《化工原理》课程教学大纲29页word.docx
《《化工原理》课程教学大纲29页word.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《《化工原理》课程教学大纲29页word.docx(21页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
《化工原理》课程教学大纲29页word
《化工原理》课程教学大纲
适用专业:
工艺类专业有化学工程工艺、应用化学、环境工程、制药工程、生物工程、食品工程、轻化工工程,非工艺专业有工分子材料、安全工程、生物技术、过程装备与控制;对非工艺类专业,带*部分不做要求,也可根据专业特点选择下册中的气体吸收和塔设备等部分。
课程性质:
技术基础课学时数:
120/80学时学分:
7.5/5学分
第一部分教学基本要求
一、目的及任务
化工原理是化学工程与工艺及相关专业最重要的技术基础课之一。
通过这门课程的学习,要使学生系统地获得:
‘三传’的基本概念;各单元操作的原理、典型设备的结构、工艺尺寸计算、设备选型与校核和工程学科的研究方法。
培养学生的工程观念、分析和解决单元操作中各种问题的能力。
突出课程的实践性,使学生受到利用自然科学的基本原理解决实际工程问题的初步训练,提高学生的定量运算能力、实验技能、设计能力、单元操作的分析与调节能力。
二、本课程的先行课程
数学、普通物理、物理化学、计算方法、化工设备设计基础。
三、各章节具体内容要求
绪论
掌握的内容:
1、掌握单位换算方法;
2、掌握物、热衡算的原则以及衡算的方法和步骤。
熟悉的内容:
1、熟悉单元操作的概念及其在化工过程中的地位。
了解的内容:
1、了解化工原理的目的、任务、化学工程的发展简史;
2、了解过程速率、平衡关系。
第一章流体流动
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、表达方法、单位换算;
3、流体静力学方程、连续性方程、柏努利方程及其应用;
4、流体的流动类型及其判断、蕾诺准数的物理意义、计算;
5、流体阻力产生的原因、流体在管内流动的机械能损失计算;
6、管路的分类、简单管路计算及输送能力核算;
7、液柱式压差计、测速管、孔板流量计和转子流量计的工作原理、基本结构、安装要求和计算;
8、因次分析的目的、意义、原理、方法、步骤;
熟悉的内容:
1、流体的连续性和压缩性,定常态流动与非定常态流动;
2、层流与湍流的特征;
3、圆管内流速分布公式及应用;
4、Hagon-Poiseeuille方程推导和应用;
5、复杂管路计算的要点;
6、正确使用各种数据图表;
了解的内容:
1、牛顿粘性定律,牛顿流体与非牛顿流体;
2、边界层的概念、边界层的发展、层流底层、边界层分离。
第二章流体输送机械
掌握的内容:
1、离心泵的结构、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,离心泵的工作点及流量调节;
4、允许吸上真空高度、允许气蚀余量,确定泵的安装高度;
5、离心泵的设计型计算与操作型计算、离心泵的操作要点;
熟悉的内容:
1、离心泵的组合操作及选择组合形式的原则;
2、往复泵的结构、工作原理、性能参数、特性曲线、操作要点与应用。
了解的内容:
1、离心力场中的流体静压强分布;
2、了解其它泵的工作原理。
第三章机械分离和固体颗粒流态化
掌握的内容:
1、颗粒特性与表征、颗粒群的性质;
2、重力沉降速度的计算与应用、降尘室计算;
3、过滤基本方程式及应用、过滤常数定义及计算;
4、恒压过滤方程、恒速过滤、先恒速后恒压过滤方程及应用;
5、板框过滤机、叶滤机、转鼓真空过滤机等的基本结构、洗涤速率及生产能力计算;
6、旋风分离器的临界直径、分离效率、压降;
熟悉的内容:
1、离心沉降速度的特点、计算;
2、旋风分离器的分离原理、结构、选用;
3、过滤介质的种类,助滤剂的作用与选用;
了解的内容:
1、非均相物系分离的目的、依据、方法;
2、床层特性与表征;
3、流态化的定义、分类,流化床的特征。
第四章传热
掌握的内容:
1、热传导基本原理,一维定常态傅立叶定律及应用,平壁及圆筒壁一维定常态热传导计算与分析;
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的α关联式及应用;Nu、Re、Pr、Gr等的物理意义及计算。
正确选用α的计算式,注意其用法和使用条件;
4、传热计算:
传热速率方程与热负荷的计算、平均温差推动力、总传热系数、污垢热阻、壁温计算、传热面积、加热程度和冷却程度计算、强化传热的途径;
熟悉的内容:
1、对流传热系数经验式建立的一般方法;
2、蒸汽冷凝、液体沸腾对流传热系数计算;
3、传热效率、传热单元数及其在传热操作型计算中的应用;
4、热辐射的基本概念、两灰体间辐射传热计算;
5、列管换热器的结构及选型计算。
了解的内容:
1、加热剂、冷却剂的种类和选用;
2、各种常用换热器的结构特点及应用;
3、高温设备热损失计算。
第五章气体吸收
掌握的内容:
1、相组成的常用表示方法和换算;
2、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、解吸的关系;
3、分子扩散与菲克定律、扩散系数及其影响因素、等分子反向扩散与单相扩散、漂流因子;
4、对流传质、双膜模型要点、总传质速率方程表达式、总传质系数与膜传质系数、传质阻力分析、气膜控制与掖膜控制;
5、吸收塔的操作线方程、物理意义、图示方法及应用,最小掖气比、吸收剂用量确定;
6、填料层高度计算、传质单元高度与传质单元数的定义与物理意义、传质单元数的计算(平均推动力法、解吸因数法);
7、吸收塔操作分析、设计型计算和操作型计算;
熟悉的内容:
1、均相物系分离的分类与特征、吸收的分类、吸收剂选用的基本原则;
2、理论板的概念,理论板数的计算;
3、吸收与解吸的比较;
4、传质单元数的图解积分法和梯级图解法。
了解的内容:
1、填料塔基本结构、两相接触方式,板式塔基本结构、两相接触方式;
2、吸收基本方程式推导;
3、解吸、非等温吸收、高浓度吸收等特点和计算步骤。
第六章蒸馏
掌握的内容:
1、双组分理想体系的汽液平衡:
拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、汽液平衡图、挥发度与相对挥发度定义及应用、相平衡方程及应用;
2、精馏原理与流程;
3、精馏塔的物料衡算、操作线方程和q线方程及物理意义、图示及应用;
4、双组分连续精馏塔计算及操作调节、分析:
恒摩尔流假设、理论板、等板高度、汽液两相的摩尔流率、回流比选用与最小回流比、加料热状况影响及选择、全塔效率、单板效率、理论板数的确定。
熟悉的内容:
1、平衡蒸馏与简单蒸馏的流程、特点、计算;
2、精馏装置的热量衡算;
3、非常见的二元连续精馏塔计算:
直接蒸汽加热、多股进料与多股出料、提馏塔、塔顶采用分凝器、冷液回流;
4、Fenske方程、Gilliland关联图,捷算法。
了解的内容:
1、非理想物系的汽液平衡];
2、间歇精馏的特点、计算步骤及应用;
3、恒沸精馏、萃取精馏的特点及应用;
4、精馏节能技术进展。
第七章蒸馏和吸收塔设备
掌握的内容:
1、工业上评价塔设备性能的主要指标;
2、板式塔和填料塔的典型结构、性能、特征和选用原则。
熟悉的内容:
1、板式塔水力学性能、不正常操作状况、塔板结构参数的影响与选择;
2、填料塔水力学性能、不正常操作状况、填料特性的影响与选用;
3、常用塔板和填料的类型、特点及使用场合。
了解的内容:
1、塔板上气液两相接触工况、塔板负荷性能图、板式塔工艺计算方法;
2、填料塔内气、液两相流动的相互作用、填料塔的工艺计算方法。
第八章干燥
掌握的内容:
1、空气性质及计算、湿焓图构成及应用、干燥过程中空气状态的确定
2、干燥过程的物料衡算
3、干燥过程的热量衡算
4、恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间
熟悉的内容:
1、物料中所含水分的性质及干燥机理;
2、结合水分、自由水分、临界水分的概念及相互关系;
3、恒速干燥与降速干燥的特点及强化途径;
4、干燥器的热效率及提高干燥过程经济型的途径。
了解内容:
1、过程的原理、目的及实施;
2、常用干燥器的性能特点及应用场合;
3、种干燥方法的基本原理、特点及应用。
五、建议教材与教学参考书
1.教材:
夏清,陈常贵.化工原理.天津:
天津大学出版社,2005.
2.参考书
[1].姚玉英主编.《化工原理》(上、下册)(新版).天津:
天津大学出版社.1998.08
[2].赵汝溥,管国锋.《化工原理》.北京:
化学工业出版社.1995.09
[3].大连理工大学化工原理教研室编.《化工原理》(上、下册).大连:
大连理工大学出版社.1992.12
[4].陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋编.《化工原理》(上、下册)(第二版).北京:
化学工业出版社.1999.06
[5].朱家华,叶世超等编.《化工原理》(上、下册).北京:
科学技术出版社.2002
[6].WarrenL.McCabe,JulianC.Smith,PeterHarriott.UnitOperationsofChemicalEngineering(SixthEdition).北京:
化学工业出版社,2003.05
[7].姚玉英.《化工原理例题与习题》(第三版).北京:
化学工业出版社.2003.05
[8].柴成敬,王军,陈常贵,郭翠梨编.《化工原理课程学习指导》.天津:
天津大学出版社.2003.10
[9].匡国柱。
《化工原理学习指导》.大连:
大连理工大学出版社.2002.09
第二部分教学大纲
一、课程开设对象
化学工程与工艺、应用化学、制药工程、环境工程、生物工程、食品工程、轻化工程、生物制药、生物技术、过程装备与控制、安全工程、食品质量与安全等本科专业。
二、教学总学时
根据培养方案的要求,工艺类专业和非工艺类专业《化工原理》的学时安排如表1所示。
教师应根据各非工艺类专业的特点和专业需要,从带“*”的部分中选择部分内容进行教学。
表1不同专业类别的化工原理学时表
专业类别
工艺类各专业
非工艺类各专业
总学时
120
80
理论学时
120
80
上册学时
56(60)
48
下册学时
64(60)
32
三、各章内容及参考学时
绪论
(参考学时:
2学时)
(一)内容概要
一、本课程的研究对象、目的
二、化学工程发展简介
三、单位制与单位换算
四、几个基本概念
第一章流体流动
(参考学时:
16~20学时)
(一)内容概要
§1-0概述
§1-1流体的物理性质
§1-1-1流体的密度
§1-1-2流体的粘度
§1-1-3非牛顿流体简介
§1-2流体静力学基本方程
§1-2-1静止流体的压强
§1-2-2流体静力学基本方程式
§1-2-3流体静力学基本方程式的应用
§1-3流体流动的基本方程
§1-3-1流量与流速
§1-3-2稳态流动与非稳态流动
§1-3-3连续性方程
§1-3-4柏努利方程
§1-3-5柏努利方程的应用
§1-4流体的流动现象
§1-4-1流动类型与雷诺数
§1-4-2流体在圆管内流动时的速度分布
§1-4-3边界层的概念
§1-5流体在管内的流动阻力
§1-5-1流体在直管中的流动阻力
§1-5-2管路上的局部阻力
§1-5-3管路系统中的总能量损失
§1-6管路计算
§1-7流量测量
(二)参考学时安排
章节名称
参考学时分配
§1-0概述
§1-1流体的物理性质
2
§1-2流体静力学基本方程
3
§1-3流体流动的基本方程
4
§1-4流体流动现象
2
§1-5流体在管内的流动阻力
3
§1-6管路计算
1
§1-7流量测量
1
第二章流体输送机械
(参考学时:
8学时)
(一)内容概要
§2-0概述
§2-1离心泵
§2-1-1离心泵的工作原理和主要部件
§2-1-2离心泵的基本方程
§2-1-3离心泵的主要性能参数和特性曲线
§2-1-4离心泵的气蚀现象和允许安装高度
§2-1-5离心泵的工作点与流量调节
§2-1-6离心泵的类型、选择与使用
§2-2其他类型的液体输送机械
§2-2-1往复泵
§2-2-2旋转泵
§2-2-3旋涡泵
§2-2-4常用化工用泵的性能比较
(二)参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§2-0概述
§2-1离心泵
§2-2其他类型的液体输送机械
0.5
6.5
1
第三章*机械分离和固体颗粒流态化
(参考学时:
10学时)
(一)内容概要
§3-1概述
§3-2颗粒及颗粒床层的特性
§3-2-1颗粒的特性
§3-2-2颗粒床层的特性
§3-2-3流体通过床层流动的压降
§3-3沉降分离
§3-3-1重力沉降
§3-3-2离心沉降
§3-4过滤
§3-3-1过滤操作的基本概念
§3-3-2过滤基本方程式
§3-3-3恒压过滤
§3-3-4恒速过滤与先恒速后恒压过滤
§3-3-5过滤常数的测定
§3-3-6过滤设备
§3-3-7滤饼的洗涤
§3-3-8过滤机的生产能力
§3-5固体流态化
(二)参考学时安排
章节名称
参考学时分配
§3-0概述
§3-1颗粒及颗粒床层的特性
1.5
§3-2沉降过程
3
§3-3过滤
5
§3-4离心机
§3-5固体流态化
0.5
第四章传热
(参考学:
16~20学时)
(一)内容概要
§4-1概述
§4-1-1传热的基本方式
§4-1-2传热过程中热、冷流体(接触)热交换的方式
§4-1-3典型的间壁式换热器
§4-1-4载热体及其选择
§4-2热传导
§4-2-1基本概念和傅立叶定律
§4-2-2导热系数
§4-2-3通过平壁的稳态热传导
§4-2-4通过圆筒壁的稳态热传导
§4-3对流传热过程概述
§4-3-1对流传热速率方程和对流传热系数
§4-3-2对流传热机理简介
§4-3-3保温层的临界直径
§4-4传热过程计算
§4-4-1热量衡算
§4-4-2总传热速率微分方程和总传热系数
§4-4-3平均温度差法和总传热速率方程
§4-4-4总传热速率方程的应用
§4-4-5传热单元数法
§4-5对流传热系数关联式
§4-5-1影响对流传热系数的因素
§4-5-2对流传热过程的量纲分析
§4-5-3流体无相变时的对流传热系数
§4-5-4流体有相变时的对流传热系数
§4-5-5壁温的估算
§4-6辐射传热
§4-6-1基本概念
§4-6-2物体的辐射能力和有关定律
§4-6-3两固体间的辐射传热
§4-6-4对流和辐射的联合传热
§4-7换热器
§4-7-1间壁式换热器的类型
§4-7-2列管式换热器的设计和选用
§4-7-3各种间壁式换热器的比较和传热强化的途径
(二)参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§4-1概述
1
§4-2热传导
3
§4-3对流传热概述
2
§4-4传热过程计算
4
§4-5对流传热系数关联式
1.5
§4-6辐射传热
2
§4-7换热器
0.5
第五章气体吸收
(参考学时:
24~28学时)
(一)内容概要
§5-0概述
§5-1气体吸收的相平衡关系
§5-1-1气体的溶解度
§5-1-2亨利定律
§5-1-3吸收剂的选择
§5-1-4相平衡关系在吸收过程中的应用
§5-2传质机理与吸收速率
§5-2-1分子扩散与菲克定律
§5-2-2气相中的稳态分子扩散
§5-2-3液相中的稳态分子扩散
§5-2-4扩散系数
§5-2-5对流传质
§5-2-6吸收过程的机理
§5-2-7吸收速率方程
§5-3吸收塔的计算
§5-3-1吸收塔的物料衡算与操作线方程
§5-3-2吸收剂用量的决定
§5-3-3塔径的计算
§5-3-4填料层高度计算
§5-3-5理论板层数的计算
§5-4吸收系数
§5-4-1吸收系数的测定
§5-4-2吸收系数的经验公式
§5-4-3吸收系数的准数关联式
§5-5脱吸及其他条件下的吸收
§5-5-1脱吸
§5-5-2非等温吸收
§5-5-3高浓度吸收
§5-5-4多组分吸收
(二)参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§5-0概述
1
§5-1气体吸收的相平衡关系
2
§5-2传质机理与吸收速率
6
§5-3吸收塔的计算
12
§5-4吸收系数
1
§5-5脱吸及其他条件下的吸收*
2
第六章蒸馏
(参考学时:
18~22学时)
(一)内容概要
§6-1概述
§6-2两组分溶液的汽液平衡
§6-2-1两组分理想体系的汽液平衡
§6-2-2两组分非理想体系的汽液平衡
§6-3平衡蒸馏和简单蒸馏
§6-3-1平衡蒸馏
§6-3-2简单蒸馏
§6-4精馏原理和流程
§6-4-1精馏过程原理和条件
§6-4-2精馏操作流程
§6-5两组分连续精馏的计算
§6-5-1理论板的概念及衡摩尔流假设
§6-5-2物料衡算和操作线方程
§6-5-3进料热状况的影响
§6-5-4理论板层数的求法
§6-5-5几种特殊情况时理论板层数的求法
§6-5-6回流比的影响及其选择
§6-5-7简捷法求理论板数
§6-5-8塔高和塔径的计算
§6-5-9连续精馏装置的热量衡算和节能
§6-5-10精馏塔的操作和调节
§6-6间歇精馏
§6-6-1回流比恒定时的间歇精馏计算
§6-6-2馏出液组成恒定时的间歇精馏计算
§6-7恒沸精馏和萃取精馏
§6-7-1恒沸精馏
§6-7-2萃取精馏
(二)参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§6-1概述
§6-2两组分溶液汽液平衡
2
§6-3平衡蒸馏和简单蒸馏
1
§6-4精馏原理和流程
1
§6-5两组分连续精馏的计算
11
§6-6间歇精馏
2
§6-7恒沸精馏和萃取精馏
1
第七章蒸馏和吸收塔设备
(参考学时:
6学时)
(一)内容概要
§7-1概述
§7-2板式塔
§7-2-1塔板类型
§7-2-2板式塔的流体力学性能
§7-2-3板式塔的工艺设计
§7-3填料塔
§7-3-1填料塔的结构与特点
§7-3-2填料
§7-3-3填料的流体力学性能
§7-3-4填料塔的计算
§7-3-5填料塔的附件
(二)参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§7-1概述
1
§7-2板式塔
3
§7-2填料塔
2
第八章干燥
(参考学时:
12学时)
(一)内容概要
§8-0概述
§8-1湿空气的性质及湿焓图
§8-1-1湿空气的性质
§8-1-2湿空气的H—I图
§8-2干燥过程的物料衡算与热量衡算
§8-2-1湿物料的性质
§8-2-2干燥系统的物料衡算
§8-2-3干燥系统的热量衡算
§8-2-4空气通过干燥器时的状态变化
§8-3固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
§8-3-1物料中的水分
§8-3-2干燥时间的计算
§8-4干燥设备
§8-4-1干燥器的主要型式
§8-4-2干燥器的设计
(二)参考学时分配
章节名称
参考学时分配
§8-0概述
§8-1湿空气的性质及湿焓图
4
§8-2干燥过程的物料衡算与热量衡算
4
§8-3固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系
3
§8-4干燥设备
1
第三部分教学实施细则
一、课程重点、难点及处理方法
主讲教师在授课中应突出重点、分散难点,使学生对于主要的内容有清晰、深刻的印象,牢固掌握所学知识。
绪论
重点:
化工原理的工程性及研究方法。
难点:
物、热衡算。
主要知识点:
化工原理的性质、内容、任务和研究方法;物、热衡算,平衡及速率关系;单位及单位换算;因次及因次式。
第一章流体流动
重点:
连续性方程;机械能衡算式。
难点:
柏努利方程式的应用;边界层的形成与分离。
主要知识点:
流体的性质(密度、重度、比重、比容、粘度);流体的静压强、静力学方程式及其应用;流量、流速的各种表达方式及计算;定常流动与非定常流动的概念;流动系统的物料衡算与连续性方程;流动系统的能量衡算与机械能衡算式;牛顿型流体与非牛顿型流体的概念;流动类型及特点;边界层的概念(形成、发展与分离);管内流速分布;管路能耗的原因、计算及影响因素(粗糙度的概念、摩擦系数、因次分析法);管路计算的方法;流量、流速的测量方法(测速管、孔板流量计、文丘里流量计、转子流量计的结构和原理)。
第二章流体输送设备
重点:
离心泵的特性和选用。
难点:
离心泵的基本方程式;离心泵的安装高度;离心泵的组合操作。
主要知识点:
离心泵的结构(主要部件及其作用);工作原理;类型;气缚现象产生的原因及消除措施;离心泵的理论流量与理论扬程、离心泵的基本方程式及影响扬程、流量的主要因素;离心泵的主要性能参数(流量、扬程、轴功率、效率);特性曲线的测定、换算和应用;离心泵的工作点及其调节;气蚀现象(避免措施)、最小气蚀余量、允许气蚀余量、最大吸上真空高度;允许吸上真空高度等概念及测定;泵的安装高度的确定;泵的主要型号及选择原则;正位移式输送设备的特点及操作要点。
第三章机械分离及固体流态化
重点:
沉降速率的计算;过滤基本方程及恒压过滤计算。
难点:
过滤的基本方程式;过滤过程的物料衡算。
主要知识点:
颗粒及颗粒群的性质(体积、表面积、比表面积、空隙率及平均自由截面积);沉降的基本概念(重力沉降、离心沉降、自由沉降和干扰沉降);沉降速度的计算;旋风分离器的性能参数(临界直径、分离效率、粒级率、分割直径);降沉室的结构与设计,旋风分离器的结构特点分离原理及设计方法。
过滤操作的基本概念,过滤基本方程及计算(滤液量、过滤时间、洗涤时间和生产能力);常用过滤设备(板筐压滤机、叶滤机和回转真空过滤机)的结构特点;过滤常数的测定方法。
第四章传热
重点:
传热基本方程式;对流传热系数的影响因素及计算。
难点:
对流传热过程分析;最小值流体;
主要知识点:
传热的基本方式及特点;定常传热及非定常传热的概念;傅立叶定律,一维定常导热的计算(平壁圆筒壁及球壁);导热系数及其影响因素;对流传热过程分析,牛顿冷却定律,传热基本方程式及其应用(传热速率、平均温差、传热系数、污垢热阻和控制热阻);热效率与传热单元数的概念及计算;对流传热的主要影响因素,对流传热系数准数关联式(熟练掌握管内强制湍流对流传热系数),壁温估算;辐射传热的基本概念,黑体、白体(镜体)、透热体和灰体,普郎克定律,斯蒂芬-波尔茨曼定律,克希霍夫定律,两物体间的辐射传热速率计算,角系数的概念,热损失的计算;常用换热器的结构特点,换热器设计原则、步骤。
第五章吸收
重点:
传质速率方程,低浓吸收填料层高度的计算。
难点:
单向扩散;操作型问题定性分析
主要知识点:
分子扩散及对流扩散的概念,菲克定律,一维定常分子扩散速率,等分子反向扩散,单向扩散,总体流动;浓度的不同表示法及其关系,膜模型,相内传质速率式;相平衡关系,传质的方向、限度和推动力、双膜模型及传质理论简介;相际传质速率式,传质阻力,气膜控制、液膜控制;吸收操作的基本概念,典型吸收设备与流程,吸收过程的相平衡关系(溶解度曲线,亨利定律),影响平衡的主要因素;吸收过程的物料衡算,操作线方程,吸收剂的选择及用量的确定,