材料化工基础课件.doc

材料化工基础课程进度表该课程属必修课，上课周数总共13周（1-4，8-16周），每周两次课，总计26次课，并以此制定课程进度表。本课程以讲授为主，并辅助图例演示、讨论、自学、学生讲授等形式进行。课次课程内容1绪论2流体流动-流体静力学3流体流动-流体动力学4流体流动-流动阻力5流体流动-管路计算6流体流动-输送机械7传热-传热基础8传热-传热方程9传热-对流传热10传热-换热器11非均相机械分离-沉降分离12非均相机械分离-过滤13吸收-吸收基础14吸收-低含量气体吸收15吸收-填料塔16精馏-精馏基础17精馏-两组分溶液的气液平衡18精馏-双组分精馏理论塔板数计算19精馏-板式塔20其它传质分离方法-液液萃取21其它传质分离方法-结晶22其它传质分离方法-吸附分离23其它传质分离方法-膜分离24固体干燥-干燥基础25固体干燥-干燥过程计算26固体干燥-干燥器课次1 绪论学习目的与要求通过绪论的学习，应了解化工原理课程的主要内容，单元操作的分类和特点，工程学科的研究方法，本课程的学习要求，掌握单位制及单位换算方法。课程重点与难点1 单元操作的定义与本质2 化工过程的理论基础3 本学科的研究方法特点课程内容1 化学工业和化工工程介绍，特点与发展2 化工原理课程内容3 单元操作定义，分类4 化工原理研究方法5 化工原理理论基础6 单位，单位制度和单位换算7 本课程的学习要求授课方法讲授和讨论与物理和化学等课程比较研究方法差异课次2 流体静力学学习目的与要求通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律分析和计算流体静力学的有关问题。课程重点与难点1 流体流动的三个假设2 流体的静力学方程的意义3 流体静压力特性课程内容1 流体流动的三个假设内容，背景和意义2 流动中的流体受到的作用力定义3 压力单位制度4 流体静力学方程推导5 基于流体静力学方程的应用-压力和压力差测量授课方法讲授和演示与牛顿力学进行类比强调静力学来自于高中学的U型管原理课次3 流体动力学学习目的与要求通过本章的学习，应掌握流体在管内流动过程的基本原理和规律，并运用这些原理和规律分析和计算流体流动过程中的有关问题。课程重点与难点1 牛顿黏性定律的意义2 雷诺准数的意义3 质量衡算方程的意义4 机械能衡算方程的意义课程内容1 定态假定的内容和意义2 流量和流速的定义和表示3 黏度和牛顿黏性定律，以及流体类型介绍4 雷诺试验和雷诺准数，以及流动类型介绍5 黏度单位和换算6 质量衡算方程的意义和推导7 机械能衡算方程的意义和推导授课方法讲授，讨论和演示与热力学进行比较质能衡算让学生进行练习推导机械能守恒课次4 流体阻力学习目的与要求通过本章的学习，应掌握流体在管内流动的阻力问题，能够对流动阻力问题进行简单的分析和应用。课程重点与难点1 压力降的意义2 直管阻力分析和层流阻力分析3 量纲分析的意义4 摩擦系数和阻力的实际表示方法课程内容1 阻力，压力降的描述2 直管阻力的推导3 摩擦系数的含义，与动量传递关系的理解4 层流阻力的推导，摩擦系数与雷诺准数关系5 雷诺试验和雷诺准数，以及流动类型介绍6 量纲分析的原理7 圆形管的摩擦系数8 非圆形管的摩擦系数9 局部阻力的表示法授课方法讲授，讨论和演示，进行总结例1-4讲解，习题1-14进行练习课次5 管路计算学习目的与要求通过本章的学习，应掌握流体在管内流动的阻力计算问题，能够进行简单的管路设计和检查，了解测量仪器的原理和使用。课程重点与难点1 管路分析2 如何计算简单管路和复杂管路的阻力3 对各种测量仪器的了解和认识课程内容1 管路计算任务两类三种2 管路分析方法介绍3 简单管路计算原理和实例演示4 复杂管路计算任务和原理5 流量测量仪器介绍，测量原理和应用授课方法讲授，讨论和演示，学习指导课次6 输送机械学习目的与要求通过本章学习，掌握化工中常用流体输送机械的基本结构、工作原理和操作特性，能够根据生产工艺要求和流体特性，合理地选择和正确操作流体输送机械，并使之在高效下安全可靠运行。课程重点与难点1 管路特性方程2 认识各种输送机械的原理，使用条件等课程内容1 流体输送机械的分类2 管路特性方程的意义和来源3 离心泵的原理，结构，工作特性和应用条件4 往复泵的原理，结构，工作特性和应用条件5 气体输送机械的分类，原理和特性介绍授课方法讲授和演示课次7 传热基础学习目的与要求通过本章学习，掌握传热的基本概念，了解化工过程中的传热过程和常见的传热设备。课程重点与难点1 对流传热课程内容1 化工过程中传热要求，类型2 热传导定义，方程和导热系数3 对流传热定义，方程和对流传热系数4 热辐射定义，方程和介绍5 热交换方式和热交换器介绍6 载热体种类和选择授课方法讲授和演示课次8 传热方程学习目的与要求通过本章学习，掌握传热的基本原理和规律，并运用这些原理和规律去分析和计算传热过程的有关问题。课程重点与难点1 热阻和传热系数理解2 换热器的传热计算课程内容1 平壁和圆壁的一维传热方程，热阻意义，总传热系数2 换热器的平均温差法计算3 换热器的传热单元数法计算4 对流传热机理及其传热系数5 热辐射的传热方程，黑体，灰体概念授课方法讲授，与电阻类比课次9 对流传热学习目的与要求通过本章学习，掌握对流传热的基本规律，并运用这些规律去分析和计算对流传热过程的有关问题。课程重点与难点1 量纲分析的意义和应用2 对流换热的认识和计算课程内容1 对流传热的量纲分析2 无相变的对流传热及其经验方程3 有相变的对流传热及其经验方程4 无相变的对流传热应用实例分析5 有相变的对流传热应用实例分析授课方法讲授，图例分析课次10 换热器学习目的与要求通过本章学习，掌握换热器的工作原理和局限，能够在实际应用中进行选型工作。课程重点与难点1 强化传热操作2 换热器设计的基本原则3 实际应用中换热器的选型课程内容1 间壁式换热器类型及其特点介绍2 强化传热操作问题及其效果评价3 换热器设计的基本原则4 换热器的选型原则授课方法讲授和演示，进行图例分析课次11 沉降分离学习目的与要求通过本章学习，掌握沉降过程的原理、计算方法、典型设备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。课程重点与难点1 沉降分离原理的理解2 沉降设备的选型课程内容1 沉降概述-定义，分类和应用2 沉降分离原理-颗粒特性，自由沉降，干扰沉降，阻力系数3 重力沉降设备的结构和选型4 离心沉降-原理，分离因素，离心沉降设备5 沉降过程的强化授课方法讲授和演示，以沙尘暴天气的沉降这一现实问题为例课次12 过滤学习目的与要求通过本章学习，掌握过滤的原理、计算方法、典型设备的结构特性，能够根据生产工艺的要求，合理选择设备。课程重点与难点1 过滤方程的推导2 滤阻的意义课程内容1 过滤概述-定义，方式和滤质2 过滤方程的推导-恒速和恒压，过滤常数，滤阻计算3 各种压滤设备的结构和原理4 典型过滤设备的效率计算授课方法讲授和演示，以实验中的滤纸过滤，水污染处理进行讨论课次13 吸收基础学习目的与要求通过本章学习，应掌握吸收的基本概念和吸收过程的平衡关系与速率关系。课程重点与难点1 亨利定律的理解2 吸收速率方程的理解3 对流传质理论的理解课程内容1 吸收的原理和流程，吸收分类，应用和吸收剂的选择2 相平衡方程和溶解度曲线，温度压力影响讨论3 亨利定律介绍，传质方向判定和极限确定4 吸收速率方程-扩散和对流5 对流传质理论介绍，相际传质应用授课方法讲授和演示，以大气污染，水污染为例讨论课次14 低含量气体吸收学习目的与要求通过本章学习，应掌握吸收过程的平衡关系与速率关系，掌握低组成气体吸收的计算方法。课程重点与难点1 全塔物料恒算的掌握2 吸收塔高度计算的掌握课程内容1 全塔物料恒算的推导，意义2 操作线方程的推导和意义3 最小吸收比的推导和意义4 吸收塔塔径计算5 吸收塔塔高计算-传质单元数法6 吸收塔塔高计算-等板高度法7 吸收塔核算完整过程介绍授课方法讲授和图例演示课次15 填料塔学习目的与要求通过本章学习，应掌握掌握填料塔的结构、填料的类型、填料塔的流体力学性能与操作特性。课程重点与难点1 填料选型的掌握2 填料塔操作特性的认识课程内容1 填料类型，性能及其评价2 填料的选型3 填料塔的流体力学性能-持液量，压降4 填料塔的操作特性-气液分布，液泛，返混5 填料塔的附属结构-支承板，液体分布器，液体再分布器和除沫器授课方法讲授和图例演示课次16 精馏基础学习目的与要求通过本章学习，掌握蒸发操作的特点、蒸发设备的类型和选择，能够进行简单的物料恒算和热量恒算。课程重点与难点1 蒸发的物料恒算和热量恒算掌握课程内容1 蒸发操作及其要点，目的，蒸发分类2 蒸发设备的结构和原理介绍3 蒸发的物料恒算4 蒸发的热量恒算授课方法讲授和图例演示课次17 两组分溶液的气液平衡学习目的与要求通过本章学习，掌握两组分溶液的气液平衡计算和推导，精馏的原理与流程。课程重点与难点1 气液相图的掌握2 气液平衡方程的理解和应用3 平衡蒸馏过程的推导课程内容1 气液平衡相图介绍-温度-组成图；气-液相组成图2 气液平衡方程-拉乌尔定律，安托因方程3 气液平衡方程的应用-泡点，露点，组成计算4 平衡蒸馏过程的计算-物料恒算，热量恒算，气液平衡关系授课方法讲授，与物理化学课程的知识联系起来课次18双组分精馏理论塔板数计算学习目的与要求通过本章学习，掌握双组分溶液的精馏的塔板数计算，并能够进行简单的设计和选型工作。课程重点与难点1 精馏塔的认识2 模型假设的意义3 理论塔板数计算的推导课程内容1 精馏定义，精馏塔的种类，操作2 两个基本假定介绍和意义3 全塔物料恒算-操作线方程及其意义4 逐板计算法计算塔板数授课方法讲授和图例演示课次19板式塔学习目的与要求通过本章学习，了解板式塔的构造，工作状态和工作效率，能进行基本的选型工作。课程重点与难点1 板式塔的负荷性能图2 板式塔的效率计算课程内容1 塔板的基本结构，类型介绍和优缺点，塔板的性能评价2 板式塔流体力学性能-气液接触状态，塔板压降，液面落差3 板式塔的操作特性-漏夜，雾沫夹带，液泛4 塔板的负荷性能图5 塔的效率计算-有效高度，塔板效率授课方法讲授课次20液液萃取学习目的与要求通过本章学习，应掌握液液相平衡在三角形相图上的表示方法，能用三角形相图对单级萃取过程进行分析和计算。了解多级萃取过程的流程与计算方法；萃取设备的类型及结构特点。课程重点与难点1 三角形相图的理解和应用2 单级萃取的计算课程内容1 液液萃取原理和流程，分类和应用2 三角形相图表示法介绍-杠杆规则，溶解度曲线，分配曲线3 萃取剂的选择-选择性系数4 单级萃取的计算5 萃取设备的类型，结构和原理授课方法讲授，与物理化学课程中的相图联系起来课次21结晶学习目的与要求通过本章学习，应掌握溶液结晶的基本概念和原理；溶液的相平衡与过饱和度在结晶过程中的应用。了解各种工业结晶方法的特点与选择原则，以及工业结晶器的主要形式。课程重点与难点1 溶解状态图的认识和应用2 过饱和的概念课程内容1 结晶的类型，晶体介绍2 相平衡和溶解度曲线-过饱和3 结晶的机理和动力学-晶体生长的影响因素4 结晶设备授课方法讲授与自学相结合，自学结晶设备等章节课次22吸附分离学习目的与要求通过本章学习，应掌握吸附和解吸得概念，能掌握吸附等温线，能理解吸附传质机理，对各种吸附设备的结构，工作原理和工作条件能够有所了解。课程重点与难点1 吸附方程的理解2 固定床吸附过程的数学推导课程内容1 吸附和解吸的概念，类型，吸附剂介绍和基本特性2 吸附等温线-吸附平衡关系式3 吸附传质机理-吸附速率4 固定床吸附过程分析-吸附相的负荷曲线，流体相的浓度波与透过曲线5 固定床吸附过程的数学推导6 吸附分离工艺及设备授课方法讲授与自学相结合，自学吸附分离工艺及设备等章节课次23膜分离学习目的与要求通过本章学习，应掌握膜分离原理，理解各种膜分离过程的特点和适用范围，了解常见膜分离设备。课程重点与难点1 反渗透工艺的认识和理解2 超滤工艺的认识和理解课程内容1 膜分离的种类和特点2 分离用的膜的要求-截留率，透过速率3 反渗透的原理-浓差极化和透过速率，工业应用4 超滤的原理-浓差极化和透过速率，工业应用5 电渗析的原理和应用6 气体混合物分离和应用7 膜分离设备8 膜分离方法的选择授课方法讲授与自学相结合，自学电渗析，气体混合物分离，膜分离设备和膜分离方法等章节课次24干燥基础学习目的与要求通过本章学习，应掌握干燥的基本概念和原理；湿空气的性质及湿焓图。课程重点与难点1 湿焓图的认识和理解2 湿度概念的理解课程内容1 固体干燥方法，对流干燥2 干燥静力学-空气湿度及表示法，湿空气的焓3 绝热增湿过程分析4 气固两相水分分配-平衡蒸气压曲线授课方法讲授课次25干燥过程计算学习目的与要求通过本章学习，应掌握干燥过程的物料衡算与热量衡算方法；干燥过程的平衡关系与速率关系。了解干燥时间的计算。课程重点与难点1 干燥时间的计算2 干燥过程的恒算课程内容1 干燥动力学实验-干燥阶段2 间歇干燥过程的计算-干燥时间3 干燥过程的物料恒算4 干燥过程的热量恒算5 干燥过程的热效率授课方法讲授课次26干燥器学习目的与要求通过本章学习，应掌握干燥设备的类型及结构特点，并能在实际应用中进行选型工作。课程重点与难点1 掌握基本的干燥器选型课程内容1 干燥器的基本要求2 常用干燥器的类型授课方法学生讲解，老师点评课程目的1将书读薄* 认识动量传递、热量传递、质量传递* 理解基本方程的来龙去脉* 认识常见设备的结构和性能2将书读厚* 灵活运用基本方程解释生活中的现象 * 灵活运用基本方程解决化工核算过程 * 灵活运用基本方程解释设备的工作原理* 灵活运用基本方程确定设备的选择“态度决定一切、方法决定效率、细节决定成败”绪论1三传一反2单元操作3物料恒算、能量恒算4热力学平衡、动力学的速率方程5研究方法第一章 流体输运1静力学方程：* 静止流体剪切应力为0* 该方程是U型管原理反映* 压强表现为一种势能，如天气预报中的高压区和低压区* 等势概念* 气体等势只考虑P：整个空间压强相等，不依赖于位置* 固体等势只考虑gz* 液体等势考虑（P+gz）：压力差会流动2质量守恒：* 通过Reynold数来判定流速的极限，以选择管道直径* 用于不可压缩流体3机械能守恒：* 检测管道中的压强变化规律* 来自能量守恒和转换原理的应用* 管道阻力反映压力降：* 机械能变化反映损失和源头的总贡献4阻力计算问题* 阻力表现为压力降，源自于粘性（由机械能衡算与牛顿粘性定律联合得到）* 阻力计算涉及的公式：机械能衡算 ；损耗 （其它形式阻力参考直管阻力处理，简单实用）；阻力系数* 阻力系数计算从容器-管道，直管（层流，湍流，粗糙度），弯管，阀门，从管道-容器四部分之和5量纲分析* 任何物理量都可以表示为其影响因素的乘积 ，源自单位只因乘运算而改变，加运算则不变* 定理6管路特性方程来自于机械能横算： * 理想叶轮-无限多无限薄，“叶轮场”，流体只能限制在叶轮片上流动* 理想叶轮中流场分析：特性 ，确定压头H与流量，切向速度、叶片形状的关系 静压头来自于离心力做功和能量转换* 离心泵的比例定律： 流量 扬程 轴功率 * 叶轮设计：叶片前弯、后弯；肋筋增强；* 离心泵的压头-流量曲线：效率问题 * 离心泵的工作点：来自于管路和泵特性曲线的交汇* 泵选择：先看流体性质，再看输送条件（对液体，流量和扬程；对气体，风量和风压），最后看效率第二章 传热工程1热传导：傅立叶定律 一维热传导方程 （与欧姆定律类似，串联）热阻 （与电阻类似）接触热阻问题不可忽视2热对流：牛顿冷却定律 热阻 3热平衡：换热器里，热流体放出的热量=冷流体吸收的热量=传递的热量 考虑相变4总传热：换热器的重要方程，是一个对流-传导-对流的传热过程总热阻=管内阻+管内垢阻+壁阻+管外垢阻+管外阻 5换热器核算：平均温度差法 传热单元数法 ， 两个方法本质一样（数学代换处理）6辐射： 辐射能=反射能+透射能+吸收能普朗克方程 黑体定律 灰体定律 辐射越强，其吸收越强第三章 非均相机械分离1沉降，过滤，固体流态化，气体输送2沉降：速度分Stokes区、过渡区、湍流区 自由 Re, , 离心 3