四川大學化工復試資料 四川大學化工原理(I)教學大綱

四川大學化工原理(I)教學大綱（化學工程與工藝、生物工程、制藥工程、冶金工程專業(yè)用）一、課程基本信息課程名稱（中、英文）：化工原理（PrinciplesofChemicalEngineering）課程號（代碼）：30817540課程類別：基礎課學時：136學時（其中：理論課112學時，實驗課24學時）學分：8學分二、教材化工原理（上冊），朱家驊，葉世超，夏素蘭，易美桂，北京：科學出版社，2001年8月化工原理（下冊），葉世超，夏素蘭，易美桂，楊雪峰，北京：科學出版社，2002年8月三、教學目的及要求化工原理是一門關于化學加工過程的技術基礎課，它是綜合運用數(shù)學、物理、化學等基礎知識，分析和解決化工生產中各種物理過程的工程科學，為過程工業(yè)（包括化工、輕工、醫(yī)藥、食品、環(huán)境、材料、冶金等工業(yè)部門）提供科學基礎，對化工及相近學科的發(fā)展起支撐作用?；ぴ碚n程以單元操作為內容，以傳遞過程的原理和方法為理論基礎，研究各個物理加工過程的基本規(guī)律，典型設備的設計方法，過程的操作和調節(jié)原理。本課程強調工程觀念、實驗技能和設計能力的培養(yǎng)，強調理論聯(lián)系實際。具體的教學目的和教學要求如下：1、能夠根據(jù)各個單元操作在技術上和經濟上的特點，進行過程和設備的選擇，以適應特定物系的要求，經濟而有效地滿足工藝過程。2、能夠進行過程的計算和設備的設計，在缺乏數(shù)據(jù)的情況下，能夠組織實驗已取得必要的設計數(shù)據(jù)。3、能夠進行過程的操作和調節(jié)以適應生產的不同要求，在操作發(fā)生故障時，能分析產生故障的原因，提出排除故障的措施，并將過程調節(jié)到正常的運行軌道。4、能夠進行過程開發(fā)和科學研究，根據(jù)生產工藝的特殊要求，發(fā)展新的單元操作。四、教學內容化工原理（上冊）緒論（1學時）介紹本課程的內容，化工生產過程，化工單元操作，單元操作的特點，研究方法，教學目的，教學要求。第一章流體傳遞現(xiàn)象(4學時)了解固體、液體和氣體外在宏觀性質的特點及連續(xù)介質假定的意義，理解流體所受各力的基本特征，掌握流動體系的共性與分類，能熟練應用雷諾準數(shù)判斷流體流動類型，了解流動邊界層的結構及在化工過程中的意義。認識擴散現(xiàn)象，理解現(xiàn)象方程的普遍性意義，掌握牛頓粘性定律、傅立葉定律、費克定律所表述的實質及應用的條件，了解“三傳”類比的研究方法。了解流場的基本概念，掌握流體的速度場、溫度場、濃度場的一般性表達方式，熟悉隨體導數(shù)與梯度的數(shù)學表達式。重點：流體受力，流動體系的分類，流型判斷，三大定律，流場概念第二章傳遞基本方程（17學時）理解衡算體系控制體與控制面的概念，能運用質量守恒定律推導連續(xù)性方程，理解由動量守恒定律推導其流體運動微分方程的步驟及過程，掌握流體運動微分方程的典型應用，能熟練運用流體靜力學基本方程、圓管內的流速分布以及柏努利方程解決流體流動體系的相關的實際應用問題，熟練掌握直管阻力損失的計算公式，了解流體動力學相似準則及運動方程無因次化的意義。理解由能量守恒定律推導其傳熱微分方程的步驟及過程，掌握傳熱微分方程的典型應用，了解膜系數(shù)與摩擦因子類比關系，掌握圓管內的對流傳熱膜系數(shù)的概念及對流傳熱通量的計算，熟練掌握單層平壁與單層圓筒壁的溫度分布及熱通量的計算。理解由質量守恒定律推導其傳質微分方程的步驟及過程，掌握傳質微分方程的典型應用，了解膜系數(shù)與摩擦因子類比關系，對一維穩(wěn)態(tài)分子擴散能運用相關公式進行計算，了解傳熱傳質的類比意義。認識質量擴散系數(shù)的理論與實驗研究對化學工程基礎研究的重要性，了解分子質量擴散系數(shù)與渦流擴散系數(shù)的概念及各計算公式的使用范圍。重點：流體靜力學基本方程，流體在管內流動的連續(xù)性方程與柏努利方程，圓管內的流速分布以及阻力損失的計算；圓管內對流傳熱膜系數(shù)的概念及對流傳熱通量的計算，單層平壁與單層圓筒壁的溫度分布及熱通量的計算；一維穩(wěn)態(tài)分子擴散速率計算。第三章流體輸送與機械（12學時）掌握管路計算的一般原則，熟練運用流體流動的連續(xù)性方程與柏努利方程解決簡單管路、并聯(lián)管路及分支管路的計算問題，掌握直管阻力損失局部阻力損失的計算要點及方法。了解可壓縮流體的管路計算的特點及方法，了解非牛頓流體的主要類型及相關的阻力計算式。理解管路特性曲線所表達的管路的特征意義，并能對其進行推導。理解測速管、孔板流量計、文丘里流量計及轉子流量計的測量原理及選用要點。掌握離心泵的工作原理及操作要點，熟悉離心泵的特性曲線與選用計算，了解汽蝕現(xiàn)象的危害，掌握泵的安裝高度計算方法，理解離心泵工作點的定義，掌握離心泵的調節(jié)以及離心泵的組合計算的特點。了解往復泵的工作原理與往復泵流量調節(jié)的特點。了解其它化工用泵的用途及選用的一般原則。了解氣體輸送機械與液體輸送機械的共性與差異，掌握通風機、鼓風機、壓縮機及真空泵的工作原理，掌握通風機的選型計算。重點：簡單管路、并聯(lián)管路及分支管路的計算，流量計的測量原理及應選用，離心泵的工作原理及操作要點、離心泵的特性曲線與選型計算，離心泵的調節(jié)及安裝高度計算，通風機的選型計算。第四章顆?！黧w兩相流動（4學時）了解流體與顆粒相對運動時流體受到的阻力與顆粒表面受到的曳力這對力的關系，理解曳力系數(shù)對顆?！黧w兩相流動計算的意義及計算式，掌握自由沉降概念與沉降速度的計算公式。理解顆粒的幾何特征的表征方法與顆粒床層的幾何特性的表征方法，掌握流體通過固定床的壓降計算公式。了解固體顆粒流態(tài)化過程及流化床操作范圍，了解流化床主要特性及流化類型。了解氣流輸送原理、壓降計算及氣力輸送的類型及裝置。重點：曳力系數(shù)對顆?！黧w兩相流動計算的意義及計算式，自由沉降概念與沉降速度的計算公式，顆粒的幾何特征的表征與顆粒床層的幾何特性的表征，流體通過固定床的壓降計算，固體顆粒流態(tài)化原理及流化床主要特性，氣流輸送原理及氣力輸送的類型及裝置。第五章顆粒-流體非均相物系分離（6學時）了解過濾設備的類型及基本特征，掌握過濾速度方程與過濾過程方程的推導與應用，了解通過過濾實驗及使用數(shù)據(jù)的處理獲得過濾常數(shù)的測試方法，了解過濾機生產能力的概念與計算。了解重力沉降與離心沉降分離的原理及常見設備的基本結構，掌握重力沉降與離心沉降設備的選型計算。重點：過濾設備的類型及基本特征，過濾速度方程與過濾過程方程的推導與應用，重力沉降與離心沉降分離的原理及設備的選型計算。第六章攪拌（2學時）了解常見攪拌器類型及攪拌槽內流體的流動狀態(tài)，了解攪拌混合機理及攪拌混合效果的表達，掌握通過功率關聯(lián)式及功率曲線確定攪拌裝置功率的計算方法，能利用相似理論進行攪拌裝置放大的簡單計算。重點：攪拌器類型及攪拌槽內流體的流動狀態(tài)，攪拌裝置功率的計算，攪拌裝置的放大計算。第七章傳熱（12學時）了解化工生產的換熱方式、常用加熱與冷卻介質及典型的換熱設備，能熟練計算過程的傳熱負荷、傳熱推動力及總傳熱系數(shù)，能通過分析間壁對流傳熱過程各步傳熱系數(shù)的相對大小確定傳熱強化的重點，認識污垢熱阻對傳熱速率的影響及有關的計算。了解換熱器的設計型計算與校核型計算的共性與差異，了解換熱器調節(jié)中可操作參數(shù)間的相互影響關系。熟練掌握多層平壁與多層圓筒壁熱通量的計算，掌握通過固體壁面的熱損失的計算方法。了解對流傳熱過程常見形式，掌握對流給熱系數(shù)準數(shù)關聯(lián)計算式中各準數(shù)的定義及意義，理解各準數(shù)式的應用條件、特征尺寸及定性溫度，針對不同的對流傳熱過程能正確選擇相應的準數(shù)關聯(lián)計算式。了解輻射傳熱的基本概念與基本定律，掌握兩固體間的輻射傳熱計算，了解常用保溫隔熱材料的性能與選用。了解換熱器的類型和結構型式，掌握列管式換熱器的選用和設計。重點：傳熱過程的熱負荷、傳熱推動力及總傳熱系數(shù)的計算，多層平壁與多層圓筒壁熱通量的計算，固體壁面的熱損失的計算，不同對流傳熱過程相應準數(shù)關聯(lián)式的選擇與計算，兩固體間的輻射傳熱計算，列管式換熱器的選用和設計。第八章蒸發(fā)（2學時）了解蒸發(fā)過程的基本概念，常見蒸發(fā)器的結構及特點，掌握單效蒸發(fā)的物料衡算和熱量衡算，理解溶液的沸點及溫度差損失概念，掌握蒸發(fā)器的生產能力和生產強度的定義。了解多效蒸發(fā)流程及降低蒸汽耗用量的措施。重點：蒸發(fā)過程的基本概念，常見蒸發(fā)器的結構及特點，多效蒸發(fā)流程及降低蒸汽耗用量的措施，單效蒸發(fā)的物料衡算和熱量衡算?；ぴ恚ㄏ聝裕┑诰耪職怏w吸收（10學時）教學內容9.1概述1氣液傳質設備的兩種基本形式；2氣體吸收和溶劑再生的工藝流程；3氣體吸收的目的9.2吸收過程的氣液相平衡關系1氣體在液體中的溶解度；2亨利定律；3相際傳質方向限度及推動力9.3吸收傳質理論及傳質速率方程1吸收傳質理論；2傳質速率方程；3物料衡算與吸收操作線方程；4吸劑收用量的確定5填料層高度的基本計算式；6低濃度吸收填料層高度計算；7高濃度吸收填料層高度計算8吸收塔的調節(jié)與操作型計算9.5解吸塔的計算1解吸塔的最小氣液比；2填料層高度的計算9.6傳質系數(shù)1傳質系數(shù)的實驗測定；2傳質系數(shù)的經驗公式；3傳質系數(shù)的準數(shù)關聯(lián)式9.7化學吸收1液膜中的濃度的分布；2化學吸收速率與增強因子教學要求（一）掌握內容1氣液相平衡關系：氣體溶解度，相平衡關系的四種表達形式，相平衡系數(shù)及其影響因素，相際傳質方向判斷以及相際傳質推動力計算；2相際傳質步驟，雙膜理論，相內傳質速率方程，相內傳質系數(shù)間的換算，相際傳質速率方程，相際傳質系數(shù)和相內傳質系數(shù)間的關系，相際傳質系數(shù)間的換算，氣相擴散控制和液相擴散控制；3吸收塔的物料衡算及操作線方程，吸收塔的最小液氣比，吸收劑用量的確定，低濃度吸收填料層高度的計算方法，傳質單元高度傳質單元數(shù)的概念，平衡線為直線時傳質單元數(shù)的計算。（二）理解內容1影響填料塔吸收效能的主要因素，填料吸收塔的操作與調節(jié)，操作型計算；2解吸塔的最小氣液比，解吸氣體用量的確定，解吸塔填料層高度計算；3傳質系數(shù)的測定。4化學吸收的特點及計算。（三）了解內容1平衡線為曲線時傳質單元數(shù)的計算的圖解積分法和數(shù)值積分法；2高濃度非等溫氣體吸收的特點，高濃度吸收傳質單元數(shù)和填料層高度的計算方法，絕熱吸收平衡關系；3傳質系數(shù)的經驗方程和準數(shù)關聯(lián)式；4化學吸收液膜中的濃度分布，化學吸收的速率和增強因子。第十章蒸餾（10學時）教學內容10.1概述；1蒸餾操作的基本原理；2蒸餾和精餾的分類10.2雙組分溶液的汽液相平衡1理想溶液拉烏爾定律；2汽液相平衡圖；3汽液平衡關系表示方法10.3平衡蒸餾與簡單蒸餾1平衡蒸餾；2簡單蒸餾10.4精餾1精餾原理；2理論板和板效率；3板式塔精餾過程的基本計算式10.5雙組分連續(xù)精餾塔的計算1物料衡算與操作線方程；2進料狀況的影響；3理論板數(shù)的求法；4回流比的選擇；5其它類型精餾塔理論板數(shù)確定；6連續(xù)精餾裝置的熱量衡算；7精餾塔的調節(jié)與操作型計算10.6間歇精餾1餾出液保持恒定的間歇精餾；2回流比保持恒定的間歇精餾10.7恒沸精餾與萃取精餾1恒沸精餾；2萃取精餾10.8多組分精餾1多組分精餾流程的方案的選擇；2多組分物系的汽液相平衡；3多組分精餾的計算教學要求（一）掌握內容1液體蒸餾分離原理；2理想溶液汽液相平衡關系，汽液相平衡圖，汽液相平衡關系式，揮發(fā)度和相對揮發(fā)度；3平衡蒸餾及其計算，簡單蒸餾及其計算；4精餾操作原理，過程特點；5理論板的概念，塔板效率定義及計算，等板高度的概念，恒摩爾流模型及成立的條件；6精餾塔的物料衡算，精餾段和提餾段操作線方程及操作線；7五種進料熱狀態(tài)，進料熱狀態(tài)對塔內摩爾流率的影響，進料熱狀態(tài)參數(shù)和進料線；8求解理論塔板數(shù)的逐板計算法和圖解法；9適宜進料位置；10最小回流比和適宜回流比的確定，全回流操作最少理論板數(shù)的確定；11理論塔板數(shù)的簡捷計算法。（二）理解內容1提餾塔型式及適用場合，物料衡算，操作線方程，理論塔板數(shù)的確定；2直接水蒸汽加熱精餾塔型式及適用場合，物料衡算，操作線方程，理論塔板數(shù)的確定；3多股進料和側線出料精餾塔型式及適用場合，物料衡算，操作線方程，理論塔板數(shù)的確定；4精餾塔分離效能及其影響因素，精餾塔的操作與調節(jié)，操作型計算，精餾塔靈敏板的概念。（三）了解內容1連續(xù)精餾塔的熱量衡算；2間歇精餾操作的特點，餾出液和殘液量和汽化量的確定，回流比恒定的間歇精餾計算；3恒沸精餾的一般流程及適用場合；4萃取精餾的一般流程和適用場合；5多組分精餾的汽液平衡關系，理論塔板數(shù)的計算步驟。第十一章氣液傳質設備（6學時）教學內容11.1概述1氣液傳質設備的性能指標；2選擇和評價傳質效能的依據(jù)11.2板式塔1塔板類型；2浮閥塔板的流體力學性能；3浮閥塔的設計11.3填料塔1填料；2填料的流體力學性能；3填料塔塔徑與塔高的計算；4填料塔的附屬結構教學要求（一）掌握內容1氣液傳質設備的性能指標；2各種塔板的結構形式和作用原理；3浮閥塔的氣液流程和塔板壓降，不正常操作的現(xiàn)象、原因和防止措施；4填料的性能參數(shù)；5填料塔流體力學性能，載點和泛點。（二）理解內容1浮閥塔工藝尺寸的設計方法；2浮閥塔的流體力學校核及負荷性能圖，操作彈性的確定；3填料層塔高和塔徑的計算。（三）了解內容1填料塔的附屬構件的結構形式及其作用。第十二章干燥（10學時）教學內容12.1概述1機械脫水和加熱脫水；2對流干燥的作用原理及其特點11.2濕氣體的性質1濕氣體的干球溫度和總壓；2濕份的表示方法；3濕氣體的熱性質12.3干燥過程的基本規(guī)律1物料濕分的表示方法；2濕份在氣體和固體間平衡關系；3對流干燥的基本規(guī)律；4影響干燥過程的主要因素12.4干燥過程的物料衡算和熱量衡算1物料衡算；2熱量衡算；3干燥系統(tǒng)熱效率和干燥效率；4干燥過程中的物料溫度；5氣體進出口狀態(tài)的確定；6露點溫度及出口溫度校核；7干燥過程中氣體狀態(tài)變化12.5恒定干燥條件下物料的干燥時間1恒速干燥段的干燥時間；2降速干燥段的干燥時間12.6氣體濕度圖1空氣濕度圖的繪制；2空氣濕度圖的用法12.7干燥器1氣流干燥器；2流化床干燥器；3轉筒干燥器；4噴霧干燥器；5廂式干燥器；6帶式干燥器教學要求（一）掌握內容1對流干燥的特點，加熱干燥的類別；2濕氣體的九個性質：干球溫度，濕球溫度，露點溫度，絕熱飽和溫度，濕度，相對濕度，濕比熱，濕比容，濕焓，它們的定義、計算式和影響因素，濕度圖的用法；3物料濕分的表示方法及其換算，濕分在氣體和固體間的平衡關系，結合水分、非結合水分、自由水分和平衡水分的概念；4干燥速率和干燥通量，干燥曲線和速率曲線，恒速干燥段和降速干燥段的特點及理論解釋，臨界濕含量，影響干燥過程的主要因素；5干燥過程的物料衡算和熱量衡算，絕干氣體用量的確定，熱效率定義及計算。（二）理解內容1恒速干燥段的干燥速率和干燥時間計算，降速干燥段的干燥速率和干燥時間計算；2干燥過程中物料溫度的變化規(guī)律，氣體狀態(tài)的變化規(guī)律。（三）了解內容1干燥器的型式和分類，并流、逆流和錯流干燥過程的特點，干燥器的性能指標及干燥器選型原則；2各種常用干燥器的結構形式、作用原理和優(yōu)缺點。第十三章萃取（8學時）教學內容13.1概述1萃取的基本概念；2萃取操作的基本流程13.2液-液相平衡1三角形坐標圖；2三角形表示的液-液平衡關系；3直角坐標表示的相平衡關系4三角形坐標圖上表示法13.3液-液萃取的動力學特性1液滴的分散、凝聚、界面擾動；2液滴的傳質特性13.4萃取分離效果及其主要影響因素1萃取劑的選擇；2溫度對萃取過程的影響13.5萃取過程的計算1單級萃取的計算；2多級錯流萃取計算；3多級逆流萃取的計算；4溶劑比對逆流萃取的影響；5微分接觸式逆流萃??；6回流萃取13.6液-液萃取設備1概述；2常見工業(yè)萃取設備；3萃取設備的選擇13.7超臨界萃取教學要求（一）掌握內容1萃取的基本概念和基本流程；2三角形坐標圖，三角形和直角坐標表示的相平衡關系，萃取在三角形坐標圖上的表示法；3萃取劑的選擇，溫度對萃取過程的影響；4單級萃取的計算，多級錯流萃取計算，多級逆流萃取的計算，溶劑比對逆流萃取的影響；5常見工業(yè)萃取設備，萃取設備的選擇。（二）理解內容1微分接觸式逆流萃?。?回流萃取。（三）了解內容1液滴的分散、凝聚、界面擾動；2液滴的傳質特性；3超臨界萃取。第十四章其它傳質分離方法（8學時）教學內容14.1結晶1概述2基本概念和操作原理3結晶操作的一些特點4結晶動力學5物料衡算和熱量衡算6結晶方法與設備7其它結晶方法14.2吸附1概述2吸附劑3吸附的基本規(guī)律4吸附過程的計算5吸附分離設備14.3膜分離1概述2膜分離過程3膜分離設備教學要求本章內容均為了解內容五、主要參考資料McCabe,W.L.,Smith,J.C.andHarriott,P.,Unitoperationsofchemicalengineering,6thed.,McGraw-Hill,NewYork:2001.Bird，R.B.等著，袁一等譯，傳遞現(xiàn)象，北京：化學工業(yè)出版社，1990Welty,J.R,Wicks,C.E.andWilson,R.E,FundamentalsofMomentum,HeatandMassTransfer,3rded,JohnWiley&Sons,.NewYork：1984Schiesser,W.E.andSilebi,C.A.,Computationaltransportphenomena:numericalmethodsforthesolutionoftransportproblems,CambridgeUniversityPress,NewYork：1997Foust,A.S.,Wenzel,L.A.,Clump,C.W.,Maus,L.andAnderson,L.B.,PrinciplesofUnitoperations,2nded.,JohnWiley&Sons,NewYork:1980J．M．Coulson,ChemicalEngineering,Vol.1,3rded.,PergamonPress,1977Zarzycki,R.Absorption:fundamentals&applications,PergamonPress,NewYork:1993Kister,H.Z.,Distillationoperation,McGraw-Hill,NewYork:1990Holland,C.D.,Fundamentalsofmulticomponentdistillation,McGraw-Hill,NewYork:1981Diwekar,U.M.,Batchdistillation,Taylor&Francis,Washington,DC:1995Treybal,R..B.,LiquidExtraction,2nded.,McGraw-Hill,1963Coulson&Richardson,ChemicalEngineering,Vol.2,FourthEdition,1999ChristieJ.Geankoplis,TransportProcessesandUnitOperations,2ndEdition,AllynandBacon,Inc,1983戴干策，任德呈，范自暉編著，傳遞現(xiàn)象導論，北京：化學工業(yè)出版社，1996王紹亭，陳濤編著，化工傳遞過程基礎，北京：化學工業(yè)出版社，1987夏光榕，馮權莉編著，傳遞現(xiàn)象相似，北京：中國石化出版社，1997戴干策，陳敏恒編著，化工流體力學，北京：化學工業(yè)出版社，1989國井大藏，O.列文斯比爾編著，華東石油學院等譯，流態(tài)化工程，北京：石油化學工業(yè)出版社，1977永田進治編著，馬繼舜等譯,混合原理與應用（第一版）,北京：化學工業(yè)出版社，1984J.Y.歐舒編著，王英琛等譯,液體混合技術（第一版）,北京：化學工業(yè)出版社，1991華東化工學院、成都科技大學、大連工學院合編，化學工程(第一冊)，北京：化學工業(yè)出版社，1980華東化工學院、成都科技大學、大連工學院合編，化學工程(第二冊)，北京：化學工業(yè)出版社，1980張洪沅審定，成都科技大學化工原理編寫組，化工原理(上冊)，成都：成都科技大學出版社，1999張洪沅審定，成都科技大學化工原理編寫組，化工原理(下冊)，成都：成都科技大學出版社，1999陳敏恒、叢德滋、方圖南、齊鳴齋，化工原理(上冊)，北京，化學工業(yè)出版社，1999陳敏恒、叢德滋、方圖南、齊鳴齋，化工原理(下冊)，北京，化學工業(yè)出版社，1999譚天恩、麥本熙、丁惠華編著，化工原理(上冊)，北京，化學工業(yè)出版社，1984譚天恩、麥本熙、丁惠華編著，化工原理(下冊)，北京，化學工業(yè)出版社，1984