《化工原理》教学大纲――环境工程、应用化学专业

1、化工原理教学大纲课程编号:课程性质:技术基础课/必修课程名称:化工原理学时/ 学分:80/5英文名称:Principles of Chemical Engineering 考核方式:闭卷,笔试选用教材:化工原理、陈敏恒主编、化学工业出版社大纲执笔人:齐鸣斋先修课程:高等数学、物理、物理化学、计算技术大纲审核人:齐鸣斋适用专业:环境工程、应用化学专业一、教学基本目标化工原理课程是化学工程、化工工艺类及相近专业的一门主干课,学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。化工原理的主要研究内容是以化工生产中的物理加工过程为背景,按其操作原理的共性归纳成的若干“单

2、元操作”。化工原理属工科科学,用自然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题。研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究。本课程强调工程观点、定量运算和设计能力的训练。强调理论和实际相结合、提高分析问题,解决问题的能力。二、教学基本内容绪论典型化工产品生产实例;化工单元操作的历史梗概;本课程的性质及要回答的问题。第一章流体流动(14学时,包括绪论概述流体的作用力和机械能;牛顿粘性定律。静力学静止流体受力平衡的研究方法;压强和势能的分布;压强的表示方法和单位换算;静力学原理的工程应用。守恒原理质量守恒;流量,平均流速;流动流体的机械能守恒(柏努利方程;压头;机械能守恒原理的应用。流体流动的内部

3、结构层流和湍流的基本特征;定态和稳态的概念;管流数学描述的基本方法;剪应力分布。流体流动的机械能损失沿程阻力损失(湍流阻力的研究方法“黑箱法”;当量的概念(当量直径,当量长度,当量粗糙度;局部阻力损失。管路计算管路设计型计算的特点、计算方法(参数的选择和优化,常用流速;阻力损失对流动的影响;简单的分支管路的计算方法。流量和流速的测量毕托管、孔板流量计、转子流量计的原理和计算方法。非牛顿流体的流动非牛顿流体的基本特性。第二章流体输送机械(4学时管路特性被输送流体对输送机械的能量要求;管路特性方程;带泵管路的分析方法过程分解法。离心泵泵的输液原理;泵的功率、效率和实际压头及其影响因素;离心泵的工作

4、点和流量调节方法;汽蚀和离心泵的安装高度;离心泵的选用。其它泵容积式泵的工作原理、特点和流量调节方法(以往复泵为主。气体输送机械气体输送的特点及全风压的概念;气体输送机械的主要特性;风机的选择;压缩机和真空泵的工作原理,获得真空的方法。第三章液体搅拌(2学时典型的工业搅拌问题;搅拌的目的和方法;搅拌装置,常用搅拌浆的型式,挡板及其它构件;混合效果的度量(均匀性的标准偏差、分割尺度和分割强度;混合机理;搅拌功率;搅拌器经验放大时需要解决的问题。其它混合设备介绍。第四章流体通过颗粒层的流动(5学时固定床当量和平均的方法;颗粒和床层的基本特性;固定床压降的研究方法数学模型法;影响压降的主要因素。过滤

5、过滤方法及常用过滤机的构造;过滤过程的物料衡算;过滤速率方程间接实验的参数综合法,过滤速率、推动力和阻力的概念;过滤速率方程的积分应用;洗涤时间;过滤机的生产能力;加快过滤速率的途径。第五章颗粒的沉降和流态化(5学时自由沉降球形颗粒的曳力系数及斯托克斯定律;沉降运动极限处理方法;沉降速度及其计算;降尘室的流量、沉降面积和粒径的关系;颗粒分级概念;旋风分离器的工作原理及影响性能的主要因素,粒级效率的概念。力学分离方法的选择。流态化流化床的工业应用和典型结构;流化床的主要特性;流化床的操作范围(起始流化速度和带出速度。气力输送的实际应用第六章传热(12学时传热过程加热和冷却方法;传热速率。热传导傅

6、利叶定律;常用工程材料的导热系数;导热问题分析方法(热量衡算和导热速率式;一维导热的计算。对流给热牛顿冷却定律变量分离法;自然对流、强制对流(湍流、液体沸腾、蒸汽冷凝的给热系数及其影响因素。辐射单个物体的辐射和吸收特性(Stefan Boltzmann定律,Kirchhoff定律;黑体和灰体;两黑体间的相互辐射;两物体组成封闭系统中的辐射换热。间壁换热过程热量衡算和传热速率式换热过程的数学描述方法;传热平均温度差,热阻和传热系数工程处理方法;壁温的计算。传热计算传热设计型问题的参数选择和计算方法;传热操作型问题的讨论和计算方法;间歇传热过程计算的基本方法。换热器列管式换热器的设计与选型;常用换

7、热器的结构;换热设备的强化和其它类型。第七章蒸发(2学时蒸发过程及设备工业蒸发实例;蒸发过程的目的、方法及特点;常用蒸发器的结构;沸点升高和传热温度差损失。单效蒸发的计算物料衡算。第八章气体吸收(8学时概述工业吸收过程;气体吸收的目的、原理及实施方法;物理吸收和化学吸收;吸收过程的经济性。气液相平衡亨利定律,温度、总压对平衡的影响;相平衡与吸收过程的关系。扩散与单相传质分子扩散;对流传质与有效膜模型(双膜理论的概念。相际传质相际传质速率方程,传质分系数和总系数的关系;传质推动力与传质系数的关系传质速率的工程处理方法;溶解度对两相传质阻力分配的影响。吸收过程数学描述低浓度气体吸收的假定;物料衡算

8、、传质速率吸收过程数学描述方法;H OG,N OG的分解变量分离法;计算N OG的对数平均推动力法和吸收因数法;物料衡算及操作线的含义。吸收过程设计吸收过程设计中参数的选择,指定分离要求下的最小液气比;返混及其对过程的影响。吸收操作操作型问题的命题和解法,影响吸收结果的操作因素分析。第九章精馏(14学时概述典型工艺过程中的精馏操作,蒸馏操作的目的、原理及实施方法,蒸馏操作的经济性。双组分溶液的汽液相平衡相律的应用;理想溶液的汽液相平衡及泡、露点计算;相对挥发度;平衡蒸馏与简单蒸馏。精馏用传质观点分析精馏原理;恒摩尔流的简化假设,理论板和板效率工程简化处理方法;控制体物料衡算、操作线方程及q线方

9、程。双组分精馏的设计型计算精馏设计型计算的命题;理论板数的逐板计算法;用图解法分析精馏过程的方法;全回流和最少理论板数,最小回流比;回流比的选择;双组分精馏过程的其它类型。双组分精馏的操作型问题讨论精馏操作型问题的命题;分离能力和物料衡算对精馏操作的制约和调节;灵敏板的概念。间歇精馏间歇精馏过程的特点及应用场合。多组分精馏基础流程方案的选择和关键组分的概念。第十章气液传质设备 (3学时气液传质过程对塔设备的要求。板式塔板上的气液接触状态;塔内非理想流动及其改善;漏液、液泛及有效操作范围(负荷性能图;常用塔板型式及其主要特性;板式塔的效率。填料塔常用填料及其特性(比表面、空隙率、填料因子等;气液

10、两相在填料塔内的流动、压降、最小喷淋密度和液泛现象;塔径计算方法;填料塔内的传质(传质系数和HETP。第十一章液液萃取(2学时概述液液萃取的工业实例;萃取的目的、原理和实施方法。相平衡三角形相图;部分互溶物系的相平衡;分配系数与选择性系数。萃取过程的计算物料衡算与杠杆定律;单级萃取。超临界萃取超临界萃取的概念。第十二章其它传质分离方法(3学时结晶结晶原理、实施方法和工业应用。吸附吸附原理、实施方法和工业应用。膜分离反渗透原理及应用;超滤原理及应用;电渗析原理及应用。传质分离方法的选择。第十四章固体干燥(6学时概述化工产品干燥实例;固体干燥的目的、原理及实施方法。干燥静力学湿空气的状态参数及其计

11、算;I-H图及其应用;水分在气固两相间的平衡。干燥动力学恒定气流条件下物料的干燥速率及临界含水量。干燥过程计算间歇干燥过程的干燥时间;连续干燥过程的特点,物料衡算,热量衡算。常用干燥设备常用干燥设备的主要组成部分及特性。三、建议教学进度第一章流体流动(14学时,包括绪论第二章流体输送机械(4学时第三章液体搅拌(2学分第四章流体通过颗粒层的流动(5学时第五章颗粒的沉降和流态化(5学时第六章传热(12学时第七章蒸发(2学时第八章气体吸收(8学时第九章精馏(14学时第十章气液传质设备 (3学时第十一章液液萃取(2学时第十二章其它传质分离方法(3学时第十四章固体干燥(6学时(化工原理实验另外单独设课,

12、化工原理课程设计也另外单独设课四、教学方法教学思想:培养学生创新能力、树立工程观点和掌握工程问题的处理方法。在教学过程中,教师以科学的方法论为指导,贯彻“少而精、重基础”的教学原则。通过启发式和讨论式教学激发学生的思维和学习积极性,达到教师与学生的双向互动。课程框架:体现了“两条主线、三个层次、两类问题”的科学框架。两条主线是指贯穿化工单元操作的传递过程主线和处理工程问题的方法主线,体现了课程的科学性和系统性,教学按照“过程分析过程的数学描述实例分析”方式展开,体现“定性定量应用”三个层次,应用问题按设计型和操作型分类,从应用中提炼工程观点。教学手段:采用齐鸣斋等编化工原理多媒体课件,2002年,化学工业出版社。设有化工原理课程网站,展示教材、教学大纲、习题、思考题、答案、授课教案、复习资料、多媒体素材等资源,并提供答疑留言板,具有双向互动的功能。此外,在课外举办每年一届的“化工原理大奖赛”、学生课余实验研究等创新实践活动,培养学生的创