化工原理教学大纲2014—A

1、化工原理A课程教学大纲英文课程名Principles of Chemical Engineering总 学 时104学 分6.5课程编码201053理论教学学时104适用专业化学工程与工艺、海洋技术等专业课程类别（请注明选修或必修）通识课程实践教学学时实验学时先修课程高等数学、物理化学、计算机基础大类基础课程上机学时专业基础及专业课程必修其它开课学院（部）化工学院一、课程的性质和教学目标课程性质： 化工原理课程是一门工程类技术基础课，讲述各类化工单元操作的基本原理、典型设备构造及操作性能、设计计算、设备的改进与强化及分析研究问题的方法。其先学课程包括高等数学、物理化学、计算机基础等，后续课程包

2、括化工设计、化工工艺等课程。教学目标： 在化工生产过程的组织、基本理论及过程分析、设备原理及构造、工程设计方法以及单元过程操作运行情况等方面对学生进行全面的综合训练，以达到培养学生相应的分析工程实际问题和解决工程实际问题的能力。二、课程教学方法设计 以课堂教学为主，结合自学、课堂讨论、课后作业、团组大作业。 课堂教学主要通过对单元操作基本原理、过程计算和典型设备的讲授，并结合工程实际问题融入工程背景介绍，使同学们能理解化工原理的基本学习方法、提高对单元操作的兴趣、初步了解化工原理的理论体系、思维方式和研究方法，初步掌握化工过程开发、设计与操作的有关基本知识。通过本课程方法论的学习，如数学模型方

3、法、实验研究方法、微元分析方法、物料（热量）衡算方法、试差计算方法和图解计算方法等，使学生具备在不同场合选用不同方法处理工程问题的能力。通过本课程知识系统的学习，培养学生运用所学知识解决工程问题的科学思维能力和创新思维能力，包括进行工程计算的能力、正确运用工程图表的能力、运用技术经济观点分析和解决工程实际问题的能力。 适当布置课外资料的查阅，以培养同学们文献检索的能力和自主学习的意识，培养学生的自学能力和独立工作能力，能根据所处理问题的需要，获取有关手册、参考书及文献资料并阅读与理解相关内容。 习题内容注意类型搭配，以计算题和综合分析题为主。尽量选用加深概念，开拓思路、综合应用及训练基本技能的

4、题目。教师认真批改作业，批改量不低于规定数。对作业中常见的错误，特别是概念性错误，在课堂上及时讲解。三、课程教学内容及学时分配1理论教学安排序号章节或知识模块教学内容学时分配能力培养教学要求素质培养教学要求学生任务作业要求自学要求讨论1绪论(1)化工过程及其发展；(2)单元操作与传递基础；(3)化工原理课程的性质、地位、内容、任务、基本研究方法；(4)四个基本关系: 物料衡算、热量衡算、平衡关系及速率关系；(5)工程观点；(6)单位和单位换算。2(1)了解本学科的起源(2)了解本课程的主要内容；(3)了解本课程的基本概念；(4)掌握本课程的学习方法。培养学生用工程观点看待化学工程及其学科的历史

5、现状，树立设计操作优化层次递进的化工原理学习目标。 完成单位换算作业课后阅读关于化工过程发展史的资料2流体流动(1)流体静力学基本方程式: 密度、静压强、静力学方程及其应用。(2)流体在管内流动: 流量与流速、定态与非定态流动、连续性方程式、能量衡算式、机械能衡算方程的应用。(3)流体的流动现象: 牛顿粘性定律与流体的粘度、非牛顿型流体的概念、流动类型与雷诺准数、滞流与湍流、边界层的概念。(4)流体在管内的流动阻力: 流体在直管中的流动阻力、摩擦系数、因次分析、管路上的局部阻力、管路系统中的总能量损失。(5)管路计算: 简单管路的设计型计算和操作型计算、并联管路与分支管路。(6)流量测量: 测

6、速管、孔板与文丘里流量计和转子流量计。18(1)熟练掌握流体静力学基本方程及其应用；(2)理解流体流动的质量衡算和机械能衡算概念，熟练掌握连续性方程和机械能方程及其应用；(3)理解牛顿粘性定律、层流和湍流以其边界层概念；(4)掌握因次分析方法；(5)熟练掌握简单管路、并联管路和分支管路的计算；(6)掌握流速、流量的测定原理和方法。基本设计能力：(1)压差计、液位测定及液封设计选型；(2)阻力实验设计； (3) 简单管路及复杂管路设计；操作分析能力：(1)管路中流量测定装置的选用与安装；(2)复杂管路的流量调节能力；优化设计能力：管路设计方案的经济评价；完成管路布置设计大作业：要求查阅管子标准阀

7、门类型及安装选用3流体输送机械(1)流体输送机械的分类：气体输送机械、液体输送机械；离心泵的结构与操作原理：叶轮、蜗壳及其它部件、气缚现象； (2)离心泵的基本方程：速度三角形、基本方程；3、离心泵的特性曲线及影响因素：泵性能参数、泵特性曲线、流体物性对特性曲线的影响、叶轮尺寸与转速对离心泵特性曲线的影响；4、离心泵的工作点与流量调节：管路特性曲线、工作点概念、泵的流量调节方式及其特点；5、离心泵的安装与选用：离心泵的汽蚀余量、离心泵的类型、选用与安装；6、其它类型泵的操作原理和选用原则：往复式和回转式等其它容积式液体输送机械输送机械的操作原理和基本构造；离心式通风机、鼓风机、压缩机和往复式压

8、缩机以及真空泵等其它类型气体输送机械的操作原理和基本构造。8(1)了解离心泵操作原理、构造与类型，理解气缚和汽蚀现象；(2)理解流量、压头、功率和效率的物理概念；熟练掌握离心泵的特性曲线及其应用；(3)熟练掌握离心泵安装高度的计算；(4)掌握离心泵的流量调节方法和选型方法；(5)了解其它类型泵的操作原理和选用原则；(6)了解离心式通风机、鼓风机、压缩机和往复式压缩机以及几种真空泵的操作原理和基本构造。基本设计能力：(1)泵的选型；(2)泵的安装方案；操作分析能力：(1)从泵的构造分析压头与流量及结构尺寸间的定量关系；(2)泵的工作点调节和设备串并联。优化设计能力：以节能/投资目标指导泵调节方案

9、设计。完成离心泵选用与安装设计大作业。讨论总结选泵的基本步骤、方法及泵的安装与操作。4机械分离与固体流态化(1) 概述：非均相混合物分离的依据、方法和应用、机械分离；(2)过滤：过滤基本概念（过滤介质、分类等）、过滤基本方程（毛细管束流动数学模型的建立）、恒压过滤和恒速过滤的计算、过滤常数的测定、滤饼的洗涤；(3)过滤设备：板框压滤机、叶滤机和回转真空过滤机的结构、操作与计算、最佳操作周期；(4)沉降：沉降分类与原理、沉降速度、重力沉降设备-降尘室的分离性能及计算、离心沉降设备-旋风分离器的分离性能；离心机类型及原理；(5)固体流态化：固体颗粒床层类型、流化床主要特点；8(1)了解固体颗粒特性

10、和固定床特性；(2)熟练掌握颗粒沉降速度的计算；(3)了解降尘室的操作原理、掌握其设计方法；(4)了解旋风分离器的操作原理，掌握其分离性能计算方法和选型方法；(5)理解过滤过程的基本原理；(6)了解板框压滤机、转筒过滤机的构造和操作原理；(7)熟练掌握过滤速率方程及其在恒压操作条件下的应用；(8)熟练掌握过滤机生产能力的计算；基本设计能力：(1)过滤曲线的计算；(2)过滤机的选型；操作分析能力：以简化（管路）模型推导复杂（过滤）过程速率。优化设计能力：间歇过程能力最大化设计。完成课后相应练习膜分离知识间歇式和连续式两类过滤过程，分别讨论，过滤与膜分离对比讨论5热量传递基础(1)概述：传热速率与

11、热通量、稳态传热与非稳态传热、温度场与非稳态传热、三类传热基本方式原理及特点；(2)热传导：傅立叶定律、导热系数物理意义及温度压力对其影响、平壁稳态热传导过程特点及传热速率计算、圆筒壁稳态热传导过程特点及传热速率计算；(3)对流传热：牛顿冷却定律、对流传热过程分类、影响对流传热因素、因次分析法在对流传热过程中的应用、管内强制对流传热系数计算、管外强制对流传热系数计算、自然对流传热系数计算；(4)冷凝传热：冷凝传热分类、纯蒸汽在竖壁上进行了层流和湍流膜状冷凝时的对流传热系数、影响冷凝传热的因素和冷凝传热的强化；(5)沸腾传热：沸腾传热分类、大容器沸腾（传热机理、沸腾曲线及传热系数计算）、影响传热

12、的因素和强化途径；(6)辐射传热：热辐射基本概念、斯蒂芬玻尔兹曼定律、克希霍夫定律、固体间辐射传热计算、气体辐射特点、对流与辐射联合传热。8(1)理解一维稳态傅立叶定律，熟练掌握一维稳态导热的计算；(2)理解两流体通过固体间壁传热的概念；(3)熟练掌握传热速率方程、热量衡算方程和传热系数的计算；(4)理解对流传热的概念以及牛顿冷却定律；(5)理解对流传热膜系数的准数方程式，并能分析各种因素对不同情况下对流传热的影响；(6)了解传热效率概念和传热单元数法；(7)了解热辐射概念，掌握两固体间的辐射传热的计算和设备热损失的计算；基本设计能力：(1) 热传导的计算；(2) 对流的计算；(3) 热辐射的

13、计算操作分析能力：(1) 复杂传热过程的热阻分析；(2) 各种传热现象的热阻调节；完成课后相应练习6传热过程计算与换热器(1) 换热器分类与型式；(2)间壁式换热器传热过程分析；(3) 传热过程基本方程：热量衡算方程、传热速率方程、总传热系数与壁温计算；(4)传热过程的平均温差计算：恒温差传热与变温差传热平均温差计算；(5)传热效率与传热单元数计算：传热效率定义与计算、传热单元数定义与计算、传热效率与传热单元数的关系；(6)换热器计算：换热器设计型计算、换热器操作型计算；(7)列管式换热器的选用与设计原则：流体通道选择、流体流速选择、管子排列方式、管程和壳程数的确定、折流挡板设置、流体流动阻力

14、计算、设计步骤；(8)换热器的传热强化途径：扩展传热面积、增大传热面积、提高传热系数。12(1)了解化工生产中常用的换热设备；(2)熟练掌握列管式换热器的结构、选型和设计方法；(3)掌握换热器的强化途径；(4)了解其它类型换热器的结构及其特点。基本设计能力：(1)总传热系数的计算；(2)列管式换热器选型；操作分析能力：换热器强化操作分析；优化设计能力：(1) 以节能优化为目标的换热器设计；(2) 换热网络优化(1)完成课后相应练习；(2)完成间壁式换热器的流程布置、设计计算、并选型。换热设计与用讨论7质量传递基础(1)概述：化工生产中的传质过程、相组成的表示方法；(2)分子传质：费克定律、扩散

15、系数；(3)一维稳定分子扩散：无化学反应的一维稳定分子扩散（通过恒定截面积的等摩尔反向扩散、通过恒定截面积的单向扩散；(4)对流传质：对流传质系数、相关重要准数及意义、对流传质关联式；(5)传质设备简介：填料塔、板式塔。2(1)理解两相传质过程概念；(2)熟练掌握相组成的各种表示方法；(3)理解一维稳态费克定律和分子扩散概念，熟练掌握分子扩散速率的计算；(4)理解对流扩散概念，熟练掌握对流扩散速率的计算。基本设计能力：简单传质阻力计算操作分析能力：三传类比。完成课后相应练习8吸收(1)概述：吸收原理、气体吸收在化工中的应用、吸收过程分类、工业吸收过程；(2)吸收过程相平衡基础：气液相平衡关系、

16、亨利定律；(3)吸收过程模型及传质速率方程：双膜模型在吸收中的应用、传质速率方程（总传质速率方程、界面浓度的求取、传质阻力分析）；(4)吸收塔的计算：物料衡算和操作线方程、吸收剂用量的确定、低浓度气体吸收时的填料层高度（填料层高度计算、传质单元数与传质单元高度的计算、填料塔的设计型计算和操作型分析、高浓度气体吸收时填料计算特点、塔板数计算（梯级法、解析法）、脱吸；(5) 其他类型吸收：多组分吸收、化学吸收、非等温吸收。14(1)熟练掌握气体在液体中溶解度的表示方法和亨利定律的三种形式；(2)熟练掌握吸引速率方程、总传质系数和传质分系数之间的关系；(3)熟练掌握吸收塔物料衡算和操作线方程；(4)

17、熟练掌握低浓度气体吸收塔溶剂用量和填料层高度、理论塔板数的计算；(5)初步掌握高浓度气体吸收的计算；(6)了解脱吸的特点，掌握脱吸的计算方法；(7)了解多组分吸收、化学吸收、非等温吸收的基本概念；(8)了解双膜、渗透、表面更新这三种传质模型以及一些传质系数的关联式。基本设计能力：(1)三元低浓度气体吸收塔的设计；(2)多元高浓度气体吸收塔的设计；(3)吸收-解吸系统设计。操作分析能力：(1) 各种特征吸收塔的传质阻力分析；(2) 吸收塔操作条件对吸收能力的影响分析。优化设计能力：(1) 以操作/设备费为代表的化工过程设备经济评价；(2) 吸收塔（吸收剂用量）的优化设计。完成课后相应练习吸附分离

18、结合实例讨论化工过程尾气净化方案。9蒸馏(1)概述：蒸馏原理、分类、蒸馏在化工中的应用；(2)二元物系的气液相平衡：自由度分析、理想物系的气液平衡、挥发度与相对挥发度、非理想物系的气液相衡；(3)蒸馏方式：简单蒸馏、平衡蒸馏、平衡级蒸馏、精馏；(4)二元连续精馏的分析和计算：全塔物料衡算、精馏段操作线方程、提馏段操作线方程、加料线方程、精馏塔的设计型计算（理论塔板数计算、最佳加料位置的确定、回流比的选取和理论塔板数的捷算法、进料热状况的选取、实际塔板数的计算）、热量衡算、精馏塔的操作型分析和计算、二元连续精馏的其他流程（直接蒸气加热流程、分凝器和冷回流流程多股加料和侧线出料流程、回收塔流程）；

19、(5)其他精馏方式：水蒸气蒸馏、间歇精馏、恒沸精馏和萃取精馏、反应精馏；(6)多元精馏：多元精馏的特点、多元连续精馏的计算简介。14(1)了解双组分混合液的汽液平衡概念，熟练掌握理想系统相平衡的计算；(2)理解简单蒸馏、平衡蒸馏的基本概念，掌握其计算方法；(3)理解精馏过程原理；(4)熟练掌握双组分混合液连续精馏的操作线、进料线方程，理解各种进料状态对操作的影响；(5)熟练掌握用M-T图解法和逐板计算理论塔板数；(6)了解总板效率和实际板概念，掌握实际的计算方法；(7)理解回流比的选取原则，理解操作优化概念；(8)掌握用捷算法求理论塔板数；(9)掌握精馏塔的热量衡算方法；(10)了解水蒸汽蒸馏

20、、间歇精馏、恒沸精馏、萃取精馏、多元精馏的基本概念；基本设计能力：(1) 二元连续精馏过程计算。(2) 多元连续精馏过程计算。操作分析能力：(1)二元连续精馏过程的操作分析；(2)二元连续精馏过程的热量衡算；优化设计能力：以节能减排为目标的精馏过程优化设计。完成课后相应练习流程模拟软件应用现状结合具体实例进行多组分分离流程设计。10气液传质设备(1)填料塔：填料塔与填料介绍、填料塔的流体力学恨不能与传质性能、填料塔的附属结构；(2)板式塔：板式塔的塔型简介、板式塔的操作原理、板式塔塔径的估算、塔板流动型式、塔板的共同结构、筛板塔的结构设计、筛板塔上流体力学计算、浮阀塔的设计、新型塔设备简介；(

21、3)塔设备的比较和选型：板式塔的比较、填料塔和板工塔的对比与选用。4(1)了解板式塔和填料塔的典型结构、分类和特点；(2)了解不同类型的塔板和填料的结构特点；(3)理解塔板和填料的流体力学性能及其操作极限；(4)初步掌握塔设备的基本设计方法；(5)了解板效率的预测方法，掌握总板效率的经验关联式。基本设计能力：(1)塔板设计；(2)填料选型；操作分析能力：(1)塔内件的合适操作弹性分析；(2)影响塔内件的结构分析；优化设计能力：(1) 高效/大通量的塔内件优化设计；(2) 节能减排为目标的塔内件设计。塔内件选用与设计讨论11萃取(1)液液萃取概述：液液萃取原理、流程及应用；(2)三角形相图：相组

22、成表示法、溶解度曲线、杠杆规则；(3)选择性系数与萃取剂的选择；(4)单级萃取计算：萃取剂与原溶剂互溶时的图解计算、萃取剂与原溶剂不互溶时的图解计算；(5)多级萃取计算：多级错流萃取计算、多级逆流萃取计算；(6)其他萃取萃取流程：连续接触逆流萃取（等级高度法、塔效率法、传质单元数法）、回流萃取；(7)萃取设备：混合澄清器、塔式萃取设备、离心式萃取设备；()固液萃取：固液萃取概述、萃取理论级的图解计算。4 (1)掌握三元物系相图及其平衡关系；(2)掌握萃取剂的选择原则；(3)熟练掌握单级萃取、多级错流萃取的流程和平衡级的计算；(4)了解多级逆流萃取的流程和平衡级数的计算；(5)了解各种常用萃取设

23、备的结构特点及其适用场合。基本设计能力：(1)单级萃取过程计算(2)萃取设备的选型；操作分析能力：(1) 萃取操作条件对过程分离效果的影响；(2) 各种萃取流程湿空气性质的分析；优化设计能力：以节能减排为目标的萃取再生过程优化设计。完成课后相应练习12干燥(1)概述：干燥原理、分类及应用；(2)湿空气的性质及湿度图：温空气的性质、湿空气的湿度图、湿度图的应用；(3)干燥过程的物料衡算与热量衡算：湿物料中含水量的表示方法、物料衡算、热量衡算；(4)干燥速率和干燥时间：物料中的水分分类、干燥速率和干燥时间的计算；(5)干燥器：常用工业干燥器介绍、干燥操作条件的确定。10(1)熟练掌握湿空气的性质、T-H图及其用法；(2)熟练掌握空气对流干燥器的物料衡算和热量衡算方法；(3)理解干燥机理、湿分性质，熟练应用干燥曲线计算恒定干燥条件下的干燥速度和干燥时间；(4)了解各种常用干燥器的操作原理、结构特点及其应用；(5)了解气体增、减湿的操作原理。基本设计能力：(1)干燥过程的计算；(2)干燥设备的选型；操作分析能力：(1)湿空气性质的