《化工原理》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号: 课程中文名称:化工原理 课程英文名称: Principles of Chemical Engineering 课程举别,技术基础课 适用专业: 化工过程及装备及相近的本、专科专亚 开课学期:秋(第五学期、春(六学期 总学时: 112学时 总学分:7.0 预修课程(编号): 高等数学()、普通物理()、物理化学() 并修课程(编号): 本课程是化工过程及装备专业及相近专业的技术基础课,属工程学 科,其主要内容是研究化工生产中流体流动、传热、化工传质等过程的基 课程简介: 本原理、过程和设备的计算方法、典型设备构造及性能等,强调用自然科 学原理考察、解释和处理工程实际问题,以培养学生分析和解决工程实际 问题的能力。 建议教材: 谭天恩等编.化工原理(上、下册).北京:化学工业出版社,1990 [1]McCabe W.L.,Smith J.C.Unit Operations of Chemical Engineering.(第六版,英文影印版)·北京:化学工业出版社,2002 [2②]柴诚敏等编。化工流体力学与传热。北京:化学工业出版社,2000 [3]贾绍义等编.化工传质与分离过程.北京:化学工业出版社,2001 参考书: 【4戴干策,陈敏恒编著.化工流体力学.北京:化学工业出版社,1988 [)]杨祖荣主编.化工原理.北京:化学工业出版社,2004 [句陈敏恒等编。化工原理(上册)第二版北京:化学工业出版社,1999 【刀丛德滋等编.化工原理详解与应用.北京:化学工业出版社,2002 二、课程教育目标 1.掌握流体流动、传热及化工传质等化工过程的基本原理和典型设备的构造及性能: 2。通过本课程知识的系统学习,培养学生的工程观点和解决工程实际问题的能力,包括对化工 单元操作进行工程计算的能力、正确运用工程图表的能力以及运用技术经济观点分析、解决工程实 际问题的能力: 3.通过学习一些处理工程的基本方法,如因次分析法、数学模型法、过程分解法、试差计算法 和图解计算法等,使学生具备在不同场合选用不同方法处理工程问题的能力: 4.通过对基本原理、工程计算和典型设备的讲授,培养学生从过程的基本原理出发,观察、分 析、综合、归纳众多影响因素,从中找出问题的主要方面,运用所学知识解决工程问题的科学思维 能力和创新思维能力:
《化工原理》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号: 课程中文名称: 化工原理 课程英文名称: Principles of Chemical Engineering 课程类别: 技术基础课 适用专业: 化工过程及装备及相近的本、专科专业 开课学期: 秋(第五学期)、春(六学期) 总 学 时: 112 学时 总 学 分: 7.0 预修课程(编号): 高等数学()、普通物理()、物理化学() 并修课程(编号): 课程简介: 本课程是化工过程及装备专业及相近专业的技术基础课,属工程学 科,其主要内容是研究化工生产中流体流动、传热、化工传质等过程的基 本原理、过程和设备的计算方法、典型设备构造及性能等,强调用自然科 学原理考察、解释和处理工程实际问题,以培养学生分析和解决工程实际 问题的能力。 建议教材: 谭天恩等编.化工原理(上、下册).北京:化学工业出版社,1990 参 考 书: [1] McCabe W . L ., Smith J . C . Unit Operations of Chemical Engineering.(第六版,英文影印版).北京:化学工业出版社,2002 [2] 柴诚敬等编.化工流体力学与传热. 北京:化学工业出版社,2000 [3] 贾绍义等编.化工传质与分离过程.北京:化学工业出版社,2001 [4] 戴干策,陈敏恒编著.化工流体力学.北京:化学工业出版社,1988 [5] 杨祖荣主编.化工原理.北京:化学工业出版社,2004 [6] 陈敏恒等编. 化工原理(上册)第二版.北京:化学工业出版社,1999 [7] 丛德滋等编.化工原理详解与应用.北京:化学工业出版社,2002 二、课程教育目标 1. 掌握流体流动、传热及化工传质等化工过程的基本原理和典型设备的构造及性能; 2. 通过本课程知识的系统学习,培养学生的工程观点和解决工程实际问题的能力,包括对化工 单元操作进行工程计算的能力、正确运用工程图表的能力以及运用技术经济观点分析、解决工程实 际问题的能力; 3. 通过学习一些处理工程的基本方法,如因次分析法、数学模型法、过程分解法、试差计算法 和图解计算法等,使学生具备在不同场合选用不同方法处理工程问题的能力; 4. 通过对基本原理、工程计算和典型设备的讲授,培养学生从过程的基本原理出发,观察、分 析、综合、归纳众多影响因素,从中找出问题的主要方面,运用所学知识解决工程问题的科学思维 能力和创新思维能力;
4、通过本课程学习,培养学生的自学能力和独立工作能力,能根据所处理问题的需要,寻找、 阅读有关手册、参考书、文献资料并理解其内容。 三、理论教学内容与要求 1.绪论(1学时) 化工过程与单元操作:本课程性质和任务 2.流体流动概述与流体静力学(3学时) 流体流动及输送问题:流体的连续性和压缩性:流体的物性:压强的定义、性质、单位及表示 方法:静力学方程及应用:液柱压差计 3.流体流动的守恒原理(5学时) 流量与流速:定态流动与非定态流动:流体流动的连续性方程:流体流动的机械能衡算:伯努 利方程及应用 4.流体流动的内部结构(3学时 牛顿粘性定律:流体的粘度:牛顿型流体与非牛顿型流体:雷诺实验:两种流动型态及判据: 层流与湍流的特征:管流剪应力分布和速度分布 5.流体流动的阻力计算(3学时) 直管内流动阻力与量纲分析:摩擦阻力系数:局部阻力损失:当量的概念(当量直径,当量长 度):边界层概念:流动机械能损失计算。 6.管路计算与流量测量(4学时) 简单管路计算:复杂管路的特点及计算要点:毕托管、孔板流量计、文丘里流量计及转子流量 计的测量原理和计算方法。 7.离心泵(5学时) 流体输送机械的作用与分类:离心泵工作原理与主要部件:气缚现象:离心泵性能参数与特性 曲线:管路特性方程:工作点的概念和流量调节:安装高度与气蚀现象:离心泵的类型、选用、安 装与操作 8.其它类型泵与气体输送机械(3学时) 往复泵工作原理与结构、性能参数与流量调节、正位移泵特性:旋涡泵、计量泵与旋转泵:离 心式通风机工作原理、性能参数与选型计算:罗茨鼓风机:离心式压缩机:真空泵与往复压缩机 9.传热概述与热传导(3学时) 传热过程在化工生产中的应用:传热的基本方式:工业换热过程:传热速率:傅立叶定律:导 热系数及影响因素:一维定态热传导计算(单层与多层平雎、单层与多层圆筒壁) 10.对流传热(4学时) 对流传热过程:牛顿冷却定律:对流传热系数及其影响因素:准数方程与准数的物理意义:管 内强制对流传热;管外强制对流传热:自然对流传热:燕汽冷凝传热:液体沸腾传热 11.热辐射(1学时) 物体的辐射能力:斯蒂芬波尔兹曼定律:克希霍夫定律:两灰体间的辐射传热 12.传热过程的计算(5学时) 间壁传热过程:热量衡算式:总传热系数计算与分析:串联热阻与控制热阻:污垢热阻:总传 热速率方程:平均温度差计算与分析:间壁换热过程计算 13.换热器(2学时)
4、通过本课程学习,培养学生的自学能力和独立工作能力,能根据所处理问题的需要,寻找、 阅读有关手册、参考书、文献资料并理解其内容。 三、理论教学内容与要求 1. 绪论(1 学时) 化工过程与单元操作;本课程性质和任务 2.流体流动概述与流体静力学(3 学时) 流体流动及输送问题;流体的连续性和压缩性;流体的物性;压强的定义、性质、单位及表示 方法;静力学方程及应用;液柱压差计 3. 流体流动的守恒原理(5学时) 流量与流速;定态流动与非定态流动;流体流动的连续性方程;流体流动的机械能衡算;伯努 利方程及应用 4.流体流动的内部结构(3学时) 牛顿粘性定律;流体的粘度;牛顿型流体与非牛顿型流体;雷诺实验;两种流动型态及判据; 层流与湍流的特征;管流剪应力分布和速度分布 5.流体流动的阻力计算(3学时) 直管内流动阻力与量纲分析;摩擦阻力系数;局部阻力损失;当量的概念(当量直径,当量长 度);边界层概念;流动机械能损失计算。 6. 管路计算与流量测量(4学时) 简单管路计算:复杂管路的特点及计算要点;毕托管、孔板流量计、文丘里流量计及转子流量 计的测量原理和计算方法。 7.离心泵(5 学时) 流体输送机械的作用与分类;离心泵工作原理与主要部件;气缚现象;离心泵性能参数与特性 曲线;管路特性方程;工作点的概念和流量调节;安装高度与气蚀现象;离心泵的类型、选用、安 装与操作 8.其它类型泵与气体输送机械(3 学时) 往复泵工作原理与结构、性能参数与流量调节、正位移泵特性;旋涡泵、计量泵与旋转泵;离 心式通风机工作原理、性能参数与选型计算;罗茨鼓风机;离心式压缩机;真空泵与往复压缩机 9.传热概述与热传导(3学时) 传热过程在化工生产中的应用;传热的基本方式;工业换热过程;传热速率;傅立叶定律;导 热系数及影响因素;一维定态热传导计算(单层与多层平壁、单层与多层圆筒壁) 10. 对流传热(4学时) 对流传热过程;牛顿冷却定律;对流传热系数及其影响因素;准数方程与准数的物理意义;管 内强制对流传热;管外强制对流传热;自然对流传热;蒸汽冷凝传热;液体沸腾传热 11. 热辐射(1学时) 物体的辐射能力;斯蒂芬-波尔兹曼定律;克希霍夫定律;两灰体间的辐射传热 12. 传热过程的计算(5学时) 间壁传热过程;热量衡算式;总传热系数计算与分析;串联热阻与控制热阻;污垢热阻;总传 热速率方程;平均温度差计算与分析;间壁换热过程计算 13. 换热器(2学时)
各类工业换热器结构及应用:列管式换热器的参数与流程的选择原则:列管式换热器的设计与 选型计算:工业传热过程的强化 14.讨论课(4学时) 流体流动计算:传热计算 15.流体与颗粒相对运动概述(0.5学时) 非均相分离概论:颗粒床层的特性:流体通过颗粒层的压降 16.沉降(4.5学时) 沉降原理:流体对颗粒运动的阻力:球形颗粒的曳力系数与斯托克斯定律;自由沉降过程:重 力沉降速度:重力沉降设备(降尘室性能分析):离心沉降速度:离心沉降设备(旋风分离器性能 分析) 17.过滤(5学时) 过滤原理与设备:过滤速率、推动力和阻力的概念一一过滤速率工程处理方法:过滤基本方程 及应用:过滤常数:恒压过滤与恒速过滤:板框过滤机性能分析与计算:加压叶滤机性能分析与计 算:回转真空过滤机性能分析与计算:加快过滤速率的途径。 18.概述(2学时) 均相混合物的分离与相际质量传递:常见化工传质单元操作:相组成的表示方法:气液传质设 备简介:吸收依据:吸收目的:吸收过程的工业实施:吸收过程的分类:吸收剂的选择 19.吸收过程的相平衡关系(2学时) 气体在液体中的溶解度:亨利定律:温度、压力对相平衡的影响:相平衡与吸收过程的关系 20.吸收过程的传质速率(5学时) 分子扩散与费克定律:扩散系数及其影响因素:气相和液相中的一维定态分子扩散(等摩尔反 向扩散、单向扩散):涡流扩散与对流传质:相内传质速率方程与传质分系数:相际传质与双膜理论: 总传质速率方程与总传质系数:吸收过程质阻分析及控制质阻 21.低浓度气体吸收(解吸)的计算(8学时) 低浓度气体吸收基本假定:物料衡算与操作线方程:吸收剂用量确定:最小液气比与适宜液气 比:吸收基本方程式:传质单元数与传质单元高度的概念与计算:填料层高度确定:填料收塔计算 与分析:解吸塔计算 22.液体蒸馏概述(0.5学时) 蒸馏分离的依据:过程的经济性:蒸馏操作在化工生产中的应用 23.二元物系的气液相平衡(3学时) 理想溶液的气液平衡:拉乌尔定律、相图与相平衡曲线:泡点与露点计算:相对挥发度及相平 衡方程:非理想体系汽液平衡 24.平衡蒸馏与简单蒸馏(1学时) 平衡蒸馏:简单蒸馏:平衡蒸馏与荷单蒸馏的比较 25.双组分连续精馏(10学时) 精馏原理:工业连续精馏装置:理论板概念与恒摩尔流假定:二元连续精馏塔的全塔物料衡算: 精馏段与提馏段的操作线方程:进料热状况影响与加料q线方程:操作线求作与适宜加料位置确定:
各类工业换热器结构及应用;列管式换热器的参数与流程的选择原则;列管式换热器的设计与 选型计算;工业传热过程的强化 14. 讨论课(4 学时) 流体流动计算;传热计算 15.流体与颗粒相对运动概述(0.5 学时) 非均相分离概论;颗粒床层的特性;流体通过颗粒层的压降 16. 沉降(4.5 学时) 沉降原理;流体对颗粒运动的阻力;球形颗粒的曳力系数与斯托克斯定律;自由沉降过程;重 力沉降速度;重力沉降设备(降尘室性能分析);离心沉降速度;离心沉降设备(旋风分离器性能 分析) 17.过滤(5 学时) 过滤原理与设备;过滤速率、推动力和阻力的概念——过滤速率工程处理方法;过滤基本方程 及应用;过滤常数;恒压过滤与恒速过滤;板框过滤机性能分析与计算;加压叶滤机性能分析与计 算;回转真空过滤机性能分析与计算;加快过滤速率的途径。 18. 概述 (2 学时) 均相混合物的分离与相际质量传递;常见化工传质单元操作;相组成的表示方法;气液传质设 备简介;吸收依据;吸收目的;吸收过程的工业实施;吸收过程的分类;吸收剂的选择; 19. 吸收过程的相平衡关系(2 学时) 气体在液体中的溶解度;亨利定律;温度、压力对相平衡的影响;相平衡与吸收过程的关系 20.吸收过程的传质速率(5 学时) 分子扩散与费克定律;扩散系数及其影响因素;气相和液相中的一维定态分子扩散(等摩尔反 向扩散、单向扩散);涡流扩散与对流传质;相内传质速率方程与传质分系数;相际传质与双膜理论; 总传质速率方程与总传质系数;吸收过程质阻分析及控制质阻 21.低浓度气体吸收(解吸)的计算(8 学时) 低浓度气体吸收基本假定;物料衡算与操作线方程;吸收剂用量确定;最小液气比与适宜液气 比;吸收基本方程式;传质单元数与传质单元高度的概念与计算;填料层高度确定;填料收塔计算 与分析;解吸塔计算 22.液体蒸馏概述(0.5 学时) 蒸馏分离的依据;过程的经济性;蒸馏操作在化工生产中的应用 23.二元物系的气液相平衡(3 学时) 理想溶液的气液平衡;拉乌尔定律、相图与相平衡曲线;泡点与露点计算;相对挥发度及相平 衡方程;非理想体系汽液平衡 24.平衡蒸馏与简单蒸馏(1 学时) 平衡蒸馏;简单蒸馏;平衡蒸馏与简单蒸馏的比较 25.双组分连续精馏(10 学时) 精馏原理;工业连续精馏装置;理论板概念与恒摩尔流假定;二元连续精馏塔的全塔物料衡算; 精馏段与提馏段的操作线方程;进料热状况影响与加料 q 线方程;操作线求作与适宜加料位置确定;
理论塔板数的确定:最小回流比的确定:回流比影响及选择:理论板数捷算法:操作参数对精馏过 程的影响:精馏塔的温度分布与灵敏板 26.间歇精馏与特殊精馏(1.5学时) 间歇精馏特点:恒回流比操作与恒馏出液组成操作:恒沸精馏原理及应用:萃取精馏原理及应 用 27气液传质设备(6学时) 气液传质过程对塔设备的一般要求:塔设备类型及特点:板式塔的设计意图:板式塔的结构: 板上气液接触状态:塔板水力学性能和不正常操作现象;塔板负荷性能图:板式塔的效率:评价板 式塔的性能指标:常见塔板型式及特点:筛板塔工艺计算内容:填料塔结构:填料种类及特性:气 液两相在填料塔内的流动:填料塔压降与空塔气速的关系:最小喷淋密度:填料塔工艺计算方法: 填料塔内的传质 28.讨论课(4学时) 吸收计算:精馏计算。 四.实验教学内容与要求 1.离心泵性能实验(4学时) 测定离心泵性能曲线并确定最佳工作范围:测定孔板流量计的孔流系数 2.强制对流传热膜系数的测定实验(4学时) 通过实验确定传热膜系数准数关联式中的系数和指数:分析影响传热膜系数的因素:了解强化传 热的途径 3.精馏实验(4学时) 掌握精馏塔的操作方法与调节方法:测定全回流全塔效率及单板效率 五.作业 每周布置和收交作业,作业每周47题,总计80道题左右。 作业是评价学生平时成绩的基本依据,要求学生必须独立完成。缺交作业的次数应少于总次数 的13,否则不能参加期末考试。 六.考核方式 采取平时测验与期末考试相结合的方式。 平时测验随堂进行,重在考察学生学习的过程。 期末考试时间为120分钟,采用全国化工原理试题库统一命题、统一考试以及统一评分的方式, 并实现教、考分离。 七.成绩评定 课程总成绩依据下列权重评定:作业占5%,平时测验占10%,期末考试占85%。 执笔人:刘伟 2004年7月10日
理论塔板数的确定;最小回流比的确定;回流比影响及选择;理论板数捷算法;操作参数对精馏过 程的影响;精馏塔的温度分布与灵敏板 26.间歇精馏与特殊精馏(1.5 学时) 间歇精馏特点;恒回流比操作与恒馏出液组成操作;恒沸精馏原理及应用;萃取精馏原理及应 用 27 气液传质设备(6 学时) 气液传质过程对塔设备的一般要求;塔设备类型及特点;板式塔的设计意图;板式塔的结构; 板上气液接触状态;塔板水力学性能和不正常操作现象;塔板负荷性能图;板式塔的效率;评价板 式塔的性能指标;常见塔板型式及特点;筛板塔工艺计算内容;填料塔结构;填料种类及特性;气 液两相在填料塔内的流动;填料塔压降与空塔气速的关系;最小喷淋密度;填料塔工艺计算方法; 填料塔内的传质 28.讨论课(4 学时) 吸收计算;精馏计算。 四.实验教学内容与要求 1.离心泵性能实验(4学时) 测定离心泵性能曲线并确定最佳工作范围;测定孔板流量计的孔流系数 2.强制对流传热膜系数的测定实验(4学时) 通过实验确定传热膜系数准数关联式中的系数和指数;分析影响传热膜系数的因素;了解强化传 热的途径 3.精馏实验(4学时) 掌握精馏塔的操作方法与调节方法;测定全回流全塔效率及单板效率 五.作业 每周布置和收交作业,作业每周 4~7 题,总计 80 道题左右。 作业是评价学生平时成绩的基本依据,要求学生必须独立完成。缺交作业的次数应少于总次数 的 1/3,否则不能参加期末考试。 六.考核方式 采取平时测验与期末考试相结合的方式。 平时测验随堂进行,重在考察学生学习的过程。 期末考试时间为 120 分钟,采用全国化工原理试题库统一命题、统一考试以及统一评分的方式, 并实现教、考分离。 七.成绩评定 课程总成绩依据下列权重评定:作业占 5%,平时测验占 10%,期末考试占 85%。 执笔人:刘伟 2004 年 7 月 10 日