应用化学-化工原理教学大纲.doc

化工原理课程教学大纲课程中文名称：化工原理课程英文名称：Principle of Chemical Engineering课程编号：ZH17203-4课程类型：专业核心课学 时：（总学时90、理论课学时90学时）学 分：5学分适用对象：应用化学先修课程：高等数学、高等物理、物理化学、化工制图课程简介：化工原理是一门过程工业（包括化工、轻工、医药、食品、环境、材料、冶金等工业部门）的技术基础课，属工程学科，具有工程性和应用性，对化工及相近学科的发展起支撑作用，是我校应用化学、无机非金属材料、环境工程、食品工程、生物工程等相关专业学生必修的一门重要的技术基础课程。化工原理课程以单元操作为内容，以传递过程原理和研究方法为主线，研究各个物理加工过程的基本规律，典型设备的设计方法，过程的操作和调节原理。化工原理课程教学包括理论课教学、实验课教学和化工实习三个环节。一、教学目标及任务化工原理是应用化学专业的专业核心课程，在基础课和专业课之间起着承前启后、由理及工的桥梁作用。本课程是描述化工生产过程中单元操作原理、单元操作设备及一些化工实验研究原理的课程，以研究化工过程中动量传递、热量传递和质量传递的原理为基础，提供了分析化工单元操作中各种工程实际问题的理论方法，着重于培养学生解决化工生产中实际问题的能力，是化工类专业学生必修的基础技术课程。通过本课程的学习要求学生掌握各个单元操作的基本规律，熟悉其操作原理及有关典型设备的构造、性能、基本计算方法和选型，了解与本课程相关的一些理论和技术方面的新进展，培养学生分析和解决工程技术中有关单元操作方面问题的能力,以及在科学研究和生产实践中对设备进行操作、管理、设计、强化与开发的能力。二、学时分配教学内容学时绪论2第一章 流体流动12第二章 流体输送设备7第三章 非均相物系分离和固体流态化12第四章 液体搅拌0第五章 传热12第六章 蒸发0第七章 传质与分离方法概述3第八章 气体吸收12第九章 蒸馏12第十章 液液萃取与液固浸取6第十一章 固体物料的干燥12第十二章 其他分离方法0总学时90三、教学内容及教学要求绪论 （2学时）教学重点：物料衡算；热量衡算；单位制与单位换算教学难点：热量衡算；物料衡算教学要求：第一节化工原理课程的内容和特点第二节单位制度及单位换算第一章 流体流动 （12学时）教学重点：流体静力学方程、连续性方程及柏努利方程的应用；流动形态及其判断，流体在管道内流动的机械能损失计算；简单管路的计算。教学难点：流体静力学方程、连续性方程及柏努利方程的应用。教学要求：第一节 流体的重要性质1连续介质假定2流体的密度3流体的可压缩性4流体的黏性第二节流体静力学1流体的受力2静止流体的压力特性3流体静力学方程4流体静力学方程的应用第三节流体流动概述1流动体系的分类2流量与平均流速3流动型态与雷诺数第四节流体流动的基本方程1总质量衡算连续性方程2总能量衡算方程3机械能衡算方程的应用第五节动量传递现象1层流分子动量传递2湍流特性与涡流传递3边界层与边界层分离现象4动量传递小结第六节流体在管内流动的阻力1管流阻力的分类及计算摩擦阻力的通式2管内层流的摩擦阻力3管内湍流的摩擦阻力4非圆形管的摩擦阻力5管路上的局部阻力6管流阻力计算小结第七节流体输送管路的计算1简单管路2复杂管路3可压缩流体管路的计算第八节流量的测量1测速管2孔板流量计3文丘里流量计4转子流量计第九节非牛顿流体的流动1非牛顿流体的流动特性2幂律流体在管内流动的阻力第二章 流体输送机械 （7学时）教学重点：离心泵主要特性参数；特性曲线；安装高度；工作点与流量调节；离心泵选用、安装与操作；流体输送设计型和操作型问题的定量计算；流体输送操作型问题的定性分析。教学难点：离心泵主要特性参数，特性曲线和安装高度；工作点与流量调节。教学要求：第一节概述1流体输送机械的作用2流体输送机械的分类第二节离心泵1离心泵的工作原理和基本结构2离心泵的基本方程能量方程3离心泵的性能参数与特性曲线4离心泵在管路中的运行5离心泵的类型与选择第三节其他类型化工用泵1往复泵2回转式泵3旋涡泵4常用液体输送机械性能比较5液体输送机械的发展趋势第四节气体输送和压缩机械1气体输送机械的分类2离心通风机、离心鼓风机和离心压缩机3往复压缩机4回转鼓风机、压缩机5真空泵6常用气体压送机械的性能比较第三章 非均相混合物分离及固体流态化（12学时）教学重点：过滤基本方程式；恒压过滤；恒速过滤与先恒压后恒速的过滤；过滤常数的测定；过滤设备的结构、操作过程及生产能力的计算。教学难点：斯托克斯方程及沉降速度的计算；恒压过滤计算。教学要求：第一节沉降分离原理及设备1颗粒相对于流体的运动2重力沉降3离心沉降第二节过滤分离原理及设备1流体通过固体颗粒床层的流动2过滤操作的原理3过滤基本方程4恒压过滤5恒速过滤与先恒速后恒压的过滤6过滤常数的测定7过滤设备8滤饼的洗涤9过滤机的生产能力第三节离心机1一般概念2离心机的结构与操作简介第四节固体流态化1流态化的基本概念2流化床的流体力学特性3流化床的浓相区高度与分离高度4流化质量及提高流化质量的措施5气力输送简介第四章 液体搅拌 （0学时）教学重点： 搅拌混合机理；搅拌功率。教学难点： 搅拌功率计算。教学要求：第一节搅拌器的性能和混合机理1搅拌设备2搅拌作用下流体的流动3混合机理4其他类型混合器5搅拌器的选型和发展趋势第二节搅拌功率1搅拌功率的量纲为一数群关联式2均相系统搅拌功率的计算3非均相物系搅拌功率的计算4非牛顿流体的搅拌功率第三节搅拌设备的放大第五章 传热 （12学时）教学重点：平壁及管筒壁的稳定热传导计算、牛顿冷却定律、影响对流传热系数的主要因素、传热基本方程式、热负荷的计算、平均温度差的计算、总传热系数的计算、污垢热阻的计算及壁温的计算。教学难点：牛顿冷却定律；传热计算。教学要求：第一节传热过程概述1热传导及导热系数2对流3热辐射4冷热流体(接触)热交换方式及换热器5载热体及其选择第二节热传导1平壁一维定态热传导2圆筒壁的一维定态热传导第三节换热器的传热计算1热平衡方程2总传热速率微分方程和总传热系数3传热计算方法第四节对流传热1对流传热机理和对流传热系数2对流传热的量纲分析3流体无相变时的对流传热系数4流体有相变时的对流传热系数5非牛顿流体的传热第五节辐射传热1基本概念和定律2两固体间的辐射传热3对流和辐射联合传热第六节换热器1间壁式换热器的结构型式2换热器传热过程的强化3传热过程强化效果的评价4管壳式换热器的设计和选型第六章 蒸发 （0学时）教学重点：单效蒸发的计算。教学难点：溶液的温差损失的产生原因及计算教学要求：第一节概述第二节蒸发设备1循环型蒸发器2单程型蒸发器3蒸发设备和蒸发技术的进展4蒸发器的选型5蒸发器的辅助设备第三节单效蒸发的计算1物料衡算与热量衡算2蒸发器的传热面积3蒸发器的生产强度4加热蒸汽的经济性和蒸发过程的节能措施第四节多效蒸发1多效蒸发的流程2多效蒸发的计算3多效蒸发与单效蒸发的比较4多效蒸发的适宜效数第五节生物溶液的增浓1生物溶液的蒸发2冷冻浓缩第七章 传质与分离过程概论 （3学时）教学重点：相组成表示方法；质量传递方式。教学难点：传质机理。教学要求：第一节概述1传质与分离方法2相组成的表示方法第二节质量传递的方式与描述1分子传质(扩散)2对流传质3相际间的传质第三节传质设备简介1传质设备的分类与性能要求2典型的传质设备第四节分离过程的研究重点第八章 气体吸收 （12学时）教学重点：亨利定律、相平衡与吸收过程的关系以及吸收过程推动力的表达形式、费克定律、双膜理论的基本论点、吸收速率方程式的表达形式、吸收塔的物料衡算、操作线方程的应用、 最小液气比的计算、实际液气比的确定、填料层高度的计算、塔径的计算、传质单元数和传质单元高度的计算、对数平均浓度差法计算传质单元数。教学难点：双膜理论、填料塔计算。教学要求：第一节概述1气体吸收过程与流程2气体吸收的分类3吸收剂的选择第二节吸收过程的相平衡关系1气体在液体中的溶解度2亨利定律3相平衡关系在吸收过程中的应斥第三节吸收过程的速率关系1膜吸收速率方程2总吸收速率方程3吸收速率方程小结第四节低组成气体吸收的计算1物料衡算与操作线方程2吸收剂用量的确定3塔径的计算4吸收塔有效高度的计算第五节吸收系数1吸收系数的测定2吸收系数的经验公式3吸收系数的量纲为一数群关联式第六节其他吸收与解吸1高组成气体吸收2化学吸收3解吸第七节填料塔1塔填料2填料塔的流体力学性能与操作特性3填料塔的内件第九章 蒸馏 （12学时）教学重点：气液相平衡图、精馏原理、全塔物料衡算、精馏段、提馏段的物料衡算，操作线方程的推导，加料板物料衡算、热量衡算及线方程的推导、进料热状态与值之间的关系、逐板计算法和图解法计算理论塔板数、最小回流比Rmin的计算、回流比的大小对塔板数及操作费用的影响、板式精馏塔塔高及塔径的计算、全塔效率及单板效率的定义及其计算。教学难点：精馏塔物料衡算，图解法计算理论塔板数；推导板效率的定义及其计算。教学要求：第一节概述第二节两组分溶液的气液平衡1两组分理想物系的气液平衡2两组分非理想物系的气液相平衡3气液相平衡的应用第三节单级蒸馏过程1平衡蒸馏2简单蒸馏第四节精馏多级蒸馏过程1精馏原理2精馏操作流程第五节两组分连续精馏的计算1理论板的概念和恒摩尔流假定2物料衡算与操作线方程3理论板层数的计算4回流比的影响及选择5简捷法求理论板层数6几种特殊情况理论板层数的计算7连续精馏装置的热量衡算与精馏过程的节能8精馏过程的操作型计算和调节第六节间歇精馏1回流比恒定时的间歇精馏2馏出液组成恒定时的间歇精馏第七节特殊精馏1共沸精馏2萃取精馏3盐效应精馏第八节多组分精馏概述1流程方案的选择2多组分物系的气液平衡3物料衡算及关键组分4简捷法确定理论板层数第九节板式塔1塔板的类型及性能评价2塔高和塔径的计算3塔板的结构4板式塔的流体力学性能和操作特性第十章 液-液萃取和液-固浸取 （6学时）教学重点：液-液相平衡理论及三角形相图；萃取过程的计算。教学难点：液-液相平衡理论及三角形相图。教学要求：第一节液-液萃取概述第二节液-液相平衡1三角形坐标图及杠杆规则2三角形相图3萃取剂的选择第三节液-液萃取过程的计算1单级萃取的计算2多级错流萃取的计算3多级逆流萃取的计算4微分接触逆流萃取的计算第四节液-液萃取设备1萃取设备的传质特性2萃取设备的基本要求与分类3萃取设备的主要类型4萃取设备的选择第五节其他萃取技术简介1超临界流体萃取2液膜萃取3回流萃取4化学萃取第六节液-固浸取1液-固浸取概述2浸取过程中的平衡关系3单级浸取4多级逆流浸取5浸取设备第十一章 固体物料的干燥 （12学时）教学重点：湿空气的性质、干燥过程的物料衡算和热量衡算、固体物料干燥过程的平衡关系和速率关系、干燥曲线和干燥速率曲线，恒定干燥条件下干燥时间的计算。教学难点：湿空气的性质和湿度图；干燥过程的物料衡算和热量衡算；恒定干燥条件下干燥时间的计算。教学要求：第一节湿空气的性质及湿度图1湿空气的性质2湿空气的H-I图第二节干燥过程的物料衡算与热量衡算1湿物料的性质2干燥过程的物料衡算与热量衡算3空气通过干燥器时的状态变化4干燥系统的热效率第三节干燥速率与干燥时间1物料中水分的性质2恒定干燥条件下干燥时间的计算3变动条件下的干燥过程第四节真空冷冻干燥1真空冷冻干燥原理2冷冻干燥过程3冻干程序与冻干曲线第五节干燥器1干燥器的主要型式2干燥器的设计第六节增湿与减湿1增湿与减湿过程的传热、传质关系2空气调湿器与水冷却塔第十二章 其他分离方法 （0学时）教学重点：结晶热力学和动力学；膜的传递理论；吸附平衡；离子交换平衡教学难点：结晶热力学和动力学教学要求：第一节结晶1结晶的基本概念2相平衡与溶解度3结晶机理与动力学4工业结晶方法与设备5结晶过程的计算第二节膜分离1膜材料与膜组件2膜分离过程的传递现象3各种膜过程简介第三节吸附1吸附现象与吸附剂2吸附平衡与吸附速率3工业吸附方法与设备第四节离子交换1离子交换原理与离子交换剂2离子交换平衡与交换速率3工艺方法与设备四、考核方式及要求考核方式采取闭卷考试进行考核，考核成绩由出勤、作业、期末考试成绩组成。出勤和作业为平时成绩，占考核成绩的20%；期末考试成绩占考