《化工原理》课程教学大纲

英文名称：Principle of Chemical Engineering

教学对象：材料化学

学时学分：共80学时，3学分

先修课程：高等数学、大学物理、物理化学

一、课程简介

本课程是材料化学专业的一门重要的专业基础课，安排在第五学期.它以高等数学、物理及物理化学、计算技术为基础，将自然科学的普遍规律应用于解决工程问题，是承前启后、由理及工的桥梁；本课程主要研究化工生产过程中以物理加工过程为主要背景归纳而成的若干共性规律，并应用这些共性规律进行设计计算、指导操作、强化过程及延伸拓展；并强调工程观点、定量运算、实验技能和设计能力的训练，强调理论联系实际，培养学生分析和解决工程问题的能力。

二、课程教学目的与基本要求

本课程是用自然科学原理考察、解释和处理化工生产中流体流动过程、工业传热过程、吸收、精馏、干燥等化工单元操作的基本原理，本课程主要任务是培养学生掌握各单元操作的基本原理，具有比较、选用和计算过程及设备的基本能力。通过系统的理论学习与实践，使学生具有一定的工程设计能力，为未来的工作和后继课程的学习打下基础。

三、教学手段及教学方法建议

本课程进行课堂讲授运用的主要教学手段为多媒体教学为主，板书教学为辅。

主要教学方法：

采用启发式教育，联系生产实践启发学生，培养学生的自学能力及解决实际问题的能力，精选教学内容，精讲多练，增加讨论课，习题课，调动学生的主观能动性。

四、考核方式和成绩评定

本课程是考试课，考试的形式是闭卷笔试。成绩的合成：平时成绩30%+期末考试70%，平时成绩包括：上课出勤情况、课堂表现、作业等综合情况。

五、课程教材与主要参考书

课程教材：

王志魁主编，化工原理（第三版），化学工业出版社，2009

主要参考书：

[1] 大连理工大学编，《化工原理》上、下册，高等教育出版社，2002。

[2] 姚文英主编，《化工原理》上、下册，天津大学出版社，1999。

[3] 陈敏恒，丛德滋，方图南等. 化工原理(上、下册).第二版.北京：化学工业出版社,1999

六、教学环节及学时安排

本课程的教学环节包括：课堂讲授、习题课、课外作业、通过各个教学环节的教学，重点培养学生的自学能力、分析问题解决问题的能力。本课程课堂讲授主要以板书授课，采用启发式教育，联系生产实践启发学生，培养学生的自学能力及解决实际问题的能力，精选教学内容，精讲多练，增加习题课，调动学生的主观能动性。

章 次	教学内容	讲授课时	讨论(习题)课时	实验课时
	绪论	2
1	流体流动	12
2	流体输送机械	6
3	沉降与过滤	6
4	传热	14
5	吸收	12
6	蒸馏	14
7	汽液传质设备	4
8	固体干燥	10
总 计	80	80

表1 课程学时分配表

七、教学内容

绪论（讲课2学时）

教学目标

通过本章的学习，掌握《化工原理》课程的性质、研究对象、任务与基本内容；本课程的特点及学习方法；因次、单位制和单位换算；物料衡算与能量衡算。

本章重点

掌握《化工原理》课程的性质、研究对象、任务与基本内容；因次、单位制和单位换算；物料衡算与能量衡算。

本章难点

实验方程式的单位换算。

讲授内容

1、化工过程与单元操作；

2、《化工原理》课程的性质与任务；

3、物理量的单位与量纲；

4、混和物浓度的表示方法；

5、单元操作中常用的基本概念。

第一章 流体流动（讲课12学时）

教学目标

理解流体的密度、比容、压力的意义及计算，掌握流体静力学方程及应用。理解流量、流速、稳定流动和不稳定流动，掌握流体流动系统的物料衡算。机械能衡算及柏努利方程的物理意义和应用。理解粘度、牛顿粘性定律、流体的流动形态、流体流动边界层。理解阻力产生的原因及因次分析法。掌握阻力计算通式，直管阻力和局部阻力的计算。了解复杂管路的计算。掌握简单管路的计算，毕托管、孔板流量计和转子流量计的测量原理及应用。

本章重点

伯努力方程的物理意义和应用，管路阻力的计算。

本章难点

伯努力方程的应用及流体流动的机械能损失的因次分析法。

讲授内容

1、静力学原理及其应用；
2、流体流动的质量衡算和机械能衡算；
3、牛顿粘性定律、层流和湍流，圆管中流体的流速分布，流动边界层概念；
4、流体流动的机械能损失，因次分析法；
5、管路计算、流速、流量的测量。

第二章 流体输送机械（讲课6学时）

教学目标

了解常用液体输送机械，掌握离心泵工作原理、基本结构、主要性能参数、特性曲线的意义、用途、测量方法。理解离心泵产生气缚与气蚀现象的原因及防止。掌握离心泵的安装高度的计算、流量调节、泵的选择原则。了解离心风机的性能与选用。

本章重点

掌握离心泵工作原理、基本结构、特性曲线，离心泵的安装高度的计算。

本章难点

离心泵产生气缚与气蚀现象的原因。

讲授内容

1、常用液体输送机械；
2、离心泵的理论压头和实际压头(扬程)，功率和效率；

3、离心泵的气缚与气蚀现象；
4、泵的安装高度、流量调节、泵的选择；
5、离心风机的性能与选择。

第三章 过滤与沉降（讲课6学时）

教学目标

了解非均相物系的性质、分离目的及分离方法； 掌握重力沉降和离心沉降的基本原理、沉降速度的定义、意义、计算方法和应用； 掌握降尘室、沉降槽以及旋风分离器的主要性能； 掌握过滤操作的基本概念；了解过滤常数的测定方法； 掌握过滤设备的结构、特点。

本章重点

沉降和过滤的基本原理及设备的结构、特点。

本章难点

沉降速度的定义、意义、计算方法和应用，过滤常数的测定方法。

讲授内容

1、流体与单个固体颗粒的相对运动、沉降速度；
2、重力沉降、离心沉降原理与设备；
3、过滤、过滤速率及其在恒压条件下的应用；
4、过滤设备，过滤机的生产能力计算。

第四章 传热（讲课14学时）

教学目标

了解传热的三种基本方式及在化工生产中的应用，掌握傅立叶定律及其应用。理解：对流传热的基本概念，牛顿冷却定律；对流传热系数的影响因素及因次分析法。掌握对流传热系数的关联式的选用及计算。了解热辐射基本概念，两物体间的相互辐射及设备热损失的计算。掌握两流体间壁传热过程的传热计算。了解常用换热器类型及结构。了解加热和冷却方法、传热设备、传热过程的强化途径。掌握列管换热器的结构、选用原则及设计计算。

本章重点

两流体间壁传热过程的传热计算，列管换热器的结构、选用原则及设计计算。

本章难点

设备热损失的计算，列管换热器设计计算。

讲授内容

1、热量传递；
2、傅立叶定律及其在一维稳态传导中的应用；
3、对流传热过程，对流传热系数及其主要影响因素；
4、热辐射；
5、两流体间壁传热过程计算；
6、常用换热器的类型与分类；
7、加热与冷却方法，常用换热设备，传热过程的强化，典型换热器的传热计算与设计。

第五章 吸收（讲课12学时）

教学目标

掌握吸收单元操作分离气体混合物的依据、目的；吸收操作过程的分类和流程；掌握吸收过程的汽液相平衡关系、传质机理和吸收速率方程式； 掌握吸收过程的物料平衡--操作线方程式和吸收剂用量计算； 掌握吸收塔填料层高度的计算； 掌握吸收操作型问题的分析方法与计算 。了解填料塔的结构、填料类型与特性、填料塔的流体力学性能。

本章重点

吸收过程的传质机理和吸收速率方程式，吸收过程的物料平衡--操作线方程式和吸收剂用量计算。

本章难点

吸收操作型问题的分析方法与计算，吸收塔填料层高度的计算。

讲授内容

1、分子扩散的和费克定律；
2、等分子反向扩散和通过静止组分的单向扩散，对流传质，相际传质；
3、气液相平衡和亨利定律；
4、吸收流程和溶剂的选择；
5、传质速率和传质系数；
6、吸收塔计算，传质单元高度和传质单元数的计算；
7、传质理论。

第六章 蒸馏（讲课14学时）

教学目标

理解蒸馏原理，理想溶液及拉乌尔定律，掌握t-x-y图、x-y图、挥发度、相对挥发度、相平衡方程。了解非理想溶液的平衡关系。理解平衡蒸馏、简单蒸馏。理解精馏原理、理论板、恒摩尔流假设，掌握精馏操作线方程及应用，q线方程及应用，进料板位置的确定、理论板的计算法、适宜回流比的选择。了解精馏塔的能量衡算及节能及其它蒸馏方法。

本章重点

精馏操作线方程及应用，q线方程及应用，进料板位置的确定、理论板的计算法、适宜回流比的选择。

本章难点

进料板位置的确定、理论板的计算法。

讲授内容

1、双组分混合液的汽液平衡；
2、平衡蒸馏和简单蒸馏；
3、精馏原理，理论板，理论板计算方法；
4、塔板效率，等板高度，间歇蒸馏，其它蒸馏方式。

第七章 汽液传质设备（讲课4学时）

教学目标

了解板式塔的主要类型及结构特点，塔板的流体力学状况，掌握单板效率、全塔效率及塔径的计算，塔板负荷性能图的概念。了解填料塔结构及填料特性， 掌握填料塔的塔径及压降的计算。

本章重点

单板效率、全塔效率及塔径的计算，塔板负荷性能图的概念。

本章难点

填料塔的塔径及压降的计算。

讲授内容

１、板式塔　；　

２、填料塔；

３、板式塔与填料塔比较。　　

第八章 固体干燥（讲课10学时）

教学目标

了解干燥过程特征、干燥方法分类及应用，掌握湿空气的性质及湿度图的应用，干燥过程中的物料衡算和热量衡算，干燥过程图解法。掌握干燥机理，自由水与平衡水，结合水与非结合水的概念。掌握恒定条件下干燥速率的计算方法，干燥曲线和干燥速率曲线，干燥时间计算，了解干燥器类型及其应用。

本章重点

干燥速率的计算方法，干燥曲线和干燥速率曲线，干燥时间计算。

本章难点

湿度图的应用，干燥过程图解法。

讲授内容

1、固体干燥，湿空气性质和湿度图；干燥器的物料衡算和热量衡算；
2、湿分在气固两相间平衡，气固两相间热质传递；
3、恒定气液条件下的固体干燥速率、临界含湿量、干燥时间计算,典型干燥设备。