化工原理实施教学大纲.docx
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化工原理实施教学大纲
《化工原理》实施教学大纲
前言
《化工原理》课程是研究化工生产过程中常用物理单元操作理论及典型设备的课程。
是化工类专业的一门重要的技术基础课程，在化工行业素有“万金油”之美称。
通过学习本课程可使学生对相关化工单元操作的有关基本理论及典型设备有较为全面的掌握，培养学生的工程观念。
为保证本课程的教学，现根据工科化工类专业的特点及培养目标，本着理论够用为度、强化实践技能培养的原则，特制定本教学大纲，望各位任课老师参照执行。
一、本课程的性质与任务
本课程是化工类专业继高等数学、物理化学、工程力学、化工制图等课程的后续课程，是化工类专业的一门极为重要的技术基础课程。
可起到基础课程与专业课程间的桥梁作用，也就是我们通常所说的“平台课程”。
本课程是研究化工单元操作的课程；是直接服务于化工生产第一线的课程。
该课程强调工程观念、经济观念、定量运算化工过程及设备的工艺尺寸；强调实际技能的训练，强调理论与实践相结合、提高分析问题、解决问题的能力。
培养学生对单元操作设备的操作与调控能力、标准设备的选型设计能力、生产运营管理能力、系统优化及新产品开发能力。
由于单元操作是在特定的机器或设备进行的，且设备在技术上的先进程度，对这些单元操作能否有效进行的影响极大。
研究相关单元操作的基本原理和规律，熟悉实现这些操作的设备结构、工作原理、操作方法、主要性能和有关技术问题，并掌握一定的运算能力、选型及设计能力，以便于学生在工程实践中能运用这些知识去分析和解决实际问题，使各项操作在最优化条件下进行，并创造较好的经济效益，这是我们学习本课程的目的与任务。
二、教学基本要求
通过本课程的教学，学生应达到下列基本要求：
1、熟悉常见单元操作设备的构造、工作原理；
2、掌握常见单元操作设备的操作、安装及调试方法；
3、具备常见单元操作的工艺计算能力；
4、了解、掌握常见单元操作设备的选型设计方法；
5、了解、掌握过程强化及节能的基本原理和基本方法；
6、具备单元操作流程的规划、管理能力；
7、具备综合所学知识进行单元操作系统技改的能力。
三、教学容的设置原则
为体现工科学校的教学特点，强化对学生的应用技能培养，实施目标教学，使学生毕业后能迅速适应工作岗位的要求，在教学容安排上一是要充分贯彻“三实精神”（即实践、实际、实用），本着理论够用为度的原则，力求深入浅出，加大应用知识比重；二是要力求从我国的国情出发，着重介绍当前化工生产过程中常用单元操作设备，并注意新知识点的契入，介绍国外单元操作的先进技术及设备。
四、教学容（160学时）
绪论（讲授4学时）
1、本课程的起源与发展；
2、本课程的性质与任务；
3、基本概念
（1）稳定系统与不稳定系统（系统分类、稳定系统的特性—连续性、质量守恒、能量守恒）
（2）过程平衡与过程速率
（3）经验关联式（实验关联方法、对数坐标系、特征数与因次）
第一章流体力学（24学时）
第一节流体的基本物性（讲授4学时）
1、流体的密度、质量体积与比重（定义、换算关系、计算方法）
2、流体的静压强（定义、特性、计量与测量方法）
3、流量与流速（体积流量与质量流量、体积流速与质量流速、换算关系）
4、流体的粘度（牛顿粘性定律、粘度及粘度计算）
第二节流体静力学（讲授4学时）
1、流体静力学基本方程式（静力学方程的推导、讨论）
2、静力学基本方程式的应用
（1）系统压强差或表压强的测量—液柱压差计（液柱压差计的特点与适用围、正U形管压差计、倒U形管压差计、双液柱微差计、单管压差计及斜管压差计）
（2）液位的测量（近程测量、远程测量）
（3）液封高度的计算（液封的作用与分类、液封计算）
第三节柏努利方程式及其应用（讲授4学时）
1、稳定流动系统中的能量类型
2、柏努利方程及其讨论（方程式的推导、讨论）
3、柏努利方程的应用
（1）计算截面与基准面的选择原则
（2）应用示例（高位槽供液系统及计算、确定流体输送设备的有效功率、确定送液系统的气体压强、系统流量的测量）
第四节管流过程（讲授2学时）
1、流体阻力的表现及形成原因
2、流体的流动型态及判定（流动型态划分、雷诺数与流动型态判定）
3、流动边界层概念（定义、形成与发展、分离）
第五节管网基础（讲授2学时）
1、管网的分类
2、管网的基本构成（管材、管件与阀门）
3、流速与管规格选择
4、管网运行
第六节管流系统的阻力损失计算（讲授4学时）
1、直管阻力损失计算（计算通式的推导、摩擦因数及其确定）
2、局部阻力损失计算（当量长度法、阻力系数法）
3、系统阻力损失计算
第七节管路计算（讲授2学时）
1、简单管路计算（解决问题的类型、试差法、系统流量估算、配管计算）
2、复杂管路计算原则（并联管路、分支管路）
第八节流量测量（讲授2学时）
1、测速管（构造与装配、测量基本原理）
2、孔板流量计（构造与装配、测量基本原理、选用与校核）
3、文氏流量计（构造与装配、测量原理）
4、转子流量计（构造与装配、测量原理、校核方法）
第二章流体输送（14学时）
第一节离心泵（讲授8学时）
1、离心泵的构造与工作原理
（1）离心泵的主要构造与工作原理（泵体、叶轮、工作原理）
（2）离心泵的配套构造（轴封装置、平衡装置）
2、离心泵的性能
（1）离心泵的主要性能
（2）离心泵的特性曲线（特性曲线及其讨论、应用）
3、离心泵的吸上高度
（1）离心泵的吸上高度
（2）极限吸上高度与气蚀现象
（3）离心泵吸上高度的确定方法（允许气蚀余量法）
4、离心泵的型号与选用
5、离心泵的操作与调节
（1）离心泵的操作步骤
（2）离心泵的工作点及调节（工作点的确定、调节方法）
（3）离心泵的串、并联操作（串联、并联、组合操作选择）
第二节其它生产用泵（讲授2学时）
1、往复泵
（1）往复泵的构造与工作原理（主要构造、工作原理、空气室）
（2）往复泵的性能
（3）正位移系统的流量调节方法
（4）比例泵（构造、工作原理）
2、旋液泵（构造、工作原理、性能）
3、轴流泵（构造、工作原理、性能）
4、混流泵（构造、工作原理、性能、型号与选用）
5、各类生产用泵的性能比较
第三节气体输送设备（讲授4学时）
1、离心式通风机、鼓风机、压缩机（构造、性能及选用）
2、萝次鼓风机（构造与工作原理、性能及选用）
3、液环压缩机（构造、工作原理及选用）
4、往复式压缩机（构造、工作原理、分类、配套设置、性能、多级压缩及流程）
5、气体输送设备的性能比较
第三章非均相系统的分离（16学时）
第一节重力沉降（讲授4学时）
1、自由沉降与自由沉降速度
（1）自由沉降
（2）自由沉降速度
（3）阻力系数
2、重力沉降设备及计算
（1）基本要求（分离效率、生产能力、停留时间）
（2）降尘室（降尘气道、浅层沉淀原理、多层隔板式降尘室）
（3）沉淀池（平流式、辐射流式、斜板式沉淀池）
第二节离心沉降（讲授4学时）
1、离心沉降与离心沉降速度
（1）离心沉降
（2）离心沉降速度与分离因数
2、离心沉降设备及计算
（1）旋风分离器（构造与操作原理、分离性能、型号与选用）
（2）旋流澄清器（构造、操作原理、分离性能及适用围）
（3）离心机（构造、分类、操作原理、性能及适用围）
第二节过滤（讲授6学时）
1、基本概念（过滤的定义、基本原理、分类及相关名词术语）
2、过滤速率与过滤速率方程
3、恒压过滤（恒压过滤方程、恒压过滤计算）
4、过滤设备
（1）袋滤器（构造、工作原理及流程）
（2）转鼓真空过滤机（构造、工作原理及流程、工艺计算）
（3）快滤池（构造、工作原理及流程）
第四节其它气体净化设备（讲授2学时）
1、惯性分离（构造、工作原理及流程）
2、电除尘器（构造、工作原理及流程）
3、文氏除尘器（构造、工作原理及流程）
4、泡沫除尘器（构造、工作原理及流程）
5、洗气塔（构造、工作原理及流程）
6、非均相物系分离方案的选择
第四章传热（26学时）
第一节概述（讲授2学时）
1、传热学研究解决的问题
2、传热的基本方式
3、工业换热设备的类型
4、传热名词
第二节传热基本方程式（讲授1学时）
1、传热速率
2、传热推动力
3、传热壁面积
4、传热基本方程式
第三节传热速率与热负荷（讲授3学时）
1、热负荷的定义
2、热负荷与传热速率间的关系
3、热负荷计算方法
（1）焓差法
（2）显热法（3）潜热法（4）二步法
第四节传热平均温度差（讲授2学时）
1、恒温传热
2、变温传热
（1）传热壁两侧流体的相对运动
（2）并、逆流过程的平均温度差计算
（3）错、折流过程的平均温度差计算
第四节一维稳定热传导（讲授4学时）
1、传导的定义、基本原理及分类
2、傅立叶定律
3、傅立叶定律的应用
（1）平壁导热计算
（2）空心圆柱体导热计算（3）空心球体导热计算
第五节对流传热（讲授4学时）
1、间壁式换热机理
2、牛顿冷却定律
3、对流传热系数及其影响因素
4、无相变传热过程的对流传热膜系数计算。
第六节传热系数与传热壁面积（讲授2学时）
1、传热系数K计算公式的推导
2、K计算公式的简化及传热面积计算
第七节传热计算示例（讲授2学时）
第八节换热器（讲授6学时）
1、换热器简介
（1）夹套式
（2）蛇管式（3）套管式（4）列管式（5）螺旋板式（6）波纹板式（7）板翅式
2、换热器的性能比较
3、非标准列管式换热器的工艺设计方法
4、标准列管式换热器的选型设计方法
第五章蒸发（10学时）
第一节概述（讲授2学时）
1、蒸发的定义、基本原理及分类
2、蒸发专用名词
3、典型蒸发流程简介
第二节单效蒸发（讲授6学时）
1、单效蒸发器的物料衡算与热量衡算
2、单效蒸发器的沸点升高与Δtm计算
3、管沸腾过程的α计算
4、单效蒸发器的传热面积计算
5、单效蒸发器的选型设计
第三节多效蒸发（讲授2学时）
1、多效蒸发流程
2、蒸发系统的热效率与节能
第六章蒸馏与精馏技术（24学时）
第一节概述（讲授4学时）
1、基本概念（定义、基本原理及分类）
2、二元溶液的气液相平衡
（1）溶液的分类
（2）理想溶液的气液相平衡
（3）非理想溶液的气液相平衡
3、蒸馏方式（简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏原理及流程）
第二节二元板式连续精馏塔的物料衡算（讲授4学时）
1、恒摩尔流假设
2、全塔物料衡算—产品流量的确定
3、精馏段的物料衡算与精馏段操作线方程
4、提馏段的物料衡算与提馏段操作线方程
5、加料板的物料衡算—两段气液相流量的确定
6、精、提馏段操作线的交点轨迹方程
7、操作线的画法
第三节二元板式连续精馏塔的塔板数（讲授4学时）
1、理论塔板数
（1）理论塔板的概念
（2）理论塔板数的确定（逐板计算法、图解法）
2、实际塔板数
（1）板效率（单板效率、塔效率）
（2）实际塔板数的确定
第四节操作回流比（讲授2学时）
1、操作回流比对精馏操作的影响
2、全回流与最少理论塔板数
3、最小回流比及其确定
4、适宜操作回流比的确定
5、进料状态对精馏操作的影响
第五节特殊精馏（讲授2学时）
1、水蒸汽精馏（基本原理、流程）
2、恒沸精馏（基本原理、典型流程）
3、萃取精馏（基本原理、典型流程）
第六节多元精馏（讲授2学时）
1、多元精馏的特点
2、多元精馏系统的气液相平衡
3、多元精馏系统的简化计算方法
第七节板式塔（讲授6学时）
1、板式塔简介
（1）板式塔的主要构造
（2）塔板结构与性能
（3）溢流方式
（4）板式塔的非正常操作现象
（5）板式塔的总体设计要求
2、浮阀塔的工艺设计
（1）初估塔径
（2）溢流装置设计
（3）浮阀数与塔板布置
（4）性能校核—负荷性能图
（5）操作弹性及调整
第七章气体吸收（16学时）
第一节概述（讲授2学时）
1、基本概念（吸收的定义、基本原理、分类、流程）
2、填料类型与特性（类型、特性、装填方式）
3、吸收系统的气液相平衡
（1）溶解度曲线（溶解度曲线及讨论、亨利定律与亨利系数）
（2）吸收推动力及过程判定
第二节吸收机理与吸收速率方程（讲授2学时）
1、扩散方式
2、双膜理论模型
3、吸收速率与吸收速率方程
第三节吸收系数（讲授2学时）
1、吸收总系数与分系数间的关系（界面浓度的确定、总系数与分系数间的定量关系、膜控制过程）
2、吸收分系数（分系数间的换算关系、分系数经验公式及适用围）
第四节单组分填料吸收塔的工艺设计（讲授8学时）
1、溶剂的选择与用量确定
（1）溶剂的选择原则
（2）填料吸收塔的物料衡算（吸收能力计算、吸收操作线方程）
（3）操作液气比的影响及其确定
（4）溶剂用量与出口浓度的确定
2、填料塔塔径的确定
（1）填料的选用原则
（2）操作空塔气速的确定－埃克特通用关联图
（3）塔径的确定与校核（包括压力降与润湿率校核）
3、填料层高度的计算
（1）填料层高度计算通式的推导
（2）传质单元的概念
（3）对数平均推动力法
（4）解吸因子法
（5）图解积分法
4、附件设计（液体分布器、再分布器、捕沫器、填料支承）
第五节其它吸收与解吸（讲授2学时）
1、高浓度气体吸收（特点、简化计算方法）
2、多组分吸收（特点、计算方法简介）
3、化学吸收（特点、控制因素）
4、解吸与解吸流程（原理、流程、工艺计算方法）
第八章其它分离技术（14学时）
第一节萃取分离技术（讲授4学时）
1、基本概念（定义、基本原理与流程、相关名词术语）
2、萃取平衡——三角相图的应用
（1）三元溶液组成的图示
（2）萃取系统的杠杆规则
（3）萃取系统的溶解度曲线
（4）萃取计算
3、工业萃取设备
（1）混合澄清器
（2）萃取塔（喷洒塔、填料萃取塔、筛板萃取塔、脉冲筛板塔、往复筛板塔、转盘萃取塔）
（3）离心萃取器
4、超临界气体萃取
（1）超临界气体萃取基础
（2）典型流程及应用
第二节膜分离技术（讲授6学时）
1、膜分离概念与分类
2、膜分离设备类型
3、膜分离指标参数及影响
4、膜分离过程简介
（1）电渗析（原理、典型流程及应用）
（2）反渗透（原理、典型流程及应用）
（3）微滤（原理、典型流程及应用）
（4）超滤（原理、典型流程及应用）
（5）纳滤（原理、典型流程及应用）
（6）气体膜分离（原理、典型流程及应用）
（7）液膜分离（原理、典型流程及应用）
第三节吸附分离技术（讲授2学时）
1、基本概念（吸附原理、吸附剂）
2、吸附平衡与吸附速率
3、吸附设备（固定床、移动床、变压吸附）
4、吸附分离技术的应用
第四节离子交换技术（讲授2学时）
1、离子交换剂
2、离子交换平衡
3、离子交换设备
4、离子交换技术的应用
第九章固体干燥（12学时）
第一节概述（讲授4学时）
1、去湿与干燥的分类
2、干燥机理与流程
3、湿空气的性质
4、湿度图及其应用
第二节空气干燥器的物料衡算（讲授2学时）
1、空气干燥器的物料衡算方程
2、干燥产品流量的确定
3、水分蒸发量
4、干空气的消耗量及风机工作流量
第三节空气干燥器的热量衡算（讲授2学时）
1、空气干燥器的热量衡算方程
2、空气干燥器的热效率
3、空气出口状态的确定
第四节恒定干燥条件下的干燥时间计算（讲授2学时）
1、物料水分的性质
2、恒定干燥条件下的干燥速率曲线
3、恒定干燥条件下的干燥时间计算
第五节空气干燥器简介（讲授2学时）
1、盘架式干燥器
2、带式干燥器
3、滚筒干燥器
4、气流干燥器
5、转筒干燥器（转窑）
6、沸腾床干燥器
7、喷雾干燥器
8、升华干燥
五、学时分配表
教学容
学时数
绪论
4
第一章流体力学
24
第二章流体输送
14
第三章非均相系统的分离
16
第四章传热
26
第五章蒸发
10
第六章蒸馏与精馏技术
24
第七章气体吸收
16
第八章其它分离技术
14
第九章固体干燥
12
合计
160
六、几点说明
1、本大纲是根据我校的办学条件并结合工科化工类专业的专业特色制定的。
2、本课程的工程性、实践性和相关知识的综合性较强，教学方法应注重培养学生的工程实践能力，重视学生智力的开发和能力的培养并贯串整个教学过程始终。
3、在教学过程初期应安排学生到有关厂家进行认识实习并根据教学要求配套开设相关实验课程；在课程结束前，应安排1～2周的课程设计，以加强实践能力培养，使理论教学与实践教学有机地结合起来。
4、教师在进行课程教学的同时，要引导学生自觉学习选学教学容。
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