化工热力学教学大纲化学与化工学院.docx
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化工热力学教学大纲化学与化工学院
《化工原理》（上册）课程教学大纲
课程名称：
化工原理
适用专业：
化学工程与工艺、应用化学、制药工程
课程编码：
082015
课程学时：
72
课程学分：
4
制定单位：
化学与化工学院化工教研室
制定人员：
丁养军,朱万诚
制定时间：
2013年11月
审定人：
丁养军
一、使用说明
1、课程的性质
《化工原理》课程属技术科学学科，是化工及其相关专业的一门重要的技术基础课。
2、教学目的及任务
本课程的主要任务，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和工业传热过程的基本原理，典型设备及其计算（包括选型）方法，以培养学生分析和解决有关工程实际问题的能力。
通过该课程的学习，使学生了解化工单元操作过程的流体输送、热量传递和质量传递基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设备的设计计算，建立化工单元操作的概念，掌握单元操作过程的分析问题和解决问题的基本方法。
本课程强调工程观点、定量计算和工程设计（研究）能力的训练，强调处理工程问题的方法论，强调理论与实践的结合，除了为后续课程的学习打下必要的工程知识基础外，对培养学生具有正确的方法论和辩证唯物主义观点，也有重要的作用。
3、课程学时、学分、主要教学环节
（1）每周4学时，共计18周，72学时
（2）学分：
4学分
（3）主要教学环节
课堂板书讲授为主，自修课辅导为辅，作业，课外作业，讨论课，习题课。
4、前导课程
高等数学、物理、物理化学、工厂认识实习
5、使用教材
《化工原理（上册）第2版》，夏清，贾绍义主编，天津大学出版社
6、主要参考书
[1]王之魁编，化工原理（第三版）,化学工业出版社,2004.
[2]丁忠伟主编，化工原理学习指导——疑难解析例题详解习题精选，化学工业出版社，2006
[3]何潮洪，窦梅，钱栋英编著，化工原理操作型问题的分析，化学工业出版社，1998
[4]柴诚敬等编，化工原理课程学习指导，天津大学出版社，2003.
[5]陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编．化工原理．上册．第二版．北京：
化学工业出版社，1999
[6]陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编．化工原理．下册．第二版．北京：
化学工业出版社，1999
[7]蒋维钧，戴猷元，顾惠君编．化工原理．上册．北京：
清华大学出版社，1992
[8]蒋维钧，雷良恒，刘茂林编．化工原理．下册．北京：
清华大学出版社，1993
[9]化学工程基础学习指引和习题解答,林爱光,清华大学出版社,2003.
[10]谭天恩，麦本熙，丁惠华编著．化工原理．上册．第二版．北京：
化学工业出版社，1990
[11]谭天恩，麦本熙，丁惠华编著．化工原理．下册.第二版．北京：
化学工业出版社，1998
[12]大连理工大学化工原理教研室．化工原理．上册．大连：
大连理工大学出版社，1993
[13]大连理工大学化工原理教研室．化工原理．下册．大连：
大连理工大学出版社，1993
[14]化工原理详解与应用,丛德滋等编,华东理工,化学工业出版社,2002.
[15]McCabeWL,SmithJC．UnitOperationofChemicalEngineering.NewYork:
：
McGraw-Hill，Inc．，1973
[16]GeankoplisCJ．TransportProcessesandUnitOperation2ndEd,AllynandBacon，Inc．，1983
7、考核方式
考试课，成绩评定：
作业10％＋平时20％＋期终70％
二、课程内容
1、课程概要
化工原理主要是研究各种化工单元操作共性的课程，在高等学校化工系的教学计划中起到为自然学科与应用学科搭桥的作用。
它主要研究各单元操作的基本原理、所用典型设备的结构、设备工艺尺寸的计算和设备选型。
2、教学安排
课程目标
包括对学生思想品德和知识能力两方面的培养。
思想品德方面：
1、通过课堂教学、习题课、讨论课、课外作业以及化学工程实验、课程设计（另见有关教学大纲）的系统训练，培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风。
2、通过本课程学习，使学生了解我国化工专业的发展及其与发达国家间的差距，激发学生热爱祖国化工事业并为之献身的精神、树立正确的学习态度。
知识与能力方面：
1、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，包括对化工生产中流体流动与传热过程进行工程计算的能力、正确运用工程图表的能力和运用技术经济观点分析、解决工程实际问题的能力。
2、通过本课程方法论的学习，如数学模型方法、实验研究方法、微元分析方法、物料（热量）衡算方法、量纲分析方法、试差计算方法和图解计算方法等，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。
3、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。
课程内容及基本要求
绪论
化学过程与单元操作
课程性质与任务
物料衡算与热量衡算
单位与单位换算
基本要求
1、掌握单元操作概念及其在化工过程中的地位
2、掌握衡算原则和衡算方法
3、熟悉单位换算方法
4、了解本课程目的和任务
第一章流体流动
第一节概述
流体流动及输送问题；流体的压缩性与流动性；流体的物性。
第二节流体静力学
静压强及其性质；静力学方程及应用；液柱压差计。
第三节流体流动的基本方程
流量与流速的定义；定常流动与非定常流动；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。
第四节流体流动的内部结构与阻力计算
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；管流剪应力分布和速度分布；流动阻力与量纲分析；摩擦阻力系数；当量的概念（当量直径，当量长度）；局部能量损失；边界层概念；流动机械能损失计算。
第五节管路计算
计算类型及特点；简单管路计算；复杂管路计算。
第六节流量与流速测量
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。
本章重点及难点：
流体静力学基本方程式及其应用、连续性方程式、伯努利方程式及其
应用、流动型态及边界层的概念、流体在管内流动阻力、管路计算。
基本要求
1、掌握的内容
（1）流体的密度和粘度的定义、单位、影响因素及数据获取。
（2）压强的定义、表示法及单位换算。
（3）流体静力学方程、连续型方程、伯努利方程及其应用。
（4）流动型态及其判断，雷诺准数的物理意义及计算。
（5）流动阻力产生的原因，流体在管内流动的机械能损失计算。
（6）简单管路计算及输送能力核算。
（7）液柱压差计、毕托管、孔板流量计及转子流量计的工作原理、基本结构与计算。
2、熟悉的内容
（1）流体的连续性和压缩性，定常流动与非定常流动。
（2）层流与湍流的特征。
（3）管流速度分布公式及应用。
（4）正确使用各种数据图表。
（5）边界层概念。
3、了解的内容
牛顿型流体与非牛顿型流体。
第二章流体输送机械
第一节概述
流体输送机械的作用；流体输送机械分类。
第二节离心泵
工作原理与主要部件；气缚现象；性能指标与特性曲线；工作点概念和流量调节；安装高度与气蚀现象；离心泵操作与选型。
第三节其它类型泵
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；
第四节风机与压缩机
离心式通风机工作原理、性能参数与计算；罗茨鼓风机；真空泵与往复压缩机。
本章重点及难点：
离心泵.
基本要求
1、掌握的内容
（1）离心泵结构、工作原理、性能参数、特性曲线及应用。
（2）影响离心泵性能的主要因素，离心泵特性曲线测定。
（3）管路特性曲线，离心泵工作特点及流量调节。
（4）吸上真空度与气蚀流量，离心泵安装高度的确定。
（5）离心泵工作要点及选型计算。
2、熟悉的内容
（1）往复泵的结构、工作原理、性能参数、特性曲线、操作要点及应用。
（2）离心通风机的性能参数、特性曲线与选用原则。
3、了解的内容
（1）计量泵、齿轮泵、螺杆泵的工作原理、正位移特性。
（2）往复压缩机和真空泵的工作原理与选用原则。
第三章机械分离和固体流态化
第一节颗粒及颗粒床层的特性
颗粒的特性，颗粒床层的特性
第二节沉降过程
重力沉降、离心沉降
第三节过滤
过滤操作的基本概念；过滤基本方程式；恒压过滤、恒速过滤、先恒速后恒压过滤；过滤常数的测定；过滤设备；滤饼的洗涤与过滤机的生产能力。
第四节离心机
第五节固体流态化
本章重点及难点：
重力沉降、过滤基本方程式、过滤常数、恒压过滤、恒速过滤.
基本要求
1、掌握的内容
（1）重力沉降的沉降速度及计算、降尘室结构及有关计算。
（2）旋风分离器的操作原理、性能及有关计算。
（3）过滤操作的基本概念、过滤基本方程式、恒压过滤、恒速过滤、先恒速后恒压过滤、过滤常数的测定。
（4）过滤机的生产能力。
2、熟悉的内容
（1）颗粒的特性、颗粒床层的特性。
（2）分级器原理及应用、过滤设备。
3、了解的内容
离心机、固体流态化
第四章传热
第一节概述
传热原理；传热基本方式；工业换热过程；工业传热设备；热载体及其选择。
第二节热传导
傅立叶定律；导热系数及影响因素；一维定常热传导计算（单层与多层平壁，单层与多层园筒壁）。
第三节对流传热
对流传热过程；牛顿冷却定律；对流传热机理；保温层的临界直径。
第四节传热过程计算
间壁传热过程；传热速率方程；总传热系数计算与分析；串联热阻与控制热阻；污垢热阻；平均温度差计算与分析；传热单元数法计算。
第五节对流传热系数关联式
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；液体冷凝传热；壁温的估算。
第六节辐射传热
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。
第七节换热器
工业换热器类型；列管式换热器的设计与选型计算；列管式换热器参数与流程选择原则；常用换热器结构特点及应用。
本章重点及难点：
热传导、对流传热速率方程和对流传热系数、传热过程计算、流体无相变时的对流传热系数
基本要求
1、掌握的内容
（1）热传导基本原理，一维定常傅立叶定律及应用，平壁及园筒壁一维定常热传导计算及分析；
（2）对流传热基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热的主要因素。
（3）无相变管内强制对流α关联式及其应用；Ｎu、Re、Pr、Gr等准数的物理意义及计算。
正确选用对流传热α计算式，注意其用法、使用条件。
（4）传热计算：
传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析，污垢热阻及壁温计算，传热与冷却程度计算，强化传热途径。
2、熟悉的内容
（1）蒸汽冷凝、液体沸腾对流传热系数计算。
（2）热辐射基本概念及两灰体间辐射传热计算。
（3）列管式换热器结构特点及选型计算。
3、了解的内容
（1）加热剂、冷却剂的种类及选用。
（2）各种传热换热器的结构特点及应用。
第五章蒸发
第一节蒸发设备
第二节单效蒸发
溶液的沸点和温度差损失；单效蒸发的计算；蒸发器的生产能力和生产强度。
第三节多效蒸发
多效蒸发的操作流程及计算；多效蒸发和单效蒸发的比较；多效蒸发中效数的限制及最佳效数
第四节蒸发器的工艺设计
本章重点及难点：
单效蒸发的计算，蒸发器的生产能力和生产强度。
基本要求
1、掌握的内容
（1）循环式蒸发器，膜式蒸发器。
（2）溶液的沸点和温度差损失；单效蒸发的计算；蒸发器的生产能力和生产强度。
2、熟悉的内容
多效蒸发的操作流程及计算；多效蒸发和单效蒸发的比较；多效蒸发中效数的限制及最佳效数
3、了解的内容
蒸发器的工艺设计
学时分配
教学内容
学时分配
备注
绪论
1
第一章流体流动
22
第二章流体输送机械
8
第三章机械分离和固体流态化
12
第四章传热
22
第五章蒸发
7
总学时
72
《化工原理》（下册）课程教学大纲
课程名称：
化工原理
适用专业：
化学工程与工艺、应用化学、制药工程
课程编码：
082016
课程学时：
54
课程学分：
3
制定单位：
化学与化工学院化工教研室
制定人员：
丁养军，朱万诚
制定时间：
2013年11月
审定人：
丁养军
一、使用说明
1、课程的性质
《化工原理》课程属技术科学学科，是化工及其相关专业的一门重要的技术基础课。
2、教学目的及任务
本课程的主要任务，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和工业传热过程的基本原理，典型设备及其计算（包括选型）方法，以培养学生分析和解决有关工程实际问题的能力。
通过该课程的学习，使学生了解化工单元操作过程的流体输送、热量传递和质量传递基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设备的设计计算，建立化工单元操作的概念，掌握单元操作过程的分析问题和解决问题的基本方法。
本课程强调工程观点、定量计算和工程设计（研究）能力的训练，强调处理工程问题的方法论，强调理论与实践的结合，除了为后续课程的学习打下必要的工程知识基础外，对培养学生具有正确的方法论和辩证唯物主义观点，也有重要的作用。
3、课程学时、学分、主要教学环节
（1）每周3学时，共计18周，54学时
（2）学分：
3学分
（3）主要教学环节
课堂板书讲授为主，自修课辅导为辅，作业，课外作业，讨论课，习题课。
4、前导课程
高等数学、物理、物理化学、工厂认识实习
5、使用教材
《化工原理（下册）第2版》，夏清，贾绍义主编，天津大学出版社
6、主要参考书
[1]王之魁编，化工原理（第三版）,化学工业出版社,2004.
[2]丁忠伟主编，化工原理学习指导——疑难解析例题详解习题精选，化学工业出版社，2006
[3]何潮洪，窦梅，钱栋英编著，化工原理操作型问题的分析，化学工业出版社，1998
[4]柴诚敬等编，化工原理课程学习指导，天津大学出版社，2003.
[5]陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编．化工原理．上册．第二版．北京：
化学工业出版社，1999
[6]陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编．化工原理．下册．第二版．北京：
化学工业出版社，1999
[7]蒋维钧，戴猷元，顾惠君编．化工原理．上册．北京：
清华大学出版社，1992
[8]蒋维钧，雷良恒，刘茂林编．化工原理．下册．北京：
清华大学出版社，1993
[9]化学工程基础学习指引和习题解答,林爱光,清华大学出版社,2003.
[10]谭天恩，麦本熙，丁惠华编著．化工原理．上册．第二版．北京：
化学工业出版社，1990
[11]谭天恩，麦本熙，丁惠华编著．化工原理．下册.第二版．北京：
化学工业出版社，1998
[12]大连理工大学化工原理教研室．化工原理．上册．大连：
大连理工大学出版社，1993
[13]大连理工大学化工原理教研室．化工原理．下册．大连：
大连理工大学出版社，1993
[14]化工原理详解与应用,丛德滋等编,华东理工,化学工业出版社,2002.
[15]McCabeWL,SmithJC．UnitOperationofChemicalEngineering.NewYork:
：
McGraw-Hill，Inc．，1973
[16]GeankoplisCJ．TransportProcessesandUnitOperation2ndEd,AllynandBacon，Inc．，1983
7、考核方式
考试课，成绩评定：
作业10％＋平时20％＋期终70％
二、课程内容
1、课程概要
化工原理主要是研究各种化工单元操作共性的课程，在高等学校化工系的教学计划中起到为自然学科与应用学科搭桥的作用。
它主要研究各单元操作的基本原理、所用典型设备的结构、设备工艺尺寸的计算和设备选型。
2、教学安排
课程目标
包括对学生思想品德和知识能力两方面的培养。
思想品德方面：
1、通过课堂教学、习题课、讨论课、课外作业以及化学工程实验、课程设计（另见有关教学大纲）的系统训练，培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风。
2、通过本课程学习，使学生了解我国化工专业的发展及其与发达国家间的差距，激发学生热爱祖国化工事业并为之献身的精神、树立正确的学习态度。
知识与能力方面：
1、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，包括对化工生产中流体流动与传热过程进行工程计算的能力、正确运用工程图表的能力和运用技术经济观点分析、解决工程实际问题的能力。
2、通过本课程方法论的学习，如数学模型方法、实验研究方法、微元分析方法、物料（热量）衡算方法、量纲分析方法、试差计算方法和图解计算方法等，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。
3、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。
课程内容及基本要求
第一章蒸馏
第一节概述
蒸馏分离的原理；过程的经济性；蒸馏操作在化工生产中的应用。
第二节二元物系的气液相平衡
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；相对挥发及应用。
第三节简单蒸馏与平衡蒸馏
简单蒸馏；平衡蒸馏；简单蒸馏与平衡蒸馏比较。
第四节精馏原理和流程
精馏原理；工业连续精馏装置；
第五节双组分连续精馏的计算
理论板概念与衡摩尔流假设；全塔物料衡算；精馏段与提留段的操作线方程；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；理论塔板数计算；最小回流比确定；回流比影响及选择；理论板数捷算法；塔高和塔径的计算；连续精馏装置的热量衡算；精馏塔的操作和调节。
第六节间歇精馏
间歇精馏特点；恒回流比操作与恒馏出液组成操作。
第七节恒沸精馏和萃取精馏
恒沸精馏原理及应用；萃取精馏原理及应用。
第八节多组分精馏
本章重点及难点：
两组分溶液的气液平衡、两组分连续精馏的有关计算。
基本要求
1、掌握的内容
（1）双组分理想溶液的汽液平衡：
拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、气液相平衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平衡方程及应用
（2）精馏分离的过程原理及分析。
（3）精馏塔物料衡算与操作线求作，操作线方程及q线方程的物理意义、图示及应用。
（4）双组分连续精馏塔计算及操作分析：
恒摩尔流假设、理论板数确定、塔内气液两相摩尔流率、最小回流比计算、回流比影响及选择、加料热状况影响及选择、实际塔板数确定，塔效与单板效率的定义及计算。
2、熟悉的内容
（1）平衡蒸馏和简单蒸馏的特点及计算。
（2）精馏装置的热量衡算。
（3）理论板数捷算法（Fenske方程和Gilliland关联图）。
3、了解的内容
（1）非理想溶液汽液平衡。
（2）间歇精馏特点及应用。
（3）恒沸精馏、萃取精馏特点及应用。
（4）多组分精馏。
第二章吸收
概述
吸收原理；吸收目的；吸收过程的工业实施；吸收剂选择；吸收过程分类。
第一节气——液相平衡
气液相平衡概念；气体在液体中的溶解度；气液相平衡曲线；亨利定律；温度、压力对相平衡的影响。
第二节传质机理与吸收速率
分子扩散与费克定律；扩散系数及其影响因素；气体在液体中的一维稳态分子扩散；涡流扩散与对流传质；相内传质速率方程于传质分系数；相际传质与双膜理论；总传质速率方程与总传质系数。
第三节吸收塔的计算
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；传质单元数计算；填料层高度确定；理论板层数的计算；填料吸收塔计算与分析；解析塔计算。
第四节吸收系数
第五节脱吸及其它条件下的吸收
本章重点及难点：
气液相平衡、传质机理与吸收速率、吸收塔的计算
基本要求
1、掌握的内容
（1）气体在液体中的溶解度，亨利定律表达式及相互关系；相平衡与吸收、解析的关系。
（2）分子扩散与费克定律；扩散系数及影响因素；等分子相互扩散与单项扩散计算。
（3）对流传质概念；双膜论要点；总传质速率方程表达式；总传质系数与传质分系数关系；气膜控制与液膜控制。
（4）吸收塔操作线方程的推导、物理意义、图示方法及其应用，最小液气比概念与吸收剂用量确定。
（5）填料层高度计算，传质单元高度与传质单元数的定义及物理意义，传质单元数计算（平均推动力法、吸收因数法）。
（6）吸收塔操作分析及设计型计算。
2、熟悉的内容
（1）吸收剂选择原则。
（2）吸收与解析的比较。
3、了解的内容
（1）吸收基本方程式推导。
第三章蒸馏和吸收塔设备
概述
气液传质过程对塔设备的一般要求；塔设备设计意图；塔设备类型及特点。
第一节板式塔
板式塔结构；塔板主要类型及特点；塔板区域划分；塔板流体力学性能和不正常操作状况；塔板效率
第二节填料塔
填料塔结构及附件；填料特性；常用填料类型及发展；填料塔的流体力学特性。
本章重点及难点：
评价塔设备性能好坏的指标、板式塔的流体力学性能、塔板效率。
基本要求
1、掌握的内容
（1）工业上评价塔设备性能好坏的指标。
（2）板式塔和填料塔的典型结构、性能、特征和选用原则。
2、熟悉的内容
常用塔板和填料的类型、特点及使用场合。
第四章液—液萃取
第一节三元体系的液—液相平衡与萃取操作原理
组成在三角形相图上的表示方法；液—液相平衡关系在三角形相图上的表示；萃取过程在三角形相图上的表示；萃取剂的选择。
第二节萃取过程的计算
单级萃取的计算；多级错流接触萃取的计算；多级逆流接触萃取的计算；微分接触逆流萃取；带回流的逆流萃取。
第三节液—液萃取设备
本章重点及难点：
三元体系的液—液相平衡与萃取操作原理、萃取过程的计算
基本要求
1、掌握的内容
（1）液—液相平衡关系在三角形相图上的表示；萃取过程在三角形相图上的表示；萃取剂的选择。
（2）单级萃取的计算；多级错流接触萃取的计算；多级逆流接触萃取的计算。
2、熟悉的内容
（1）组成在三角形相图上的表示方法；液—液相平衡关系在三角形相图上的表示。
（2）微分接触逆流萃取；带回流的逆流萃取。
（3）液—液萃取设备的类型及选择。
第五章干燥
概述
干燥过程的特征；干燥过程的分类及应用；典型的工业干燥过程与设备。
第一节湿空气的性质及湿度图
湿空气的状态参数及计算；空气湿度图及其应用。
第二节干燥过程的物料衡算和热量衡算
湿物料中含水量的表示方法；干燥过程的物料衡算；干燥系统的热量衡算；空气通过干燥器时的状态变化。
第三节固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
物料中水分的性质；恒定干燥条件下的干燥速率
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