《化工基础及实验》教学大纲.docx
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《化工基础及实验》教学大纲
《化工基础及实验》教学大纲
本门课程的教学目标和要求：
化工基础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专业基础课。
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，以及几个典型的化学生产工艺。
通过本门课程学习，培养学生应用已学过的基础理论解决工程实际问题的能力，要求了解当今化学工业概貌及其发展方向；掌握化工过程的基本原理，典型工艺过程的方法、原理、流程、及工艺条件；了解化工生产中的设备材质、安全生产、三废治理等问题。
以便在生产与开发研究工作中开拓思路，触类旁通，灵活运用，不断开发应用新技术、新工艺、新产品和新设备，降低生产过程中的原料与能源消耗，提高经济效益，更好地满足社会需要。
教学重点与难点：
化工基础包括两部分内容：
化学工程和化学工艺。
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．化学反应工程——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。
化学工艺的主要内容是选择典型的和在国民经济中具有重要意义的化工产品，按照化学工艺学的体系，着重讲授其生产原理、工艺流程、最适宜操作条件及主要设备机械等。
1．硫酸工业
二氧化硫催化氧化的热力学和动力学，最佳工艺条件的选取。
2．合成氨工业
氨合成反应的热力学和动力学分析，最佳工艺条件，合成反应的设备和流程。
3．氯碱工业
电解食盐水溶液的工艺流程。
4．石油化学工业
石油炼制和加工的主要方法：
常减压蒸馏、催化裂化、裂解、重整
教学对象：
工业分析与检验专业
教学方式：
课堂讲授，多媒体。
教学时数：
70学时，化工见习1周。
教材：
《化学工艺学》（第二版），崔恩选主编，高等教育出版社
教学的具体内容及学时分配：
绪论（2学时）
一、课程内容
二、化学工业的分类
三、化学工程中的一些基本概念
四、物理量的单位与量纲
第一章流体流动（15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，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）
课堂讲授13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、理想流体与实际流体
第二节流体静力学（2.5学时）
一、流体的压力
二、流体的密度
三、流体静力学基本方程
四、流体静力学基本方程式的应用
第三节流体稳态流动时的物料衡算和能量衡算（3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
第四节实际流体的流动与阻力计算（4学时）
一、流体的粘度
二、流体流动类型与雷诺准数
三、实际流体流动过程的阻力计算
第五节流体输送机械（3学时）
一、液体输送机械——泵
一、气体的输送与压缩机械
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33页2题，补充1、2题
2.流体动力学部分教科书第33页3、4、5、6、7、8题
第二章传热过程（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、对流传热的基本原理和基本概念，掌握传热过程的计算，并能进行简单的列管换热器的设计计算。
教学重点和难点：
传热过程的计算。
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、工业上的换热方法
三、稳态传热和非稳态传热
四、热量传递的基本方式
第二节传导传热（2学时）
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、对流传热分析
二、对流传热方程——牛顿冷却定律
三、对流传热系数
第四节热交换的计算（3学时）
一、总传热速率方程
二、热量衡算
三、传热平均温度差
四、总传热系数
第五节强化传热过程的途径（1学时）
一、增大传热面积
二、增大传热平均温度差
三、提高传热系数
第六节热交换器（1学时）
一、换热器的种类及主要类型
二、列管式换热器
讨论和习题课（2学时）
复习与思考题:
教科书第57-58页
1.导热第1、2、3题
2.对流传热5、6、题
3.平均温度差7、8题
4.传热面积和传热系数9、10题
第三章吸收（15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12学时，讨论和习题课3学时。
第一节概述（1学时）
一、吸收及其在化工生产过程中的应用
二、吸收操作的类型
三、吸收方法和流程简述
第二节吸收的相平衡（3）
一、吸收的相平衡和气体的溶解度
二、相组成的表示方法及其换算
第三节吸收速率（2学时）
一、两相间传质的双膜理论
二、总传质速率方程
第四节强化吸收的途径（1学时）
一、提高吸收传质系数
二、增大吸收推动力
三、增大吸收推动力
第五节典型吸收设备（1学时）
一、吸收设备的主要类型
二、典型吸收设备性能比较
三、填料吸收塔
第六节填料吸收塔的计算（4学时）
一、吸收塔的物料衡算与操作线方程
二、吸收剂的用量
三、填料塔直径的计算
四、吸收推动力的计算
五、填料高度的计算
讨论和习题课（3学时）
复习与思考题:
教科书第84-85页
1．相平衡与亨利定律1、2、3、4题，补充2题
2．吸收操作5题，补充2题
3．填料塔计算6、7、8、题，补充2题
第四章蒸馏（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）
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：
109-110页：
1.相平衡部分第1、2题
2.物料衡算第3、4题
3.操作线方程第5、6、7题
4.理论板计算第8、9题
第五章化学反应工程学基本原理（6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）
课堂讲授4学时，讨论和习题课2学时。
第一节概述（0.5学时）
一、化学反应器与化学反应工程学
二、化学反应器的分类
三、流体在反应器内的流动
四、反应器的物料衡算
第二节间歇操作反应釜（1学时）
一、反应时间的计算
二、反应釜实际体积的计算
三、间歇操作反应釜的特点及应用
四、
第三节管式反应器（1学时）
一、恒容过程管式反应器体积的计算
二、空间时间与空间速度
三、管式反应器的特点
第四节连续操作反应釜（1学时）
一、连续操作反应釜的体积
二、连续操作反应釜的特点
三、多级串连反应釜
第五节均相反应器的性能比较与选择（0.5学时）
一、简单反应的反应器体积
二、复杂反应的操作条件与反应器的型式
三、反应器型式的选择
讨论和习题课（2学时）
复习与思考题:
教科书第135-136页
1．间歇操作反应釜1、2、3、4题
4．管式反应器5、6题
5．连续操作反应釜10、11题
第六章硫酸工业（6学时）
教学目标和要求:
研究硫酸工业生产的原料特点、生产原理、生产方法、工艺流程、最适宜操作条件及使用的化工设备，硫酸生产中的节能和环保问题。
教学重点和难点：
掌握二氧化硫的制备，催化氧化和三氧化硫的吸收等的生产原理和工艺条件。
教学方式：
（课堂讲授×学时）
课堂讲授6学时
第一节概述（0.5学时）
一、硫酸工业在国民经济中的重要地位
二、硫酸工业发展史
三、我国的硫酸工业
第二节生产硫酸的原料和原则流程（0.5学时）
一、硫铁矿为原料生产硫酸
二、硫磺为原料生产硫酸
五、
第三节二氧化硫炉气的制备（1学时）
一、硫铁矿焙烧的反应原理和操作条件
二、沸腾焙烧炉的构造和操作原理
第四节炉气的净化和干燥（1学时）
一、炉气净化的目的和净化原理
二、炉气净化流程和设备
三、二氧化硫炉气的干燥
第五节二氧化硫的催化氧化（2学时）
一、化学平衡和化学转化率
二、催化剂和二氧化硫催化氧化反应速率
三、最佳工艺条件
四、工艺流程和设备
第六节三氧化硫的吸收（0.5学时）
一、三氧化硫的吸收原理和操作条件
二、三氧化硫的吸收工艺流程和设备
第七节接触法生产硫酸的全流程（0.5学时）
第八节硫酸生产中的技术经济问题（选讲1学时）
一、技术经济指标
二、热能的回收利用
三、三废治理和环境保护
复习题
教科书第162页
4、5、7、8、9、12、13题
第七章合成氨工业（8学时）
教学目标和要求:
全面了解使用固体、气体和液体燃料制备合成氨原料气的各种方法；了解原料气净化的主要方法及其适用范围，以及高温高压下合成氨的基本原理。
教学重点和难点：
重点为流程的基本组成；工艺条件的分析；平衡组成的计算；各种净化方法的特点及适用性。
难点为系统物料衡算；大型氨厂能量的综合利用。
教学方式：
（课堂讲授×学时）课堂讲授8学时。
第一节概述（0.5学时）
一、氨在国民经济中的作用及发展概况
二、生产方法简介
第二节氨合成反应的热力学基础（1学时）
一、化学平衡
二、平衡氨含量
三、影响平衡氨含量的因素
六、
第三节氨合成反应的动力学基础（1学时）
一、催化剂
二、反应机理和动力学方程
三、影响反应速率的因素
第四节氨的生产（4学时）
一、氨的合成
二、氢氮原料气的生产
三、一氧化碳变换
四、气体的净化和精制
第五节氨加工（1.5学时）
一、碳酸氢铵的生产
二、硝酸
三、尿素生产简介
复习题
教科书第162页1、3、4、7、9、12、14题
第八章氯碱工业（4学时）
教学目标和要求:
了解氯碱工业的生产方法，掌握电解食盐水法生产氯碱的工艺流程
教学重点和难点：
电解食盐水的理论基础，隔膜法电解食盐水溶液的工艺流程
教学方式：
（课堂讲授×学时）课堂讲授4学时
第一节我国氯碱工业发展概况（0.5学时）
第二节电解食盐水溶液的理论基础（1学时）
一、电解过程的主反应和副反应
二、理论分解电压和槽电压
三、电流效率和电能消耗的计算
七、
第三节食盐水溶液电解法及其进展（1学时）
一、石墨阳极隔膜法
二、金属阳极隔膜法
三、水银法
四、离子交换膜法
第四节隔膜法电解食盐水溶液的工艺流程（1学时）
一、食盐水的制备和净化
二、食盐水溶液的电解
第五节稀碱液的蒸发（0.5学时）
一、稀碱液蒸发的目的和作用
二、碱液的蒸发流程
三、主要设备
第六节液氯和合成盐酸（选讲，1学时）
一、液氯
二、合成盐酸
复习题
教科书第222页1、3、4、6、7、8题
第九章石油化工工业（4学时）
教学目标和要求:
熟悉石油炼制过程及产品与化工过程的关系；掌握常减压蒸馏工艺过程及操作条件，原油蒸馏馏分分布及其用途。
掌握催化裂化主要反应及反应机理，工艺参数对催化裂化过程的影响。
熟悉催化重整主要反应机理，掌握催化重整典型工艺及其工艺参数的选择；了解常用的芳烃溶剂抽提方法及对溶剂的要求。
教学重点和难点：
常减压蒸馏工艺过程及操作条件；原油蒸馏馏分分布及其用途；蒸馏塔的主要结构；催化裂化主要反应反应、工艺流程及其工艺参数；催化重整主要反应；催化重整典型工艺及其工艺参数的选择；催化重整反应器的主要结构。
教学方式：
（课堂讲授×学时）课堂讲授4学时。
第一节概述（0.5学时）
一、石油化工在国民经济中的作用
二、原油的组成、分类及性质
三、石油化工生产体系
第二节石油炼制（0.5学时）
一、炼制方案
二、常减压蒸馏
三、催化裂化
八、
第三节裂解（1学时）
一、裂解反应
二、裂解工艺条件
三、裂解炉与裂解工艺流程
四、裂解气的净化和深冷分离
第四节重整与萃取分离（1学时）
一、重整反应
二、催化剂与工艺条件
三、重整流程
四、萃取分离
第五节氯乙烯的合成（1学时）
一、氧氯化法合成氯乙烯的主要反应
二、氧氯化法合成氯乙烯的主要生产过程
复习题
教科书第162页2、3、4、5、6、9题
化工基础实验（16学时）
实验一离心泵性能测定实验
实验二传热综合实验
实验三填料吸收塔实验
实验四精馏试验
参考文献：
1上海师范大学，福建师范大学，化工基础，高等教育出版社，2001年
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武汉大学，化学工程基础，高等教育出版社，2001年
6王定锦，化学工程基础，高等教育出版社，1992
7贾绍义等，化工原理及实验，高等教育出版社，2004
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