《化学工程基础》教学大纲 王琴萍 本门课程的教学目标和要求: 化学工程基础是工程技术的一个分支,是一门探讨化工生产过程的基本规律、 并应用这些规律解决生产问题的学科。本课程是在高等数学、物理学及物理化学 等课程的基础上开设的一门基础技术课 本课程的主要任务是研究化工单元操作及反应过程的基本原理、典型设备的 构造及工艺尺寸的计算,通过本课程的学习,使学生理解化学工程规律在化工生 产中的应用,获得化工计算及设计的基础训练,培养学生分析和解决有关化工操 作中各种问题的能力,以便在化工生产、科研和设计工作中达到强化生产过程、 提高产品质量、提高设备生产能力和效率、降低设备投资及产品成本、节能、防 止污染及加速新技术开发等方面的目的 教学重点与难点: 化学工程的主要内容是传递过程和化学反应过程,传递过程包括动量传递、 热量传递和质量传递三种过程。 1.动量传递一一流体动力过程 流体的流动规律和流体的输送,输送流体的典型设备 2.热量传递 热交换典型设备的设计和计算,热交换过程的强化 3.质量传递 要求掌握精镏原理和吸收的机理,能分析操作过程,并能进行精镏塔和吸收 塔的工艺尺寸计算 4.学反应工程一一反应器基本原理 研究生产规模下化学反应过程的基本规律,化工生产中的反应器类型和典型 反应器,物料在反应器中的流动模型 教学对象:化学科学与工程学院本科生,化学专业、应用化学专业、材料 化学专业。 教学方式:课堂讲授,多媒体
1 《化学工程基础》教学大纲 王琴萍 本门课程的教学目标和要求： 化学工程基础是工程技术的一个分支，是一门探讨化工生产过程的基本规律、 并应用这些规律解决生产问题的学科。本课程是在高等数学、物理学及物理化学 等课程的基础上开设的一门基础技术课。 本课程的主要任务是研究化工单元操作及反应过程的基本原理、典型设备的 构造及工艺尺寸的计算，通过本课程的学习，使学生理解化学工程规律在化工生 产中的应用，获得化工计算及设计的基础训练，培养学生分析和解决有关化工操 作中各种问题的能力，以便在化工生产、科研和设计工作中达到强化生产过程、 提高产品质量、提高设备生产能力和效率、降低设备投资及产品成本、节能、防 止污染及加速新技术开发等方面的目的。 教学重点与难点： 化学工程的主要内容是传递过程和化学反应过程，传递过程包括动量传递、 热量传递和质量传递三种过程。 1．动量传递——流体动力过程 流体的流动规律和流体的输送，输送流体的典型设备。 2．热量传递 热交换典型设备的设计和计算，热交换过程的强化。 3．质量传递 要求掌握精镏原理和吸收的机理，能分析操作过程，并能进行精镏塔和吸收 塔的工艺尺寸计算。 4．学反应工程——反应器基本原理 研究生产规模下化学反应过程的基本规律，化工生产中的反应器类型和典型 反应器，物料在反应器中的流动模型。 教学对象： 化学科学与工程学院 本科生，化学专业、应用化学专业、材料 化学专业。 教学方式： 课堂讲授，多媒体
教学时数:64学时 教学的具体内容及学时分配: 绪论 (2学时) 、化工过程与单元操作 、课程的性质与任务 三、物理量的单位与量纲 四、单元操作中常用的基本概念 第一章流体流动(18学时) 教学目标和要求: 要求熟练掌握流体的流动规律,计算流体输送所需的功率、进行管路阻力计 算计算,选择测量流体流速和流量的装置。 教学重点和难点: 实际流体流动的柏努力方程,流体流动的阻力计算。 教学方式:(课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验X学时) 课堂讲授18学时,讨论和习题课2学时 第一节概述(0.5学时) 、化工生产的流动现象 、宏观流体特性 、可压缩流体及不可压缩流体 第二节流体静力学基本方程(3.5学时) 、流体的压力 、流体的密度与比容 三、流体静力学基本方程 四、流体静力学基本方程式的应用 第三节管内流体流动的基本方程式(4学时) 流量与流速 稳定流动与不稳定流动 、连续性方程式
2 教学时数： 64 学时 教学的具体内容及学时分配： 绪论 （2 学时） 一、化工过程与单元操作 二、课程的性质与任务 三、物理量的单位与量纲 四、单元操作中常用的基本概念 第一章 流体流动 ( 18 学时) 教学目标和要求: 要求熟练掌握流体的流动规律，计算流体输送所需的功率、进行管路阻力计 算计算，选择测量流体流速和流量的装置。 教学重点和难点： 实际流体流动的柏努力方程，流体流动的阻力计算。 教学方式：（课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验×学时） 课堂讲授 18 学时，讨论和习题课 2 学时。 第 一 节 概述 ( 0.5 学时 ) 一、化工生产的流动现象 二、宏观流体特性 三、可压缩流体及不可压缩流体 第 二 节 流体静力学基本方程( 3.5 学时 ) 一、 流体的压力 二、 流体的密度与比容 三、 流体静力学基本方程 四、 流体静力学基本方程式的应用 第 三 节 管内流体流动的基本方程式（4 学时） 一、流量与流速 二、稳定流动与不稳定流动 三、连续性方程式
四、柏努力方程式 五、实际流体机械能衡算式 第四节管内流体流动现象(2学时) 、粘度 流体流动类型与雷诺准数 三、流体在园管内的速度分布 第五节流体流动的阻力(4学时) 管、管件及阀门 二、体在直管中的流动阻力 三、湍流的摩擦阻力 四、局部阻力 五、流体在管内流动的总阻力损失计算 第六节管路计算(1学时 、简单管路 复杂管路 第七节流量的测定(1学时) 测速管 二、孔板流量计 三、转子流量计 讨论和习题课(2学时) 复习与思考题 1.流体静力学部分教科书第56页6、7、9、10题 2.流体动力学部分教科书第56-59页11、14、15、16、17、18、23、29、 31、32、35题 3.流量测定42题 第二章流体输送机械(2学时) 教学目标和要求:研究输送流体的典型设备
3 四、柏努力方程式 五、实际流体机械能衡算式 第 四 节 管内流体流动现象（2 学时） 一、粘度 二、流体流动类型与雷诺准数 三、流体在园管内的速度分布 第 五 节 流体流动的阻力（4 学时） 一、 管、管件及阀门 二、 体在直管中的流动阻力 三、湍流的摩擦阻力 四、局部阻力 五、流体在管内流动的总阻力损失计算 第 六 节 管路计算（1 学时） 一、简单管路 二、复杂管路 第 七 节 流量的测定（1 学时） 一、测速管 二、孔板流量计 三、转子流量计 讨论和习题课（2 学时） 复习与思考题: 1. 流体静力学部分 教科书第 56 页 6、7、9、10 题 2. 流体动力学部分 教科书第 56-59 页 11、14、15、16、17、18、23、29、 31、32、35 题 3. 流量测定 42 题 第二章 流体输送机械 ( 2 学时 ) 教学目标和要求: 研究输送流体的典型设备
教学重点和难点:离心泵选择及安装。 教学方式:(课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验X学时) 课堂讲授×2学时 第一节概述(0.5学时) 、流体输送机械作用 二、流体输送机械分类 第二节离心泵(1.5学时) 离心泵的工作原理 离心泵的主要部件 三、离心泵的主要性能参数 四、离心泵的气蚀现象与安装高度 五、离心泵的类型与选用 复习与思考题 教科书第85-86页第1、3、4、8、9 第三章传热(12学时) 教学目标和要求 研究传热的机理,热交换典型设备的设计和计算,热交换过程的强化。要求了 解热传导、对流传热、热辐射的基本原理和基本概念,掌握传热过程的计算,并 能进行列管换热器的设计计算和选型计算。 教学盦点和难点ε传热过程的计算、列管换热器的设计计算和选型计算 教学方式:(课堂讲授×学时、讨论和习题课X学时、实验×学时) 课堂讲授×10学时讨论和习题课×2 第一节概述(1学时) 传热过程在化工生产中的应用 热量传递的基本方式 、两流体通过间壁换热与传热速率方程式 第二节热传导(3学时)
4 教学重点和难点：离心泵选择及安装。 教学方式：（课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验×学时） 课堂讲授×2 学时 第 一 节 概述（0.5 学时） 一、流体输送机械作用 二、流体输送机械分类 第 二 节 离心泵( 1.5 学时 ) 一、离心泵的工作原理 二、离心泵的主要部件 三、离心泵的主要性能参数 四、离心泵的气蚀现象与安装高度 五、离心泵的类型与选用 复习与思考题: 教科书 第 85-86 页 第 1、3、4、8、9 第三章 传热 （12 学时） 教学目标和要求： 研究传热的机理，热交换典型设备的设计和计算，热交换过程的强化。要求了 解热传导、对流传热、热辐射的基本原理和基本概念，掌握传热过程的计算，并 能进行列管换热器的设计计算和选型计算。 教学重点和难点：传热过程的计算、列管换热器的设计计算和选型计算。 教学方式：（课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验×学时） 课堂讲授×10 学时 讨论和习题课×2 第 一 节 概述（1 学时） 一、传热过程在化工生产中的应用 二、热量传递的基本方式 三、两流体通过间壁换热与传热速率方程式 第 二 节 热传导（3 学时）
傅立叶定律 、导热系数 三、平壁的稳定热传导 四、圆筒壁的稳态热传导 第三节对流传热(2学时) 、对流传热方程与对流传热系数 、影响对流传热系数的影响 对流传热中的量纲分析 四、流体无相变时的对流传热系数的经验关联式 五、选用对流传热系数关联式的注意事项 第四节传热计算(2学时) 、热量衡算 传热平均温度差 、总传热系数 第五节热辐射(2学时) 、基本概念 物体的辐射能力与斯蒂芬-波尔兹曼定律 三、克希霍夫定律 第六节换热器(1学时) 换热器分类 间壁式换热器 三、列管式换热器选用计算中有关问题 四、传热过程的强化 讨论和习题课(1学时 复习与思考题 教科书第167-170页 1.导热第1、2、3题 2.对流传热7、11、12题 3.平均温度差20、21题
5 一、傅立叶定律 二、导热系数 三、平壁的稳定热传导 四、圆筒壁的稳态热传导 第 三 节 对流传热（2 学时） 一、对流传热方程与对流传热系数 二、影响对流传热系数的影响 三、对流传热中的量纲分析 四、流体无相变时的对流传热系数的经验关联式 五、选用对流传热系数关联式的注意事项 第 四 节 传热计算（2 学时） 一、热量衡算 二、传热平均温度差 三、总传热系数 第 五 节 热辐射（2 学时） 一、基本概念 二、物体的辐射能力与斯蒂芬-波尔兹曼定律 三、克希霍夫定律 第 六 节 换热器（1 学时） 一、换热器分类 二、间壁式换热器 三、列管式换热器选用计算中有关问题 四、传热过程的强化 讨论和习题课（1 学时） 复习与思考题: 教科书 第 167-170 页 1. 导热 第 1、2、3 题 2. 对流传热 7、11、12 题 3. 平均温度差 20、21 题
4.传热面积23、24、28题 5.传热系数26题 6.选型计算29题 第四章吸收(12学时) 教学目标和要求: 研究物质通过相界面迁移过程的基本规律以及受这些规律支配的若干单元操 作。要求掌握吸收的机理,能分析操作过程,并能进行吸收塔工艺尺寸的计算。 教学重点和难点: 填料吸收塔填料层高度计算 教学方式:(课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验X学时 课堂讲授10学时,讨论和习题课2学时。 第一节概述(0.5学时) 、传质过程 吸收的目的 三、解吸过程 四、吸收与解吸的流程 第二节气液相平衡(1.5) 气体在液体中的溶解度 、亨利定律 五、相平衡与吸收过程的关系 第三节吸收过程的速率(2学时) 两相间传质的双膜理论 总传质速率方程 第四节吸收塔的计算(6学时) 、衡算与操作线方程 吸收剂的用量与最小液气比 三、填料层高度的计算 四、吸收塔的操作计算
6 4. 传热面积 23、24、28 题 5. 传热系数 26 题 6. 选型计算 29 题 第四章 吸收（12 学时） 教学目标和要求: 研究物质通过相界面迁移过程的基本规律以及受这些规律支配的若干单元操 作。要求掌握吸收的机理，能分析操作过程，并能进行吸收塔工艺尺寸的计算。 教学重点和难点： 填料吸收塔填料层高度计算 教学方式：（课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验×学时） 课堂讲授 10 学时，讨论和习题课 2 学时。 第 一 节 概述（0.5 学时） 一、传质过程 二、吸收的目的 三、解吸过程 四、吸收与解吸的流程 第 二 节 气液相平衡（1.5） 一、气体在液体中的溶解度 二、亨利定律 五、相平衡与吸收过程的关系 第 三 节 吸收过程的速率（2 学时） 一、两相间传质的双膜理论 二、总传质速率方程 第 四 节 吸收塔的计算（6 学时） 一、衡算与操作线方程 二、吸收剂的用量与最小液气比 三、填料层高度的计算 四、吸收塔的操作计算
六、解析塔的计算 第五节填料塔与讨论和习题课(2学时) 、填料塔的结构及填料特性 填料塔内气液两项流动特性 、塔径的计算 四、讨论和习题课 复习与思考题: 教科书第213-215页 1.相平衡1、2、3、4、5、6题 2.亨利定律7、8题 3.物料平衡13题 4.填料层高16、17、18、19 第五章蒸馏(14学时 教学目标和要求 要求掌握精镏原理,能分析操作过程,并能进行精镏塔工艺尺寸计算。 教学重点和难点: 精馏塔理论塔板数计算 教学方式:(课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验Ⅹ学时) 课堂讲授12学时,讨论和习题课2学时。 第一节概述(0.5学时) 、蒸馏依据 、蒸馏分类 第二节双组分溶液的气液相平衡(1.5学时) 、溶液的蒸汽压及拉乌尔定律 二、温度-组成图 、气液相平衡图(y-x图) 四、双组分非理想溶液 五、挥发度与相对挥发度 第三节蒸馏与精馏原理(2学时)
7 六、解析塔的计算 第 五 节 填料塔与讨论和习题课（2 学时） 一、填料塔的结构及填料特性 二、填料塔内气液两项流动特性 三、塔径的计算 四、讨论和习题课 复习与思考题: 教科书 第 213-215 页 1． 相平衡 1、2、3、4、5、6 题 2． 亨利定律 7、8 题 3． 物料平衡 13 题 4． 填料层高 16、17、18、19 第 五 章 蒸馏 （14 学时） 教学目标和要求: 要求掌握精镏原理，能分析操作过程，并能进行精镏塔工艺尺寸计算。 教学重点和难点： 精馏塔理论塔板数计算 教学方式：（课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验×学时） 课堂讲授 12 学时，讨论和习题课 2 学时。 第 一 节 概述（0.5 学时） 一、蒸馏依据 二、蒸馏分类 第 二 节 双组分溶液的气液相平衡（1.5 学时） 一、溶液的蒸汽压及拉乌尔定律 二、温度-组成图 三、气液相平衡图(y-x 图) 四、双组分非理想溶液 五、挥发度与相对挥发度 第 三 节 蒸馏与精馏原理 （2 学时）
、简单蒸馏与平衡蒸馏 精馏原理 第四节双组分连续精馏塔的计算(8学时) 、全塔物料衡算 理论板的概念与恒摩尔流假定 三、操作线方程 四、理论塔板数的确定 五、进料热状态的影响和q线方程 六、回流比的影响与选择 七、理论塔板数的简捷计算 八、双组分精馏的操作计算 第五节恒沸精馏与萃取精馏、讨论和习题课(2学时) 、恒沸精馏 、萃取精馏 三、讨论和习题课 复习与思考题: 教科书:267-270页 1.相平衡部分第3、4、7题 2.物料衡算第8、9题 3.操作线方程第10、11、14、18题 4.理论板计算第19题 第六章化学反应工程学基本原理(4学时) 教学目标和要求: 研究生产规模下化学反应过程的基本规律,化工生产中的反应器类型和典型 反应器,物料在反应器中的流动模型。要求掌握有关基本概念,物料在反应器内 的停留时间分布,了解反应器的类型及选择。 教学重点和难点: 掌握有关基本概念及物料在反应器内的停留时间分布 教学方式:(课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验×学时)
8 一、简单蒸馏与平衡蒸馏 二、精馏原理 第 四 节 双组分连续精馏塔的计算 （8 学时） 一、全塔物料衡算 二、理论板的概念与恒摩尔流假定 三、操作线方程 四、理论塔板数的确定 五、进料热状态的影响和 q 线方程 六、回流比的影响与选择 七、理论塔板数的简捷计算 八、双组分精馏的操作计算 第 五 节 恒沸精馏与萃取精馏、讨论和习题课（2 学时） 一、恒沸精馏 二、萃取精馏 三、讨论和习题课 复习与思考题: 教科书：267-270 页： 1.相平衡部分第 3、4、7 题 2.物料衡算第 8、9 题 3.操作线方程第 10、11、14、18 题 4.理论板计算第 19 题 第六章 化学反应工程学基本原理（4 学时） 教学目标和要求: 研究生产规模下化学反应过程的基本规律，化工生产中的反应器类型和典型 反应器，物料在反应器中的流动模型。要求掌握有关基本概念，物料在反应器内 的停留时间分布，了解反应器的类型及选择。 教学重点和难点： 掌握有关基本概念及物料在反应器内的停留时间分布 教学方式：（课堂讲授×学时、讨论和习题课×学时、实验×学时）
课堂讲授4学时。 第一节工业反应器的基本类型(1学时) 、间歇操作搅拌釜式反应器 连续操作搅拌釜式反应器 续操作管式反应器 四、多釜串联反应器 第二节反应器内物料的流动模型(1学时) 、全混流模型 活塞流模型 三、非理想流动模型 五、多级全混流模型 第三节反应器内物料的停留时间分布(2学时) 停留时间 分布函数的概念 参考文献: 1上海化工学院等,化学工程,化学工业出版社,1980 2王志魁,化工原理,化学工业出版社,1987 3天津大学化工原理教研室,化工原理,天津科学技术出版社,1987 4华东化工学院,化工原理,化学工业出版社,1985 5北京大学化学系,《化学工程基础》编写组,化学工程基础,高等教育出 版社,1983年 6王定锦,化学工程基础,高等教育出版社,1992 7谭天恩,本熙,丁惠华,化工原理,化学工业出版社,1984 8武汉大学,化学工程基础,高等教育出版社,2001年 2003.03.09
9 课堂讲授 4 学时。 第 一 节 工业反应器的基本类型（1 学时） 一、间歇操作搅拌釜式反应器 二、连续操作搅拌釜式反应器 三、续操作管式反应器 四、多釜串联反应器 第 二 节 反应器内物料的流动模型（1 学时） 一、全混流模型 二、活塞流模型 三、非理想流动模型 五、多级全混流模型 第 三 节反应器内物料的停留时间分布（2 学时） 一.停留时间 二.分布函数的概念 参考文献： 1 上海化工学院等 ，化学工程，化学工业出版社，1980 2 王志魁，化工原理 ，化学工业出版社，1987 3 天津大学化工原理教研室，化工原理，天津科学技术出版社，1987 4 华东化工学院，化工原理 ，化学工业出版社，1985 5 北京大学化学系，《化学工程基础》编写组，化学工程基础， 高等教育出 版社，1983 年 6 王定锦，化学工程基础，高等教育出版社，1992 7 谭天恩，本熙，丁惠华， 化工原理， 化学工业出版社，1984 8 武汉大学，化学工程基础，高等教育出版社，2001 年 2003.03.09