《化工原理》教学大纲.doc

化工原理课程教学大纲一、课程名称1中文名称：化工原理2英文名称：Chemical Engineering Principles二、学时总学时194学时，其中讲授166学时 ，实验28学时。理论课教学计划总学时166学时，其中上册102学时（课堂讲授80学时，习题课18学时、课堂讨论2学时，机动2学时）；下册64学时（课堂讲授60学时，课堂讨论2学时，机动2学时）。三、开课学期开课学期：第五、六学期。四、课程考核要求考试课：课程总成绩由期末考试成绩和平时成绩、技能成绩三部分加权，期末考试占70%，平时成绩占10%，技能占20%。其中平时成绩由考勤、课堂表现、作业完成情况综合评定平时成绩，技能成绩由实验预习情况、实验操作、实验报告情况综合评定，期末采用闭卷考试方式考试。五、课程概述专业必修课，属工科科学，综合运用数学、物理、化学等基础知识，分析和解决化工类型生产中各种物理过程（或单元操作）问题的工程学科，担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用，研究方法主要是理论解析和实验研究，强调工程观点、定量运算和设计能力的训练、强调理论与实际相结合，提高分析问题、解决问题的能力。学生通过本课程学习，应能够解决一些典型化工单元操作过程的计算及设备选择等问题，并为后续专业课程的学习奠定基础。六、适用专业化学工程与工艺专业 本科七、课程教学要求和学时分配（一）化工原理课程理论部分教学大纲1.课程教学要求和学时分配流体流动 22学时（1）主要内容：流体的重要性质；流体静力学；能量衡算方程及其应用；流体的流动现象；流动在管内的流动阻力；管路计算；流量测量。（2）重点：流体静力学基本方程式，流体静力学基本方程式的应用，连续性方程，伯努利方程式的应用，流动类型与雷诺准数，层流时直管阻力损失计算，湍流时直管阻力损失计算，简单管路。（3）难点：伯努利方程，复杂管路（4）要求理解：流体静力学基本方程式，流体静力学基本方程式的应用，连续性方程，伯努利方程式的应用，流动类型与雷诺准数，层流时直管阻力损失计算，湍流时直管阻力损失计算，简单管路；掌握：流体的重要性质；流体静力学；能量衡算方程及其应用；流体的流动现象；流动在管内的流动阻力；管路计算；了解：复杂管路。流体输送机械 16学时（1）主要内容：离心泵的工作原理、性能参数与特性曲线、流量调节以及安装；其他液体输送机械简介；气体输送机械简介。（2）重点: 离心泵的特性曲线,离心泵的工作点与流量调节,离心泵的类型与选用。（3）难点:离心泵的安装高度。（4）要求理解：离心泵的工作原理；掌握：性能参数与特性曲线，离心泵的工作点与流量调节，离心泵的类型与选用；了解：其他液体输送机械简介；气体输送机械。机械分离与固体流态化 16学时（1）主要内容：颗粒与颗粒床特性；重力沉降与离心沉降的原理和操作；过滤分离原理与设备。（2）重点：重力沉降设备，过滤，流体通过固定床的阻力（3）难点：过滤（4）要求理解：颗粒与颗粒床特性，过滤分离原理；掌握：重力沉降的原理和操作，重力沉降设备，过滤，流体通过固定床的阻力；了解：过滤分离设备，离心机。液体搅拌 4学时（1）主要内容：搅拌器的性能和混合机理，搅拌功率简介。（2）要求：了解搅拌器的性能和混合机理；搅拌功率简介。传热 18学时（1）主要内容：传热概述；热传导；对流传热概述；传热过程计算；对流传热系数关联式；辐射传热简介；换热器简介。（2）重点：平壁热传导，圆筒壁的热传导，对流传热系数的经验关联式，热量衡算，总传热速率微分方程，总传热系数K，稳定传热的计算。（3）难点：对流传热的因次分析。（4）要求理解：传热概述，热传导，对流传热；掌握：平壁热传导，圆筒壁的热传导，对流传热系数的经验关联式，热量衡算，总传热速率微分方程，总传热系数K，稳定传热的计算；了解：对流传热的因次分析，换热器。蒸发 10学时（1）主要内容：蒸发设备、流程与操作特点；单效蒸发计算；多效蒸发简介。（2）重点：蒸发流程与操作特点；。（3）难点：多效蒸发（4）要求理解：蒸发流程的特点；掌握：单效蒸发计算；了解：多效蒸发，蒸发设备。传质与分离过程概论 6学时（1）主要内容：传质与分离方法，相组成的表示方法，质量传递的方式；传质设备简介。（2）重点：传质与分离方法，相组成的表示方法。（3）要求理解：传质与分离方法；掌握：相组成的表示方法，质量传递的方式；了解：传质设备。气体吸收 16学时（1）主要内容：吸收过程的平衡关系；吸收过程的速率关系；低组成气体吸收的计算（包括物料衡算与操作线方程、吸收剂用量的确定、塔径的计算、传质单元数法计算填料层高度等）；吸收系数简介；填料塔的结构与特点；填料塔的流体力学性能。（2）重点：亨利定律，物料衡算与操作线方程，吸收剂的用量与最小液气比，填料层高度的计算，吸收塔操作计算（3）难点：相平衡与吸收过程关系（4）要求理解：吸收过程的速率关系；掌握：吸收过程的平衡关系，低组成气体吸收的计算（包括物料衡算与操作线方程、吸收剂用量的确定、塔径的计算、传质单元数法计算填料层高度等），填料塔的流体力学性能；了解：吸收系数简介；填料塔的结构与特点；蒸馏 18学时（1）主要内容：两组分理想溶液的气液平衡；精馏原理与流程；两组分连续精馏的计算（包括理论板和恒摩尔流的概念、物料衡算和操作线方程、进料热状况的影响、理论板层数的计算、回流比的影响及其选择、塔高和塔径的计算等）；板式塔的结构；板式塔的流体力学性能与操作特性。（2）重点：物料衡算和操作线方程，进料热状况的影响，理论板层数的求法，回流比的影响与选择。（3）难点：进料热状况的影响、理论板层数的计算、回流比的影响及其选择。（4）要求理解：两组分理想溶液的气液平衡；掌握：精馏原理与流程；两组分连续精馏的计算（包括理论板和恒摩尔流的概念、物料衡算和操作线方程、进料热状况的影响、理论板层数的计算、回流比的影响及其选择、塔高和塔径的计算等）；了解：板式塔的结构；板式塔的流体力学性能与操作特性。液-液萃取和液-固浸取 6学时（1）主要内容：液-液萃取相平衡；萃取过程的计算；其他萃取技术简介；萃取设备。（2）重点：液-液萃取相平衡；单级萃取过程的计算。（3）难点：多级错流萃取，多级逆流萃取。（4）要求理解：液-液萃取相平衡；掌握：单级萃取过程的计算；了解：多级错流萃取，多级逆流萃取，萃取设备。固体物料的干燥 8学时（1）主要内容：湿空气的性质及湿度图；干燥过程的物料衡算与热量衡算；物料中所含水分的性质；干燥曲线、干燥速率与干燥速率曲线；干燥器。（2）重点：湿空气的性质，物料中含水量的表示方法，干燥器的物料衡算，物料中所含水分的性质，恒定干燥条件下干燥时间的计算。（3）难点：恒定干燥条件下的干燥速率。（4）要求理解：湿空气的性质及湿度图；掌握：湿空气的性质及湿度图的使用，物料中含水量的表示方法，干燥器的物料衡算，物料中所含水分的性质，恒定干燥条件下干燥时间的计算；了解干燥系统的热效率，干燥器的主要类型、选型、设计。其他分离方法 2学时（1）主要内容：结晶的基本概念；结晶过程的相平衡；结晶过程的动力学。（2）要求：了解结晶的基本概念；结晶过程的相平衡；结晶过程的动力学。2.教材、主要参考资料（1）教材柴诚敬主编.化工原理（上、下册）. 北京: 高等教育出版社.普通高等教育“十五”国家级规划教材. 2005（第一版）（2）参考书柴诚敬,张国亮. 化工流体流动与传热. 北京: 化学工业出版社, 2007（第二版）（二）化工原理课程实验部分教学大纲1.基本要求通过实验教学，学生应能巩固和加深对课堂教学内容的理解并得到化工实验技能的基本训练。（1）首先要求学生根据实验指导书在课下进行预习，并设计出原始数据表格；（2）进行实验前，给学生510分钟，熟悉实验设备流程、操作方法等；（3）指导教师提问问题，并讲解疑难问题、注意事项等；（4）实验小组为36人，学生独立操作完成实验；（5）将测试数据及有关的设备参数等记录在已经设计好的原始数据表格中；（6）实验结束后，指导教师检查原始数据并签字；（7）进行实验数据处理和分析，撰写实验报告要求原始数据完整、计算正确、图表规范、条理清楚、结果正确、有分析、有讨论、符合要求的工程实验报告，并在一周内完成，及时交予实验指导教师。如结果不理想，可与化工原理实验室教师联系，重新做实验。在一周内，完成实验报告。2.实验项目内容及学时分配（1）雷诺实验 2学时实验内容：观察流体在管内流动的两种不同流型； 在稳定流动情况下，测量流动形态转变时的临界的雷诺准数。基本要求：了解流体在管内流动的两种不同的流型；掌握流动形态转变时的临界的雷诺准数。（2）机械能转化实验 2学时实验内容：测量几种情况下的压头，并作分析比较；测定管中水的平均流速和不同位置的点速度，并作比较。基本要求： 观测动、静、位压头随管径、位置、流量的变化情况，验证连续性方程和伯努利方程；考察流体流经收缩、扩大管段时，流体流速与管径定量关系； 考察流体流经直管段时，流体压力降与流量定量的关系，流体流经截流件、弯头的压力降。（3）流体流动阻力的测定 2学时实验内容：本实验是通过水在管内流动，测定不同流量下的压力差；测定直管摩擦系数与雷诺系数Re的关系及湍流区内与Re的关系曲线；测定流体流经圆形直管（或管件）时的摩擦阻力及测定管件、阀门的局部阻力系数；计算出不同管径、阀门的阻力，掌握阻力产生的规律。基本要求：学习流量计的使用和操作；学习直管摩擦阻力pf、直管摩擦系数的测定方法，并确定摩擦系数与Re的关系；掌握直管摩擦系数与雷诺数Re和相对粗糙度的关系,比较光滑管和粗糙管的摩擦系数与流体雷诺准数Re之间的不同关系，了解粗糙度对的影响，学会测定方法及其变化规律；测定管件、阀门的局部阻力系数；学习压强差的几种测量方法和提高其测量精确度的技巧；把其它数据的处理结果(即、Re和的计算结果)以表格形式列出；在双对数坐标纸上绘出Re关系曲线。求出和的平均值。（4）离心泵特性曲线的测定 2学时实验内容：本实验是通过离心泵进行输水，测定不同流量下的压力差，用标准流量计测定出流量，找出离心泵流量与压力的关系，测定出离心泵的标准曲线。基本要求： 了解离心泵构造，熟悉离心泵的操作方法；掌握离心泵特性曲线的测定方法、表示方法，加深对离心泵性能的了解，并测定离心泵在一定转速下的特性曲线；了解离心泵的工作点与流量调节;掌握作图法处理实验数据;扬程的测量与计算；流量的测量与计算；轴功率的测量与计算；泵的效率计算。（5）过滤常数测定实验 2学时实验内容：通过本套实验装置可以测定恒压过滤方程式中常数K、q、,计算最终过滤速率、洗涤速率等。基本要求：了解板框过滤机的结构、流程及操作方法，测定某一压强下的过滤常数和洗涤速率与过滤末速率的关系。（6）空气-蒸汽给热系数测定 2学时实验内容：测量空气蒸汽对流给热系数，对实测数据用图解法求取准数关联式中的常数值，并与经验式进行比较。基本要求： 了解套管式换热器的构造；了解并掌握热电偶温度计和电位差计的使用及其温度测量；掌握测定对流传热系数的方法，并学会用实验方法将流体在管内强制对流时的实验数据整理成包括传热膜系数的准数方程式；学会传热速率与总传热系数的测定与计算；管内对流传热系数的估算；验证对流传热系数关联式；写出一组数据的计算过程,即计算示例;数据整理结果列成表格,在双对数坐标纸上作Re-Nu关系线,并由图求出式Nu=ARen中的A、n数值，并与关联式Nu=0.0183Re0.8进行比较，分析实验误差及原因。(7) 气-气列管换热实验 2学时实验内容： 换热器的传热系数的好坏不仅取决于冷热两流体的流动状态，也取决于换热器的形式。本实验采用冷热空气强制对流换热，测定列管式换热器的总传热系数，并测定管内与Re之间的关系。基本要求: 认识列管换热器结构，比较并流流动传热和逆流流动传热的特点；测定列管式换热器的总传热系数，测定管内与Re之间的关系；考察流体流速对总传热系数的影响。 (8) 填料吸收实验 4学时实验内容：本实验是在填料塔中用清水吸收二氧化碳，测定填料层高度Z和塔径D，测定塔顶和塔底气相组成，通过对吸收过程气体浓度的变化、气液传质面积的计算、传质速率计算，最终计算出气相传质系数。基本要求：了解填料吸收塔的构造、基本原理及流程；掌握总体积传质系数的测定方法；熟悉填料吸收塔的操作；了解气相色谱仪和六通阀的使用方法。(9) 筛板塔精馏过程实验 4学时实验内容：本实验是分离相对挥发度小混合物如乙醇-水恒沸物体系，选取筛板塔进行精馏分离，通过不同条件的精馏，测定分离效果，计算出理论塔板数，最后计算塔板效率。基本要求：了解筛板精馏塔及其附属设备的基本结构，掌握精馏流程的基本操作方法；掌握测定塔顶及塔釜组成xD、xw,并在x-y图上用图解法求取全回流时的理论板数NT；学会测定精馏塔全塔效率E T和单板效率的实验方法，研究回流比R对精馏塔分离效率的影响；学会识别精馏塔内出现的各种操作状态。(10) 洞道干燥实验 2学时实验内容：测定物料干燥速率曲线。基本要求：掌握物料干燥速率曲线的测定方法，了解操作条件改变后对不同的干燥阶段产生的影响。(11) 流化床干燥实验 2学时实验内容：通过本套实验装置可以掌握测定物料干燥速度曲线的工程意义；掌握物料干燥曲线的测定方法，并利用流化床测定含水硅