《化工原理》课程教学大纲.docx

1、化工原理课程教学大纲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

2、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；

3、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

4、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

5、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

6、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关联式及应用；Nu、Re、Pr、Gr等的物理意义及计算。正确选用的计算式，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

7、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

8、、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

9、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

10、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

11、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（

12、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.Warren L. McCabe, Julian C.Smith, Peter Harriott. Unit Operations of Chemical Engineering （Sixth Edition ） . 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

13、.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

14、别工艺类各专业非工艺类各专业总学时12080理论学时12080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：1620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

15、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21-2流体静力学基本方程 31-3流体流动的基本方程 41-4流体流动现象 21-5流体在管内的流动阻力 31-6管路计算 11-7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

16、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0.56.51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

17、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1.53-2沉降过程33-3过滤53-4离心机3-5固体流态化0.5第四章 传热（参考学：1620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

18、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

19、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14-2热传导34-3对流传热概述24-4传热过程计算44-5对流传热系数关联式1.54-6辐射传热24-7换热器0.5第五章 气体吸收（参考学时：2428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

20、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

21、概述15-1气体吸收的相平衡关系25-2传质机理与吸收速率65-3吸收塔的计算125-4吸收系数15-5脱吸及其他条件下的吸收*2第六章 蒸馏（参考学时：1822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

22、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26-3平衡蒸馏和简单蒸馏16-4精馏原理和流程16-5两组分连续精馏的计算116-6间歇精馏26-7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

23、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17-2板式塔37-2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HI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

24、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48-2干燥过程的物料衡算与热量衡算48-3固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系38-4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

25、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

26、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

27、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

28、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