《化工原理》课程教学大纲

学时数:108
学分数:6
开课学期:第五、六学期
课程类别:专业基础课
课程性质:必修课

一、课程教学内容
绪 论 (2学时)
  基本内容与要求:

    1. 了解化工过程与单元操作的关系;
    2. 了解化工原理课程的内容和性质、单元操作的研究方法;
    3. 熟悉单位制,掌握变量和函数的单位换算。

第一章 流体流动(12学时、课外上机10学时)
  基本内容和要求:

    1. 了解流体质点、连续介质、可压缩流体与不可压缩流体;
    2. 掌握流体静止的基本方程及其应用;
    3. 了解边界层的概念;
    4. 掌握流体流动的基本方程(连续性方程、伯努利方程和阻力计算公式);
    5. 理解和掌握简单管路和复杂管路的计算;
    6. 理解压差式流量计(测速管,孔板流量计,文丘里流量计)和体积式流量计(转子流量计)的工作原理和使用;
    7. 了解非牛顿流体。

  教学重点:

    1. 流体静止的基本方程及其应用;
    2. 流体流动的基本方程及其应用;
    3. 管路计算。

  教学难点:

    流体流动的基本方程及其应用。

第二章 流体输送机械 (8学时)
  基本内容和要求:

    1. 了解流体输送机械的分类(泵与机)、化工过程对流体输送机械的要求;
    2. 理解离心泵的工作原理、主要部件及基本方程式(理论压头);掌握离心泵的主要性能参数与特性曲线(实际压头,功率,效率);掌握离心泵工作点与流量调节;了解双泵串、并联工作点的变化;掌握离心泵的安装高度(汽蚀现象与吸上高度)和离心泵选用。
    3. 了解其它类型泵;
    4. 了解气体输送机械。

  教学重点:

    1. 离心泵的工作原理,离心泵的主要性能参数与特性曲线;
    2. 离心泵工作点与流量调节;
    3. 离心泵的安装高度及其选用。

  教学难点:

    1. 离心泵工作点以及流量调节计算;
    2. 离心泵的安装高度计算。

第三章 非均相混合物分离及固体流态化(8学时)
  基本内容和要求:

    1. 了解筛分的概念和固体颗粒的性质。
    2. 掌握沉降分离:重力沉降速度,降尘室,旋风分离器;
    3. 理解过滤过程、过滤设备;掌握过滤基本方程式和过滤计算;
    4. 了解离心分离方法及临界粒径计算。
    5. 了解固体流态化现象;
    6. 了解固体流态化水力学特性,包括压力降、起始流化速度、带出速度与气流输送等。

  教学重点:

    1. 重力沉降和离心沉降;
    2. 过滤过程计算。

  教学难点:

    离心沉降和过滤过程的计算。

第五章 传热(16学时)
  基本内容和要求:

    1. 了解传热的基本方式和两流体间的热交换方式;
    2. 掌握热传导定律、导热系数、稳定热传导(单层及多层平壁导热,单层及多层圆筒壁导热、串联导热分析与热阻叠加原理);
    3. 理解对流传热过程分析、牛顿冷却定律、对流传热膜系数;掌握无相变对流传热(热边界层与对流传热机理,因次分析法与准数方程,强制对流传热膜系数,自然对流传热膜系数)、蒸汽冷凝时对流传热膜系数和液体沸腾时对流传热膜系数;
    4. 理解辐射传热概念及其规律,掌握两物体之间辐射传热计算;
    5. 掌握两流体间热量传递的总传热速率、总传热系数(串联热阻叠加原理,面积基准,污垢热阻,强化传热的方向)、传热的平均温度差(逆流,并流,错流,折流)和壁温的计算;
    6. 掌握换热器工艺计算方法;
    7. 了解传热设备的类型(夹套式换热器,管式换热器:蛇管式换热器,套管式换热器,列管式换热器,热管式换热器)和板式换热器;
    8. 掌握换热器的强化途径。

  教学重点:

    1. 热传导概念及其计算;
    2. 对流传热概念,因此分析法以及膜系数计算;
    3. 两流体间热量传递计算。

  教学难点:

    1. 对流传热系数计算;
    2. 两流体间的热量传递的计算。

第六章 蒸发(6学时)
  基本内容和要求:

    1. 了解蒸发操作的基本概念;
    2. 理解单效蒸发和多效蒸发的特点和计算;
    3. 了解蒸发设备。

  教学重点

    1. 单效蒸发及其计算;
    2. 多效蒸发工艺计算;

  教学难点:

    多效蒸发工艺计算。

第七章 传质与分离过程概论(6学时)
  基本内容和要求:

    1. 了解传质过程机理、相组成的表示方法;
    2. 理解费克定律以及一维稳定分子扩散方程推导过程;
    3. 了解质量、热量、动量传递的相似性、雷诺类比与柯尔类比推导思路;

  教学重点:

    利用费克定律推导一维稳定分子扩散方程。

  教学难点:

    一维单向扩散方程的推导。

第八章 吸收(14学时)
  基本内容和要求:

    1. 了解工业生产中的吸收过程及吸收剂选择原则;
    2. 利用亨利定律进行相平衡计算;
    3. 理解双膜理论以及总传质速率方程,掌握传质速率方程计算与分析:
    4. 掌握低浓度吸收塔的计算,包括物料衡算计算:操作线方程推导;最小液气比和适宜液气比计算。填料层高度(平均推动力法、吸收因子法)计算:传质单元数与传质单元高度计算;塔板数计算等;
    5. 了解高浓度吸收、多组分吸收、化学吸收、非等温吸收等过程计算思路;
    6. 了解传质系数的关联和传质理论。

  教学重点:

    1. 双膜理论以及总传质速率方程的推导;
    2. 低浓度吸收塔的计算。

  教学难点:

    1. 总传质速率方程推导及应用;
    2. 设计方程推导。

第九章 蒸馏(16学时,课外上机10学时)
  基本内容和要求:

    1. 了解简单蒸馏、平衡蒸馏和精馏过程;
    2. 了解二元物系的汽液平衡表达方式,理解挥发度与相对挥发度定义,掌握相平衡方程应用,了解非理想物系:
    3. 熟悉简单蒸馏和平衡蒸馏过程分析与计算;理解精馏过程及精馏原理;
    4. 掌握操作线方程(精馏段操作线方程、提馏段操作线方程、进料热状态方程)推导;理解理论板假设和恒摩尔流假设;掌握二元连续精馏的计算,包括全塔物料衡算、全塔热量衡算,理论塔板数;
    5. 熟悉回流比的影响及其选择:全回流与最少理论板数计算、最小回流比计算与最适宜回流比;理论板数捷算法;了解进料状态及进料板位置的影响;双组分精馏过程的其它类型计算:直接蒸汽加热、回收塔、多股进料与侧线出料;
    6. 了解实际塔板数与塔板效率计算;填料精馏塔填料层高度的计算;了解精馏塔温度分布与灵敏板;
    7. 了解水蒸汽蒸馏、间歇蒸馏计算;恒沸蒸馏与萃取蒸馏基本概念;
    8. 了解多元蒸馏流程;多元物系的汽液平衡简洁计算;多元蒸馏的物料衡算;捷算法求理论塔板数。

  教学重点:

    1. 理解精馏原理;
    2. 常规塔双组分精馏工艺计算;
    3. 回流比计算及选择。

  教学难点:

    1. 进料状态参数及其计算;
    2. 回流比及其影响;
    3. 逐板计算的编程计算。

第十章 气液传质设备(8学时)
  基本内容和要求:

    1. 了解板式塔的结构及特点:总体结构与基本要求、液体通道及其形式、气体通道与塔板结构;工业生产对塔板的要求与塔板选择;
    2. 了解板式塔的水力学性能:板面结构与气液两相接触状态、气体通过塔板压降计算;
    3. 了解气液通过塔板流动的非理想性:掌握塔板负荷性能图计算方法;
    4. 熟悉塔板设计方法;
    5. 了解点效率、默菲尔板效率、湿板效率、总板效率概念;了解AIChE虚拟平衡线法计算实际塔板数思路。
    6. 了解填料塔结构、填料类型及填料塔附件;
    7. 了解填料塔的水力学性能和传质性能:
    8. 了解填料塔与板式塔的比较。

  教学重点:

    1. 塔板结构及气液通过塔板流动的非理想性;
    2. 塔板设计思路和负荷性能图;
    3. 塔经计算。

  教学难点:

    1. 气液通过塔板流动的非理想性;
    2. 塔板负荷性能图计算。

第十一章 干燥(12学时)
  基本要求和内容:

    1. 了解工业中干燥方法;
    2. 了解湿空气的性质及空气湿度图;利用空气湿度图进行湿空气计算;
    3. 掌握干燥过程物料衡算和热量衡算;
    4. 了解水分与物料间的平衡关系,干燥过程(干燥曲线)和干燥速率;
    5. 熟悉干燥过程计算;
    6. 了解部分干燥器结构及原理,掌握干燥器选择。

  教学重点:

    1. 空气湿度图以及利用其进行计算;
    2. 干燥过程物料衡算和热量衡算;
    3. 干燥速率及其计算;

  教学难点:

    1. 空气湿度图及其计算;
    2. 干燥速率及其计算。

二、课程学时分配
  各章节学识分配如下表:

讲 课 内 容
学时
绪论
2
第一章 流体流动
12
第二章 流体输送机械
8
第三章非均相混合物分离及固体流态化
8
第五章 传热
16
第六章 蒸发
6
第七章 传质与分离过程概论
6
第八章 吸收
14
第九章 蒸馏
16
第十章 气液传质设备
8
第十一章 干燥
12
合 计
108