《化工原理》教學大綱

《化工原理》教學大綱《化工原理》教學大綱

一、課程目標

1．課程性質(zhì)

《化工原理》是化學工程與工藝類及相近專業(yè)的一門主干課，是同學在具備了必要的《高等數(shù)學》、《線性代數(shù)》、《物理》、《機械制圖》、《算法語言》、《物理化學》等基礎(chǔ)學問之后必修的技術(shù)基礎(chǔ)課，也是同學學習《化工原理試驗》、《化工原理課程設(shè)計》、《化工傳遞過程》、《化工分別工程》、《化工系統(tǒng)工程》等課程的先修課程?！痘ぴ怼肥怯懻摵吞接懟どa(chǎn)中大規(guī)模轉(zhuǎn)變物質(zhì)物理性質(zhì)的工程技術(shù)學科，它以化工生產(chǎn)中的物理加工過程為背景，討論物理加工過程的基本規(guī)律，應(yīng)用這些規(guī)律解決化工生產(chǎn)中的實際問題，并將這些規(guī)律按其操作原理的共性歸納成若干單元操作?！痘ぴ怼肥腔瘜W工程這一學科中最早形成、基礎(chǔ)性最強、應(yīng)用面最廣的學科分支。

2．教學方法

以課堂講授為主，爭論、自學、設(shè)備實物或模型現(xiàn)場教學、計算機幫助教學為輔。

3．課程學習目標與基本要求

（1）單元操作的理論基礎(chǔ)是流體力學（動量傳遞）、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞理論。通過課程教學，應(yīng)使同學把握流體力學、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞的基本理論學問；把握主要單元操作的基本原理、工藝計算和典型設(shè)備結(jié)構(gòu)與設(shè)計；把握本課程的主要討論方法，如數(shù)學模型方法和試驗討論方法。

（2）通過課程教學，培育同學具備依據(jù)各單元操作在技術(shù)上和經(jīng)濟上的特點，進行“單元過程和設(shè)備”選擇的力量、過程的計算和設(shè)備設(shè)計的力量；具備進行單元過程的操作和調(diào)整以適應(yīng)不同生產(chǎn)要求的力量；具備單元過程在操作中發(fā)生故障時如何查找故障的緣由并加以解決的力量；具備應(yīng)用計算機進行單元操作幫助計算的力量；具備通過自學獵取新學問的力量等。

（3）通過課程教學，應(yīng)著重培育同學具備以下兩方面的良好素養(yǎng)。一是針對現(xiàn)有生產(chǎn)過程單元操作中存在的問題，能夠擅長運用所學的基本理論和學問動腦分析、動手解決；二是針對現(xiàn)有單元操作中技術(shù)上不合理的地方，能夠發(fā)覺并提出改進措施，達到節(jié)能、降耗、提高效率的目的。

4．課程總學時：

化學工程與工藝及制藥類專業(yè)110學時，其中化工原理（一）A55學時，化工原理（一）B55學時。

過程裝備與掌握專業(yè)90學時,其中化工原理（二）A45學時，化工原理（二）B45學時。

生物化工、食品工程及環(huán)境工程類專業(yè)90學時,其中化工原理（三）A45學時，化工原理（三）B45學時。

化學專業(yè)54學時，其中授課48學時，試驗6學時。

5．課程類型：必修課

6．先修課程：高等數(shù)學、線性代數(shù)、機械制圖、物理、算法語言、數(shù)值方法、物理化學

7．后續(xù)課程：化工傳遞過程、化工分別工程、化工系統(tǒng)工程

二、課程結(jié)構(gòu)

生物化工、食品工程類專業(yè)

環(huán)境工程類專業(yè)

1．緒論（1學時）

學問點：課程性質(zhì)、內(nèi)容、特點及討論學習方法；物料衡算；熱量衡算；單位制與單位換算。

重點：物料衡算；熱量衡算；單位制與單位換算。

難點：熱量衡算；單位換算。

2．流體流淌（18學時）

學問點：流體主要物性（粘度、密度）與壓強定義、單位與換算；流體靜力學平衡方程及其應(yīng)用；連續(xù)性方程及其應(yīng)用；柏努利方程及其應(yīng)用；穩(wěn)定流淌與不穩(wěn)定流淌；層流和湍流的基本特征與判別；雷諾準數(shù)計算；流體管內(nèi)流速分布；湍流特性與邊界層概念；當量直徑概念與計算；圓管與非圓管內(nèi)流淌阻力計算；局部阻力計算；簡潔管路與簡單管路設(shè)計型問題和操作型問題的定量計算；管路操作型問題的定性分析；管路設(shè)計型及操作型問題的計算機幫助計算；變截面、變壓頭流量計基本結(jié)構(gòu)、特點、測量原理及使用方法；最優(yōu)管徑的確定。

重點：流體靜力學平衡方程及其應(yīng)用；連續(xù)性方程及其應(yīng)用；柏努利方程及其應(yīng)用；層流和湍流的基本特征與判別；流淌阻力計算；簡潔管路與簡單管路設(shè)計型問題和操作型問題的定量計算；管路操作型問題的定性分析。

難點：簡單管路設(shè)計型和操作型問題的定量計算；管路操作型問題的定性分析。

新學問點：管路操作型問題的定性分析；管路設(shè)計型和操作型問題的計算機幫助計算；最優(yōu)管徑的確定。

3．流體輸送機械（8學時）

學問點：離心泵基本原理、構(gòu)造；離心泵基本方程式；離心泵主要特性參

數(shù)、特性曲線、安裝高度、工作點與流量調(diào)整；離心泵選用、安裝與操作；流體輸送設(shè)計型和操作型問題的定量計算；流體輸送操作型問題的定性分析；往復(fù)泵、旋渦泵、旋轉(zhuǎn)泵等其他類型泵的結(jié)構(gòu)原理、特點與應(yīng)用；離心式風機、旋轉(zhuǎn)式鼓風機、往復(fù)式壓縮機、真空泵等氣體輸送機械的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及應(yīng)用。

重點：離心泵主要特性參數(shù)；特性曲線；安裝高度；工作點與流量調(diào)整；離心泵選用、安裝與操作；流體輸送設(shè)計型和操作型問題的定量計算；流體輸送操作型問題的定性分析。

難點：安裝高度；工作點與流量調(diào)整；流體輸送操作型問題的定性分析。

新學問點：流體輸送操作型問題的定性分析。

4．流體通過顆粒層的流淌（7學時）

學問點：過濾基本理論及基本參數(shù)；過濾基本方程及其應(yīng)用；板框過濾機、葉濾機與轉(zhuǎn)鼓真空過濾機基本結(jié)構(gòu)、工作原理及計算；過濾操作型問題的定性分析；間歇過濾機的最佳生產(chǎn)周期的定量計算；連續(xù)過濾機最佳轉(zhuǎn)速的確定；濾餅的可壓縮性；恒速過濾；離心分別原理與離心機；其他分別設(shè)備構(gòu)造、原理。

重點：過濾基本方程及其應(yīng)用；板框過濾機、葉濾機與轉(zhuǎn)鼓真空過濾機設(shè)計型和操作型問題的定量計算；過濾操作型問題的定性分析；間歇過濾機的最佳生產(chǎn)周期的定量計算。

難點：過濾基本方程及其應(yīng)用；板框過濾機、葉濾機與轉(zhuǎn)鼓真空過濾機設(shè)計型和操作型問題的定量計算；過濾操作型問題的定性分析。

新學問點：連續(xù)過濾機最佳轉(zhuǎn)速的確定；過濾操作型問題的定性分析。

5．顆粒的沉降（3學時）

學問點：重力沉降與離心沉降基本公式；降塵室、沉降槽、旋風分別器的結(jié)構(gòu)、工作原理及降塵室生產(chǎn)力量，旋風分別臨界直徑的計算；顆粒分級概念；粒級效率的概念。

重點：重力沉降與離心沉降基本公式；旋風分別器結(jié)構(gòu)、工作原理。

難點：顆粒分級概念；粒級效率的概念。

6．傳熱（18學時）

學問點：傅立葉定律；平壁和圓筒壁定常熱傳導(dǎo)的計算；傳熱推動力與熱阻的概念；對流給熱方程及對流給熱系數(shù)；傳熱速率方程；熱量衡算方程；總傳熱系數(shù)；平均溫差；傳熱效率與傳熱單元數(shù)；強制對流、自然對流、冷凝和沸騰給熱系數(shù)的計算；熱輻射基本概念；波爾茲曼定律；克?；舴蚨?；固體間熱輻射；傳熱的設(shè)計型和操作型問題定量計算；傳熱操作型問題定性分析；壁溫的計算；列管換熱器的結(jié)構(gòu)、特點、工藝計算與選型；換熱器優(yōu)化設(shè)計概念；強化傳熱過程的途徑；其他各種類型傳熱器的結(jié)構(gòu)與特點。

重點：傅立葉定律；對流給熱方程及對流給熱系數(shù)；傳熱速率方程；熱量衡算方程；總傳熱系數(shù)；傳熱的設(shè)計型和操作型問題定量計算；傳熱操作型問題定性分析；換熱器優(yōu)化設(shè)計概念；強化傳熱過程的途徑；列管換熱器結(jié)構(gòu)、工藝計算與選型。

難點：總傳熱系數(shù)；傳熱操作型問題的定量計算與定性分析；強化傳熱過程的途徑。

新學問點：傳熱操作型問題的定性分析；換熱器優(yōu)化設(shè)計概念；

7．蒸發(fā)（8學時）

學問點：蒸發(fā)過程基本原理；溶液沸點上升與杜林規(guī)章；液柱靜壓對溶液沸點的影響；溫差損失；單效蒸發(fā)計算（包括水分蒸發(fā)量、蒸汽消耗量、有效

溫度差及傳熱面積）；多效蒸發(fā)操作流程及原理；多效蒸發(fā)設(shè)計型問題的新計算方法（矩陣法）；多效蒸發(fā)優(yōu)化設(shè)計概念；蒸發(fā)器的生產(chǎn)力量、生產(chǎn)強度；強化蒸發(fā)過程及提高加熱蒸汽經(jīng)濟程度的措施；蒸發(fā)器的分類、結(jié)構(gòu)、特點及選用。

重點：溶液沸點上升與杜林規(guī)章；單效蒸發(fā)原理及計算；多效蒸發(fā)原理設(shè)計型問題新計算法（矩陣法）；提高加熱蒸汽經(jīng)濟程度的措施；蒸發(fā)器的結(jié)構(gòu)及選用。

難點：單效蒸發(fā)計算；多效蒸發(fā)設(shè)計型問題新計算法（矩陣法）。

新學問點：多效蒸發(fā)優(yōu)化設(shè)計概念。

創(chuàng)新學問點：多效蒸發(fā)設(shè)計型問題新計算法（矩陣法）

8．氣體汲?。?6學時）

學問點：汲取過程基本原理及流程；汲取的氣液相平衡關(guān)系及其應(yīng)用；集中基本原理與概念；費克定律；等摩爾反向集中和單向集中；集中系數(shù)的估算；湍流中對流傳質(zhì)和雙膜理論；溫度、壓力對氣液相集中系數(shù)的影響。傳質(zhì)系數(shù)；總傳質(zhì)系數(shù)；總傳質(zhì)速率方程；傳質(zhì)阻力概念與計算；各種形式傳質(zhì)速率方程、傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)推動力的對應(yīng)關(guān)系；各種傳質(zhì)系數(shù)間關(guān)系；汲取與解吸的物料衡算；操作線方程；傳質(zhì)推動力及其圖示方法；汲取劑最小用量、相宜用量的確定；傳質(zhì)單元的概念；傳質(zhì)單元數(shù)的計算（汲取因數(shù)法和對數(shù)平均推動力法）；計算機數(shù)值積分法求解傳質(zhì)單元數(shù)；汲取塔和解吸塔的設(shè)計型（求填料層高度）與操作型問題的定量計算；汲取塔和解吸塔操作型問題定性分析；汲取塔優(yōu)化設(shè)計概念；汲取劑、解吸劑的選擇；非等溫汲取、多組分汲取、化學汲取簡介。

重點：費克定律；等摩爾反向集中和單向集中；汲取與解吸的物料衡算；操作線方程；傳質(zhì)推動力及其圖示方法；汲取塔和解吸塔的設(shè)計型與操作型問題的定量計算；汲取塔和解吸塔操作型問題定性分析。

難點：汲取塔和解吸塔的操作型問題定量計算與定性分析。

新學問點：數(shù)值積分法求平衡線為曲線的汲取傳質(zhì)單元數(shù)；汲取塔優(yōu)化設(shè)計概念。

9．液體精餾（12學時）

學問點：抱負溶液與非抱負溶液；二元抱負溶液汽液相平衡關(guān)系及圖示；揮發(fā)度與相對揮發(fā)度；精餾原理；精餾過程物料衡算；操作線方程；q線方程；最小回流比的計算；相宜回流比的確定；理論塔板數(shù)計算（圖解法、捷算法、逐板計算法、計算機幫助計算）；塔板效率的計算；回流比、進料狀況等參數(shù)對精餾過程的影響；精餾操作型問題定性分析；精餾塔優(yōu)化設(shè)計概念；全回流操作與計算；多股進料與側(cè)線出料精餾原理及計算；平衡蒸餾、簡潔蒸餾、間歇蒸餾、恒沸蒸餾、萃取蒸餾的工作原理、基本流程和特點。

重點：二元抱負溶液汽液相平衡關(guān)系及圖示；精餾過程物料衡算；操作線方程；q線方程；最小回流比的計算；回流比、進料狀況等參數(shù)對精餾過程的影響；理論塔板數(shù)計算；精餾操作型問題定性分析。

難點：回流比、進料狀況等參數(shù)對精餾過程的影響；精餾操作型問題定性分析；多股進料與側(cè)線出料精餾原理及計算。

新學問點：精餾操作型問題定性分析；精餾塔優(yōu)化設(shè)計概念；理論塔板數(shù)的計算機幫助計算。

10．氣液傳質(zhì)設(shè)備（4學時）

學問點：板式塔主要類型與結(jié)構(gòu)特點；板式塔氣液相接觸狀況；板式塔水力學性能；塔板結(jié)構(gòu)尺寸的常規(guī)設(shè)計；塔板結(jié)構(gòu)尺寸的新設(shè)計方法（負荷性能圖法）；負荷性能圖的繪制；填料塔結(jié)構(gòu)及水力學性能；填料類型與特性。

重點：板式塔水力學性能；塔板結(jié)構(gòu)尺寸的常規(guī)設(shè)計；塔板結(jié)構(gòu)尺寸的新設(shè)計方法（負荷性能圖法）；負荷性能圖的繪制。

難點：塔板結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計。

新學問點：塔板結(jié)構(gòu)尺寸的新設(shè)計法（負荷性能圖法）。

11．萃?。?學時）

學問點：三角形相圖、物料衡算與杠桿定律、部分互溶物系的相平衡、安排系數(shù)與選擇性系數(shù)，單級萃取，多級錯流、多級逆流萃取的物料衡算與平衡關(guān)系，液—液傳質(zhì)過程的特點及其對設(shè)備的要求。

重點：三角形相圖、物料衡算與杠桿定律、部分互溶物系的相平衡、安排系數(shù)與選擇性系數(shù)，單級萃取，多級錯流、多級逆流萃取的物料衡算與平衡關(guān)系。

難點：多級錯流、多級逆流萃取的物料衡算與平衡關(guān)系。

12．干燥（11學時）

學問點：濕空氣的性質(zhì)與計算；空氣濕度圖及其應(yīng)用；濕空氣性質(zhì)的計算機幫助計算；空氣干燥器工作原理；干燥過程物料衡算和熱量衡算；干燥過程的工藝計算；濕物料中水分存在形態(tài)與分類；恒定干燥條件下干燥速率與干燥時間的計算；數(shù)值積分法求降速階段干燥時間；提高干燥器熱效率的措施；干燥器優(yōu)化設(shè)計概念；各類干燥器的主要結(jié)構(gòu)、工作原理與特點。

重點：濕空氣的性質(zhì)與計算；干燥過程物料衡算；熱量衡算；恒定干燥條件下干燥速率與干燥時間的計算；提高干燥器熱效率的措施；常用干燥器的結(jié)構(gòu)與原理。

難點：干燥過程熱量衡算；恒定干燥條件下干燥時間的計算。

新學問點：干燥器優(yōu)化設(shè)計概念；濕空氣性質(zhì)的計算機幫助計算；數(shù)值積分法求降速階段干燥時間。

13．其它傳質(zhì)分別方法(4學時)

學問點：結(jié)晶原理；溶解度曲線；形成過飽和度的方法；結(jié)晶速率及影響因素；結(jié)晶過程的物料衡算和熱量衡算；結(jié)晶設(shè)備。吸附原理；常用吸附劑；吸附相平衡；吸附機理及吸附速率；吸附設(shè)備。膜分別反滲透原理及工業(yè)應(yīng)用；超濾原理及工業(yè)應(yīng)用；電滲析原理及工業(yè)應(yīng)用；氣體膜分別原理；膜分別設(shè)備。

重點：結(jié)晶原理；結(jié)晶速率及影響因素；結(jié)晶過程的物料衡算和熱量衡算；吸附機理及吸附速率；反滲透原理及工業(yè)應(yīng)用；超濾原理及工業(yè)應(yīng)用；電滲析原理及工業(yè)應(yīng)用；氣體膜分別原理。

難點：吸附機理及吸附速率。

三、課程資料

1．教科書：陳敏恒，叢德滋，方圖南，齊鳴齋編，《化工原理》（上、下冊），化學工業(yè)出版社，北京，2024.（化學工程與工藝及制藥類專業(yè)用）2．教科書：譚天恩、麥本熙、丁惠華編著，《化工原理》（上、下冊），化學工業(yè)出版社，北京，1998.（過程裝備與掌握、生物化工、食品工程及環(huán)境工程類專業(yè)用）

3．教科書：北京高?；瘜W系《化學工程基礎(chǔ)》編寫組，王濟群，金韻等修訂.《化學工程基礎(chǔ)》（其次版）.北京：高等訓練出版社，1983.9（1998重?。?高等學校規(guī)劃教材。（化學專業(yè)用）

4．參考書：阮奇、葉長燊、黃詩煌編著，《化工原理優(yōu)化設(shè)計與解題指南》，化學工業(yè)出版社，北京，2024