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《化工原理》课程教学大纲

一、课程基本信息

课程代码：

260353

课程名称：

《化工原理》

英文名称：

PrinciplesofChemicalEngineering

课程类别：

专业基础课

学时：

90学时，化工原理（上册）40，化工原理（下册）40，实验10

学　　分：

4个

适用对象：

环境工程专业

考核方式：

期末考试成绩（占70%）加平时成绩（占30%），其中期末考试为闭卷考试，平时成绩包括考勤，作业、实验和平时测验等。

先修课程：

数学、物理、化学、物理化学

二、课程简介

中文简介：

化工原理课程属化学工程技术科学学科，是理论性和实践性都很强的学科，是环境工程专业必修的一门专业基础课程。

本课程的总学时为90学时，其中80学时为课堂教学，而10个学时为实践教学。

其中课堂教学章节和实验教学内容都是按环境工程专业的专业特点而设定的，而与环境工程专业关系不为紧密的则建议自学。

英文简介：

Chemicalengineeringisatechnologyofchemicalengineeringsubdiscipline.Thiscoursespecializeinstrongtheory,practiceandisacompulsorycoursestoenvironmentalengineeringspecialty.Thetotalperiodis90,including80periodclassroomteaachingand10periodpracticeteaching.Thecontentofthiscourseisarrangedaccordingtothecharacteristicsofenvironmentalengineering.Itissuggestedthatthosecontentthathaslittlerelationwithenvironmentalengineeringshouldbeself-studied.

三、课程性质与教学目的

（一）课程性质

《化工原理》是环境工程专业一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。

化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基本过程，其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程，包括流体流动过程、传热过程和传质过程。

（二）教学目的

化工原理课程的目的是使学生获得常见化工单元操作过程及设备的基础知识、基本理论和基本计算能力，并受到必要的基本操作技能训练。

为学生学习后续专业课程和将来从事工程技术工作，实施常规工艺、常规管理和常规业务打好基础。

具体目的如下：

1）能正确理解各单元操作的基本原理；了解典型设备的构造、性能和操作原理，并具有设备选型及校核的基本知识。

2）熟悉主要单元操作过程及设备的基本计算方法；掌握基本计算公式的物理意义、应用方法和适用范围；具有查阅和使用常用工程计算图表、手册、资料的能力。

3）熟悉常见化工单元操作要领。

4）具有选择适宜操作条件、探索强化过程途径和提高设备效能的初步能力；具有运用工程技术观点分析和解决化工单元操作一般问题的初步能力。

四、教学内容及要求

第一章绪论（1学时）

（一）教学内容

1.化工过程与单元操作的关系，化工生产过程的特点，化工工艺学与化

学工程学的性质，单元操作的任务；

2.《化工原理》课程的性质、内容，基础理论，典型单元操作，相关课程；

3.《化工原理》课程规律和重要基础概念，物料衡算，能量衡算，单位换

算和公式转换，平衡关系，过程速率，经济效益。

（二）基本要求

了解《化工原理》课程的性质和学习要求。

（三）重点

化工原理课程中三大单元操作的分类和过程速率的重要概念的内涵。

（四）难点

使学生通过对课程性质的了解，把基础课程的学习思维逐步转移到对专业

技术课程的学习上，在经济效益观点的指导下建立起"工程"观念。

了解本课程的

性质、任务、研究对象和研究方法。

本课程与本专业其他有关课程的关系。

第二章流体流动（18学时）

（一）学习目的与基本要求

1.理解流体的主要物性数据求取及不同单位之间的换算。

2.了解流体流动的连续性、稳定性和两种流动类型及判别。

3.掌握流体力学方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用。

4.掌握流体在管道中流动中流动阻力的计算方法，流体适宜流速的选择及

管道直径的确定。

5.了解管道的构成，管件，阀门的作用及简单管路和复杂管路的计算要求。

6.掌握管路中流体的压力、流速和流量的测定原理及方法。

皮托管、孔板流量计和转子流量计的测量原理，简单结构和性能。

（二）教学内容

第1.1节　流体的重要性质（1.5学时）

1.1.1　连续介质的假定

1.1.2　流体的密度

1.1.3　流体的可压缩性与不可压缩流体

流体的可压缩性，不可压缩流体。

1.1.4　流体的黏性

牛顿粘性定律，流体的黏度，理想流体与黏性流体。

第1.2节　流体静力学（2.5学时）

1.2.1　流体的受力

体积力，表面力。

1.2.2　静止液体的压力特性

压强的单位及其换算、压强的表示方式。

1.2.3　流体静力学方程

推导过程、使用条件、物理意义和例题。

1.2.4　液体静力学基本方程的应用

压力与压力差的测量（U管压差计、双液U管微压差计），液位的测量，液封高度的计算。

第1.3节　液体流动的概述（1学时）

1.3.1　流动体系的分类

定态流动与非定态流动，一维与多维流动，绕流与封闭管道内的流动。

1.3.2　流量与平均流速

1.3.3　流动型态与雷诺准数

雷诺准数，流型划分，当量直径与水利半径。

第1.4节　流体流动的基本方程（3.5学时）

1.4.1　总质量衡算——连续性方程

1.4.2　总能量衡算方程

流体系统的总能量衡算方程，流体系统的机械能衡算方程——柏努力方程，对伯努利方程的讨论。

1.4.3　机械能衡算方程的应用

第1.5节　动量传递现象（2学时）

1.5.1　层流――分子的动量传递

1.5.2　涡流特征与涡流传递

湍流的特点与表征，雷诺应力与涡流传递

1.5.3　边界层与边界层分离现象

边界层的形成与发展，边界层的分离与形体阻力。

1.5.4　动量传递小结

第1.6节　流体在管内流动的阻力（3.5学时）

1.6.1　管流阻力计算的通式

压力降――管流阻力的表现，直管摩擦力与范宁公式。

1.6.2　管内层流的摩擦阻力

1.6.3　管内湍流的摩擦阻力与量纲分析

量纲分析，管内湍流的摩擦阻力。

1.6.4　非圆形管的摩擦阻力

层流阻力，湍流阻力。

1.6.5　管道上的局部阻力

阻力系数法，当量长度法。

管道阻力的计算小结。

第1.7节　流体输送管路的计算（1学时）

管路布置中应注意的主要事项。

1.7.1　简单管路

1.7.2　复杂管路

并联管路，分支管路的计算。

1.7.3　可压缩流体管路的计算

第1.8节　流量的测量（0.5学时）

测速管，孔板流量计，文丘里流时计及转子流量计的构造，原理及应用。

流量计的选型，安装及使用。

1.9　非牛顿型流体的流动（0.5学时）

1.9.1　非牛顿流体的流动特性

假塑性流体，胀塑性流体，宾汉塑性流体。

1.9.2　幂律流体在管内流动的阻力

管内层流的阻力，管内湍流的阻力。

习题课（2学时）

（三）实践环节与课后练习

本章节设置一个实验，既《流体流动阻力的测定实验》，实验为3个学时。

另外，还要安排课后作业10题。

（四）教学方法与手段

本章节的主要教学手段是多媒体教学，通过电子图片来讲不同流体输送系统的流体力学特点。

第三章非均相物系的分离（6学时）

（一）学习目的与基本要求

1.了解重力沉降和离心沉降的基本原理，沉降速度基本计算方法及沉降定，旋风分离器的主要性能。

2.掌握过滤操作的基本概念，过滤和过滤速率，恒压过滤，恒速过滤，掌

握恒压过滤常数的计算方法和测定方法。

（二）教学内容

概念：

气态非均相物系与液态非均相物系。

非均相物系分离在化工生产中的应用。

第3.1节　沉降分离原理及设备（2学时）

3.1.1　颗粒相对于流体的运动

颗粒的特性，球形颗粒的自由沉降，阻力系数，影响沉降速度的因素。

3.1.2　重力沉降

自由沉降时沉降速度的计算，重力沉降设备。

3.1.3　离心沉降

离心力沉降速度及分离因素，离心沉降设备（旋风分离器和旋液分离器。

（重点，1学时）

第3.2节　过滤分离原理及设备（3学时）

3.2.1　流体通过固体颗粒床层的流动

固体颗粒群的特点，固体颗粒层的特征，流体通过固体颗粒床层的压力降。

3.2.2　过滤操作的基本原理

过滤方式，过滤介质，滤饼的压缩性和助滤剂。

3.2.3　过滤的基本方程

滤液通过滤饼的流动，过滤速度与滤液流速，滤饼阻力，过滤介质的阻力，过滤基本方程。

3.2.4　恒压过滤

3.2.5　恒速过滤与先恒压后恒速的过滤

3.2.6　过滤常数的测定

恒压下K，V，（qe）的测定，压缩性指数s的测定。

3.2.7　过滤设备

板框压滤机，加压叶滤机，转筒真空过滤机，过滤式离心机。

3.2.8　滤饼的洗涤

3.2.9　过滤机的生产能力

间歇过滤机的生产能力，连续过滤机的生产能力。

第3.3节　离心机（0.5学时）

3.3.1　一般概念

3.3.2　离心机的结构与操作简介

三足式离心机，卧式刮刀卸料离心机，活塞推料离心机，管式高速离心机。

第3.4节　固体流态化（0.5学时）

3.4.1　流态化的基本概念

流态化现象，两种不同流化形式，流化床的主要特点。

3.4.2　流化床的流体力学特性

流化床的压降，流化床的不正常现象，流化床的操作范围。

3.4.3　流化床的浓相区高度与分离高度

浓相区高度，分离高度。

3.4.4　气力输送简介

概述，稀相输送，密相输送。

（三）实践环节与课后练习

本章节设置一个实验，既《过滤常数的测定实验》，实验为3个学时。

另外，还要安排课后作业5题。

（四）教学方法与手段

本章节的主要教学手段是多媒体教学，通过电子图片来讲解不同混合物分离单元的结构特点、原理和设计参数，并将各种分离设备与环境工程的实际应用结构起来。

第四章　液体搅拌（4学时）

（一）学习目的与基本要求

通过本章学习，掌握常用典型搅拌器的性能，以便根据搅拌目的、物料特性和工艺对混合指标的要求，选择适宜结构形式的搅拌装置，并确定最佳的操作条件（如转速、功率）。

1.重点掌握几种常用搅拌器的结构、性能（主要指流动场）、混合机理

及功率估算；掌握提高搅拌槽内液体湍流程度的措施。

2.初步建立设备或装置放大的概念，了解工程放大的原则和方法。

（二）教学内容

第4.1节　搅拌机的性能和混合机理（1学时）

4.1.1　搅拌设备

搅拌设备的基本结构，机械搅拌器的类型，搅拌器的性能。

4.1.2　搅拌作用下的流体流动

搅拌设备内的基本流型，流体的流动状态，搅拌槽内液体的循环量和压头，增强搅拌槽内液体湍动的措施。

4.1.3　混合机理

均相液体的混合机理，非均相物系的混合机理。

4.1.4　其他类型混合器

管道搅拌器，非回转液体混合器。

4.1.5　搅拌器的选型和发展趋势

搅拌器的选型，搅拌器的发展趋势。

第4.2节　搅拌功率（2.5学时）

4.2.1　搅拌功率的准数关联式

影响搅拌功率的因素，搅拌功率的准数关联式。

4.2.2　均相系统搅拌功率的计算

全挡板条件下搅拌功率的计算，无挡板条件下搅拌功率的计算，关于搅拌功率的讨