎概念物料衡算能量衡算單

3、位換算和公式轉換平衡關系過程速率經濟效益基本要求：了解化工原理課程的性質和學習要求。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涵。難點：使學生通過對課程性質的了解， 把基礎課程的學習思維逐步轉移到對專業(yè)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（ 14 學時）1概述流體的特性連續(xù)介質模型2流體靜力學原理和應用流體密度流體靜壓強流體靜力學基本方程U 型壓差計13流體流動中的守恒定律流體流動的連續(xù)性方程及其應用定態(tài)流動柏努利方程及其幾何意義和應用流線與軌線4流體流動的阻力管流現象流動型態(tài)層流和湍流雷諾數的物理意義和臨界值流動阻力分析管流阻力計算牛

4、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湍流時的摩擦系數海根 -泊稷葉公式樣布拉修斯公式范寧公式局部阻力系數法和當量長度法非圓管道的當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雜管路簡單管路計算的方程組管路的設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子流量計基本要求：熟練掌握流體靜力學基本方程式，連續(xù)性方程式和柏努利方程式及其應用；正確理解流體的流動類型和流動阻力的概念；掌握流體流動阻力的計算，簡單管路的設計型計算和輸送能力的核算。了解測速

5、管，文丘里流量計,孔板流量計和轉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的流動規(guī)律；柏努利方程式的應用；流體在管道內的流動阻力產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及其計算，簡單管路的設計型計算和輸送能力的核算。第二章流體輸送機械（6 學時）1離心泵的結構和工作原理葉輪的構造及其類型泵殼的作用氣縛現象與灌泵2離心泵的性能參數和特性曲線及影響因素泵的流量、揚程、軸功率和效率參數升揚高度揚程、軸功率、效率與流量的關系曲線泵的設計點和離心泵的銘牌參數液體物理性質對特性曲線的影響。泵的轉速和葉輪直徑對特性曲線的影響。3離心泵的工作點和

6、流量調節(jié)管路特性曲線方程式改變閥門的開度改變泵的轉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械往復泵風機基本要求：掌握離心泵的性能參數、 泵的特性曲線、 工作點和流量調節(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。2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。第三章顆粒流體力學基礎與機械分離（12 學時）1概述非均相物系非均相物系分離的理論依據顆粒流體力學的研究內容非均相分離的方法和用途機械分離2顆粒的幾何特性單顆粒的特性顆粒群

7、的特性顆粒床層的特性3液體過濾與過濾設備固定床層的流動現象毛細管束流動模型模型參數的估值柯士尼公式和歐根公式過濾的分類過濾速度基本計算式過濾常數和過濾基本方程式及其應用常見過濾設備的結構和操作與計算4顆粒沉降與沉降設備重力沉降過程和沉降速度的基本概念顆粒重力自由沉降計算式沉降室的工藝計算離心沉降的基本原理旋風分離器的工藝計算5固體流態(tài)化固體顆粒床層的分類流態(tài)化操作特點固體流態(tài)化的流體力學特性曲線流化床的流化空速范圍的計算基本要求：球形顆粒和均勻床層的特性的理解；一維固定床層的流動壓降的計算。正確理解液體過濾操作的基本原理； 掌握過濾基本方程式及其應用； 掌握過濾過程及設備的計算和過濾常數的測定

8、方法。了解重力沉降運動的基本原理，掌握重力沉降設備的計算。重 點：影響固定床層流動壓降的主要因素；恒壓過濾基本方程式及其應用；板框過濾機的操作和工藝計算； 球形顆粒的重力自由沉降速度的計算； 斯托克斯公式； 除塵室的生產能力計算。難點：可壓縮濾餅的過濾常數的理解與應用；濾布阻力的確定與當量濾餅層概念的引入；顆粒沉降的因次分析法的應用；應用直接判據法計算沉降速度。第四章傳熱及換熱器（12 學時）1概述傳熱的基本方式冷、熱流體熱交換的形式傳熱速率和熱通量及其相互關系傳熱在化工生產中的應用2熱傳導溫度場與傅立葉定律導熱系數的物理意義溫度和壓力對導熱系數的影響平壁和圓筒壁的熱傳導過程的特點壁內溫度分布

9、形式接觸熱阻熱傳導速率的計算式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3影響對流傳熱系數的主要因素無相變化流體的對流傳熱系數準數關聯(lián)式有相變化流體的傳熱系數關聯(lián)式對流傳熱系數的一般范圍傳熱系數計算公式中的解析方法、因次分析法和純經驗法的應用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荷的計算恒溫傳熱與變溫傳熱平均溫差的計算推導對數平均溫度差的簡化假設條件總傳熱系數的意義和計算傳熱面積的計算與壁溫的估算換熱器的設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化途徑換熱器的設計與選型基本要求：熟練掌握熱傳導的基本原理，傅立

10、利定律，平壁與圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導及計算，掌握對流傳熱的基本原理， 牛頓冷卻定律， 對流傳熱系數關聯(lián)式的用法和條件； 熟練運用傳熱速率方程并對熱負荷、 平均溫度差、 總傳熱系數進行計算； 要求能夠根據計算結果及工藝要求選用合適的換熱器。了解列管換熱器的結構特點及其應用。重點：傅立葉定律及其一維穩(wěn)態(tài)熱傳導應用；牛頓冷卻定律和影響對流傳熱系數的主要因素；流體在圓形直管內強制湍流傳熱及對流傳熱系數的計算；換熱器的熱負荷計算，對數平均溫度差的計算；總傳熱系數的計算；換熱器的設計型計算。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，流動狀況和類型以及傳熱設備的型式對對流傳熱過

11、程的影響；對流傳熱系數的類比法的應用，換熱器的總傳熱系數與對流傳熱系數的關系及其簡化應用；換熱器的核算型計算。第五章液 體 蒸 餾（12 學時）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)精餾塔的設計型和操作型計算其它類型的連續(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

12、的定義；掌握全塔物料衡算；掌握恒摩爾流假設；掌握五種進料狀態(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；掌握進料狀態(tài)對理論塔板數的影響；掌握設計型計算中圖解法、逐板計算法求解理論塔板數的方法；了解吉利蘭快速估值法和芬斯克方程求最少理論塔板數。在操作型計算中，掌握進料濃度、回流比的變化對塔頂產品和塔底產品的影響。了解直接蒸汽加熱、分凝器、冷液回流、側線出料和回收塔各自的特點。重點 :4相對揮發(fā)度 , “ txy圖”線 , 精餾原理 , 恒摩爾流假設, 進料狀態(tài), 操作線方程 ,操作型計算和設計型計算。難點 :

13、“ txy圖”線 , 精餾原理 , 操作型計算與判斷。第六章 氣液傳質設備（2學時）1 概述塔設備的分類塔設備的性能指標2 填料塔填料塔的結構填料的種類填料塔的流體力學性能和氣液傳質填料塔附件等板高度3 板式塔板式塔的結構塔板的型式塔板的流體力學性能塔板效率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：了解填料塔和板式塔的主要構件；掌握塔內氣液兩相的流動狀況和傳質特性；了解常見的不正常操作情況和評價設備的基本性能；熟悉常規(guī)塔設備的一般計算方法。重點：氣體通過填料層的壓力降；影響泛點氣速的主要因素。板式塔的負荷性能圖；篩板塔的設計。難點：填料塔壓降通用關聯(lián)圖及其應用；板式塔的操作參

14、數與塔板結構尺寸的關系。實驗教學：1.流體流動阻力測定實驗（ 4 學時）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與雷諾數曲線，并與教材中推薦的經驗曲線或理論關系曲線相比較；測出一定開啟度的閘閥的局部阻力系數數值。重點：保證實驗中的流動穩(wěn)定，正確讀取轉子流量計讀數和型壓差計及壓差傳感器的讀數。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（學時）綜合性實驗基本要求：測定離心泵在一定轉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：了解離心泵的結構，操作要點；儀器的使用方法各操作參數的測定方法。難點：離心泵

15、的灌泵和啟動；真空表和壓力表的正確讀數；渦輪流量計的正確使用；扭矩儀及壓差傳感器的正確讀數。53.恒壓過濾常數測定實驗（學時）綜合性實驗基本要求：熟悉板框壓濾機的結構與操作，對碳酸鈣與水懸浮液作恒壓過濾實驗，測出恒壓下的過濾常數，并根據不同壓力下的過濾常數值回歸出壓縮性指數值。重點：懸浮液的配制和輸送；過濾過程管路中的閥門正確操作；濾液計量的準確可靠。難點：控制懸浮液的濃度均勻，防止固體顆粒沉淀。4.對流給熱系數測定實驗（ 4 學時）綜合性實驗基本要求 :觀察水蒸氣在管外壁面冷凝的現象;學會用熱電阻測量內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，并與由經驗式計算值相比較。重點：了解套管換熱器的結構；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。5.精餾實驗 （ 4 學時）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：了解精餾塔的結構；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的求取?？己朔绞剑豪碚撜n閉卷考試，實驗成績結合實驗操作和實驗報告得到?？偲匠煽兘Y合理論考試和實驗成績得到。考題出自全國化工原理專業(yè)指導委員會編制的試題庫。參考教材：1陳敏恒 , 叢