《化工原理》(A)教學大綱

1、(A)教學大綱英文名稱:PrincipleofChemicalEngineering學分:6.5學時:104學時先修課程:高等數(shù)學、普通物理、物理化學、無機化學、有機化學適用專業(yè):化學工程與工藝專業(yè)。教學目的:本課程是在學生學完預修課程:高等數(shù)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

2、斷和選擇能力;2. 掌握本大綱所要求的單元操作的常規(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(jù)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

3、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（18 學時 ）461. 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(xiàn)象流動型態(tài)層流和湍流雷諾數(shù)的物理意義和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

4、的摩擦系數(shù)湍流時的摩擦系數(shù)海根-泊稷葉公式布拉修斯公式范寧公式局部阻力系數(shù)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

5、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(shù)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（12學時）離心泵的結構和工作原理2. 離心泵的基本方程歐拉方程速度三角形3. 離心泵的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系曲線泵的設計點和離心泵的銘牌參數(shù)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4. 離心泵的工作點和流量調節(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直徑對離心泵工作點的影響離心泵的

6、串聯(lián)和并聯(lián)5. 離心泵的安裝和選型汽蝕現(xiàn)象安裝高度計算離心泵的類型離心泵的選型6. 離心式風機風機分類性能參數(shù)特性曲線風機選型7. 其他類型的流體輸送機械往復泵噴射泵齒輪泵旋渦泵等風機基本要求:了解離心泵的結構及基本方程式;掌握離心泵的性能參數(shù)及影響因素、泵的特性曲線、工作點和流量調節(jié);掌握離心泵安裝高度的確定原則;正確選用離心泵、風機的型號。了解其它類型流體輸送機械。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:離心泵的基本方程式;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（14學時）1. 概述非均相物系非均相物系分離的理論依據(jù)顆粒流體力學的

7、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(xiàn)象毛細管束流動模型模型參數(shù)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(shù)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

8、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(shù)的測定方法。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(shù)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(jù)法計算沉降速度。第四章傳熱及換熱器（18 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(shù)的物理意義溫度和

9、壓力對導熱系數(shù)的影響平壁和圓筒壁的熱傳導過程的特點壁內溫度分布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)準數(shù)關聯(lián)式有相變化流體的傳熱系數(shù)關聯(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、因次分析法和純經驗法的應用4. 輻射傳熱物體的輻射能力普朗克定律斯蒂芬波爾茨曼定律克?；舴蚨晒腆w壁面間的輻射傳熱對流與輻射的串聯(lián)傳熱對流與輻射的并聯(lián)傳熱5. 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(shù)平均溫度

10、差的簡化假設條件總傳熱系數(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計型計算換熱器的核算型計算傳熱效率法計算式及其應用6.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(shù)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(shù)進行計算;要求能夠根據(jù)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(shù)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

11、數(shù)的計算;換熱器的熱負荷計算,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程的影響;對流傳熱系數(shù)的類比; 換熱器的核算法的應用,換熱器的總傳熱系數(shù)與對流傳熱系數(shù)的關系及其簡化應用型計算。第五章氣體吸收（16學時）1. 概述吸收與傳質物理吸收與化學吸收吸收與解吸溶劑的選擇2. 汽液相平衡平衡溶解度過程方向判斷與過程推動力3. 分子擴散分子擴散速率（菲克定律）分子擴散傳質速率組分在氣相、液相中的分子擴散系數(shù)4. 對流傳質吸收過程吸收機理模型對流傳質速率總傳質系數(shù)5.

12、 填料塔中低濃度氣體吸收過程的計算填料塔簡介低濃度氣體吸收的特點物料衡算填料層高層的計算傳質單元高度的計算傳質單元數(shù)的計算填料吸收塔的設計型計算填料吸收塔的操作型計算基本要求:掌握吸收的概念、類型和目的;了解解吸的概念;掌握溶劑選擇的原則;掌握亨利定律三種表達形式及相關的計算;掌握吸收與解吸的過程方向判斷及過程推動力的計算。了解菲克定律的適用范圍;掌握等摩爾相向分子擴散和分子單向擴散時,分子擴散速率與傳質速率之間的關系;掌握摩爾相向分子擴散和分子單向擴散傳質速率積分式的區(qū)別;了解氣、液相分子擴散系數(shù)。了解吸收過程;掌握雙膜理論;掌握汽、液相總傳質系數(shù)的計算方法,以及推動力與阻力的關系;掌握氣膜

13、控制和液膜控制;掌握物料衡算和操作線方程;掌握汽、液相總傳質單元高度及總傳質單元數(shù)常用的計算方法;掌握設計型和操作型計算;了解其它吸收流程。重點:溶劑選擇,亨利定律,菲克定律,雙膜理論,汽、液相總傳質系數(shù),操作線,平衡線,設計型和操作型計算。難點:分子擴散傳質速率積分式;操作型的計算及判斷題。第六章液體蒸餾（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5. 間歇精餾間歇精餾特點與計算6. 特殊精餾萃取精餾恒沸精

14、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、精微段操作線和提儲段操作線；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(shù)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(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)。在操作型計算中,掌握進料濃度

15、、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。了解間歇精餾的特點與計算,了解特殊精餾的特點。重點: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:“txy”圖線,精餾原理,操作型計算與判斷。第七章氣液傳質設備（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

16、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;板式塔的操作參數(shù)與塔板結構尺寸的關系。第八章固體干燥（10學時）1. 概述2. 濕空氣的性質和濕度圖濕空氣的性質濕空氣的“IH'圖及其應用3. 干燥過程的物料衡算和熱量衡算物料衡算熱量衡算干燥器出口空氣狀態(tài)的確定干燥器的熱效率和干燥效率4. 干燥速率和干燥時間物料中所含水分的性質干燥速率及其影響因素恒定干燥條件下干燥時間的計算5. 干燥器干燥器的類

17、型基本要求:了解濕分的定義、去濕的方法及干燥的分類;了解干燥過程的必要條件和干燥推動力。掌握濕空氣的主要性質，它們的定義和計算公式；掌握濕空氣的“IH'圖及其中的五種線;掌握確定濕空氣狀態(tài)的三種條件及由狀態(tài)點確定空氣有關參量。掌握物干燥過程的物料衡算和熱量衡算;掌握等焓和非等焓干燥過程確定干燥器出口狀態(tài)空氣;掌握干燥器的熱效率和干燥效率的定義。了解物料中所含水分性質;掌握平衡水分與自由水分、結合水分與非結合水分的概念;掌握干燥速率的定義及干燥速率曲線;掌握臨界水含量的概念;了解影響恒速干燥和降速干燥的因素。掌握恒速和降速段干燥時間的計算方法。了解干燥器的主要型式及它們的特點。重點:濕空氣性質,物料衡算和熱量衡算,干燥速率和干燥速率曲線,臨界水含量,干燥時間的計算。難點:露點,濕球溫度,絕熱飽和溫度,影響恒速干燥和降速干燥的