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化工原理教学大纲Principles of Chemical Engineering课程编码： 27A22301 学 分： 5.5 课程类别： 专业基础课计划学时： 104 其中讲课： 72 实验或实践： 32 适用专业：制药工程推荐教材：陈敏恒，潘鹤林，齐敏斋，化工原理（少学时），华东理工大学出版社，2013年参考书目：1. 蒋维钧，戴猷元，顾惠君编著.化工原理（第二版），清华大学出版社，2003年2. 姚玉英主编.化工原理（第一版），天津科学技术出版社，1993年3. 丛德滋，丛梅，方图南，化工原理详解与应用，化学工业出版社，2002年课程的教学目的与任务化工原理是制药工程专业一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基本过程，其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程，包括流体流动过程、传热过程和传质过程。化工原理课程的目的是使学生获得常见化工单元操作过程及设备的基础知识、基本理论和基本计算能力，并受到必要的基本操作技能训练。为学生学习后续专业课程和将来从事工程技术工作，实施常规工艺、常规管理和常规业务打好基础。课程的基本要求基本要求如下：1）能正确理解各单元操作的基本原理；了解典型设备的构造、性能和操作原理，并具有设备选型及校核的基本知识。2）熟悉主要单元操作过程及设备的基本计算方法；掌握基本计算公式的物理意义、应用方法和适用范围；具有查阅和使用常用工程计算图表、手册、资料的能力。3）熟悉常见化工单元操作要领。4）具有选择适宜操作条件、探索强化过程途径和提高设备效能的初步能力；具有运用工程技术观点分析和解决化工单元操作一般问题的初步能力。各章节授课内容、教学方法及学时分配建议（含课内实验）绪论 建议学时：2教学目的与要求 了解化工原理课程的性质和学习要求。教学重点与难点 化工原理课程中三大单元操作的分类和过程速率的重要概念的内涵；使学生通过对课程性质的了解，把基础课程的学习思维逐步转移到对专业技术课程的学习上，在经济效益观点的指导下建立起工程观念。了解本课程的性质、任务、研究对象和研究方法。本课程与本专业其他有关课程的关系。 授 课 方 法 多媒体教学为主，课堂讨论和学生练习相结合。授 课 内 容第一节 化工过程与单元操作的关系，化工生产过程的特点 ，化工工艺学与化学工程学 的性质，单元操作的任务；化工原理课程的性质、内容，基础理论，典型单元操作，相关课程；第二节 化工原理课程规律和重要基础概念，物料衡算，能量衡算，单位换算和公式转换，平衡关系，过程速率，经济效益。第一章：流体流动与输送机械 建议学时：12教学目的与要求 1. 理解流体的主要物性数据求取及不同单位之间的换算。2. 了解流体流动的连续性、稳定性和两种流动类型及判别。3. 掌握流体力学方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用。4. 掌握流体在管道中流动中流动阻力的计算方法，流体适宜流速的选择及管道直径的确定。5. 了解管道的构成，管件，阀门的作用及简单管路和复杂管路的计算要求。6. 掌握管路中流体的压力、流速和流量的测定原理及方法。皮托管、孔板流量计和转子流量计的测量原理，简单结构和性能。教学重点与难点 流体力学方程、连续性方程、柏努利方程的内容及应用；流体在管道中流动中流动阻力的计算方法，流体适宜流速的选择及管道直径的确定。授 课 方 法 多媒体教学为主，课堂讨论和学生练习相结合。开设流体流动阻力实验和离心泵特性曲线实验。授 课 内 容1.1概述1 流体流动的实例2 流体流动的基础概念3 牛顿粘性定律：流体的黏性，流体的黏度，理想流体与黏性流体。4 流体流动中的机械能1.2流体静力学1静力学方程推导过程、使用条件、物理意义和例题。2压强能和位能3压强的静力学测量方法压力与压力差的测量（U管压差计、双液U管微压差计），液位的测量，液封高度的计算。1.3流体流动中的守恒原理1质量守恒连续性方程2机械能守恒流体系统的总能量衡算方程，流体系统的机械能衡算方程柏努力方程，对伯努利方程的讨论。1.4流体流动阻力1流动的类型与雷诺数、边界层 1.1流动型态与雷诺准数雷诺准数，流型划分，当量直径与水利半径。 1.2层流分子的动量传递 1.3涡流特征与涡流传递湍流的特点与表征，雷诺应力与涡流传递 1.4边界层与边界层分离现象边界层的形成与发展，边界层的分离与形体阻力。 2 流动阻力 2.1 管流阻力计算的通式压力降管流阻力的表现，直管摩擦力与范宁公式。 2.2管内层流的摩擦阻力 2.3管内湍流的摩擦阻力与量纲分析量纲分析，管内湍流的摩擦阻力。 2.4非圆形管的摩擦阻力层流阻力，湍流阻力。 2.5管道上的局部阻力阻力系数法，当量长度法。管道阻力的计算小结。1.5流体输送管路的计算1 阻力对管内流动的影响2管路计算简单管路、复杂管路的计算。1.6流速和流量的测量测速管，孔板流量计，文丘里流时计及转子流量计的构造，原理及应用。流量计的选型，安装及使用。1.7流体输送机械1管路特性曲线2离心泵构造及原理3离心泵参数及特性曲线4离心泵的安装高度与选用1.8 往复泵1.9 气体输送机械第二章：传热 建议学时：12教学目的与要求 1. 了解热传导的基本原理，掌握傅立叶定律及平壁和圆筒壁的热传导计算。2. 理解对流传热的基本原理，牛顿冷却定律及影响对流传热系数的因素，掌握对流传热系数的物理意义及经验关联式的用法，使用条件及注意事项。3. 理解辐射传热的基本概念及两固体辐射传热的计算。4. 掌握传热过程的计算，传热速度方程式，传热负荷，平均温度差，总传热系数计算及了解强化传热过程，途径。5. 了解工业生产中常用换热器的类型，结构，并能进行列管式换热器的选型计算。教学重点与难点 对流传热的基本原理，牛顿冷却定律及影响对流传热系数的因素，对流传热系数的物理意义及经验关联式的用法，使用条件及注意事项；辐射传热的基本概念及两固体辐射传热的计算；传热过程的计算，传热速度方程式，传热负荷，平均温度差，总传热系数计算及了解强化传热过程，途径。授 课 方 法 多媒体教学为主，课堂讨论和学生练习相结合。开设传热实验。授 课 内 容2.1概述热传导及导热系数，对流，热辐射，冷热流体热交换方式及换热器，载热体及其选择。2.2传热机理2.3 热量衡算及传热速率方程1传热速率方程2热量衡算3传热基本方程 4热传导过程 4.1 平壁一维稳态热传导单层平壁一维稳态热传导，多层平壁一维稳态热传导。 4.2圆筒壁的一维稳定热传导单层圆筒壁的一维稳定热传导，多层圆筒壁的一维稳定热传导2.4对流传热1对流传热机理和对流传热系数对流传热机理，热边界层及对流传热系数。2对流传热的量纲分析影响对流传热系数的因素，对流传热过程的量纲分析。3流体无相变时的对流传热系数流体在管内的强制对流，流体在换热器的管间作强制对流，自然对流。4流体有相变时的对流传热系数蒸气冷凝，流体沸腾传热。5非牛顿型流体的传热流体在管内作强制层流时的对流传热系数，流体在管内作强制湍流时的对流传热系数。2.5辐射传热黑体、镜体、透热体和灰体，物体的辐射能力E，普朗克定律、斯蒂芬玻耳兹曼定律及基尔霍夫定律，两固体间的辐射传热。2.6传热过程计算2.7换热器1间壁式换热器的结构形式管式换热器的结构形式，板式换热器的结构形式，特殊形式换热器。2换热器传热过程的强化增大传热面积，增大平均温度差，增大传热系数。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换热器设计的基本原则，设计与选型的具体步骤。第三章：非均相机械分离过程 建议学时：10教学目的与要求 1. 了解重力沉降和离心沉降的基本原理，沉降速度基本计算方法及沉降定，旋风分离器的主要性能。2. 掌握过滤操作的基本概念，过滤和过滤速率，恒压过滤，恒速过滤，掌 握恒压过滤常数的计算方法和测定方法。 教学重点与难点 气态非均相物系与液态非均相物系。非均相物系分离在化工生产中的应用。授 课 方 法 多媒体教学为主，课堂讨论和学生练习相结合。开设恒压过滤实验。授 课 内 容 3.1概述3.2沉降分离1颗粒相对于流体的运动颗粒的特性，球形颗粒的自由沉降，阻力系数，影响沉降速度的因素。2重力沉降自由沉降时沉降速度的计算，重力沉降设备。3离心沉降离心力沉降速度及分离因素，离心沉降设备（旋风分离器和旋液分离器。3.3过滤1流体通过固体颗粒床层的流动固体颗粒群的特点，固体颗粒层的特征，流体通过固体颗粒床层的压力降。2过滤操作的基本原理过滤方式，过滤介质，滤饼的压缩性和助滤剂。3过滤的基本方程滤液通过滤饼的流动，过滤速度与滤液流速，滤饼阻力，过滤介质的阻力，过滤基本方程。4恒压过滤5恒速过滤与先恒压后恒速的过滤6过滤常数的测定恒压下K，V，(qe)的测定，压缩性指数s的测定。7过滤设备板框压滤机，加压叶滤机，转筒真空过滤机，过滤式离心机。8滤饼的洗涤9过滤机的生产能力间歇过滤机的生产能力，连续过滤机的生产能力。第四章：吸收 建议学时：10教学目的与要求 通过本章学习，掌握气体吸收的基本概念（包括吸收的原理与流程，吸收过程的平衡关系与速率关系等）、掌握低组成气体吸收过程的计算方法以及填料塔的基本知识（包括填料的类型与性能评价，填料塔的流体力学性能与操作特性等）。 教学重点与难点 低组成气体吸收过程的计算方法。授 课 方 法 多媒体教学为主，课堂讨论和学生练习相结合。开设吸收实验。授 课 内 容4.1 概述1 气体吸收过程与流程2 气体吸收的类型3 吸收剂的选择4.2 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 4.3 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4.4 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4.5 吸收系数 1 吸收系数的测定 2 吸收系数的经验公式 3 吸收系数的准数关联式4.6填料塔 1 塔填料 2 填料塔的流体力学性能与操作特性 3 填料塔的内件第五章：精馏 建议学时：10教学目的与要求 通过本章学习，掌握精馏的原理，精馏过程的计算和优化，板式塔的基本结构、特性、操作和调节。 教学重点与难点 精馏的原理，精馏过程的计算和优化。授 课 方 法 多媒体教学为主，课堂讨论和学生练习相结合。开设精馏实验。授 课 内 容5.1 概述 1 精馏过程的分类 2 精馏分离的特点5.2 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平衡 3 气液相平衡的应用 5.3 精馏 1 精馏操作流程 2 简单精馏5.4 两组分连续精馏的计算 1 理论板的概念和恒摩尔流的假定 2 物料衡算与操作线方程 3 理论板数的计算 4 回流比的影响及选择 5 简捷法求理论板数 6 几种特殊情况下理论板数的计算 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与节能5.5 两组分连续精馏的核算 1 精馏的核算2 精馏塔的温度分布与灵敏板 5.6 板式塔 1 塔板的类型及性能评价 2 塔板的结构 3 板式塔的流体力学特性和操作性能 4 板式塔的设计尺寸计算 第六章：其他传质分离方法 建议学时：8教学目的与要求 通过本章学习，掌握传质与分离过程的基本概念和传质过程的基本计算方法，为后面传质单元操作过程的学习打下良好基础。 教学重点与难点 传质过程的基本计算方法。授 课 方 法 多媒体教学为主，课堂讨论和学生练习相结合。开设萃取实验。授 课 内 容6.1概述 1 传质分离方法 2 相组成的表示方法6.2 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6.3 液液萃取 1 液液萃取过程 2 两相的接触方式 3 液液相平衡 4 萃取过程的计算 5 萃取设备第七章：固体干燥 建议学时：8教学目的与要求 通过本章学习，掌握描述湿空气性质的参数及其计算方法，能熟练进行干燥过程的计算（包括物料衡算、热量衡算、干燥速率与干燥时间）。了解干燥器的类型、选型依据及提高干燥过程热效率的方法。 教学重点与难点 湿空气的性质，状态参数及H-I图的应用；干燥过程的物料衡算及热量衡算。授 课 方 法 多媒体教学为主，课堂讨论和学生练习相结合。开设干燥实验。授 课 内 容7.1 湿空气的性质及温度图1 湿空气的性质 2 湿空气的H-I图7.2 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 7.3 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7.4 干燥器 1 干燥器的主要类型2 选择干燥器的依据3 提高干燥器热效率的方法撰稿人：路文娟 审核人：刘拥军 教学内容、方式及过程安排实验一：流体流动阻力实验（必做） 建议学时：5教学目的与要求 学习直管摩擦阻力、直管摩擦系数的实验方法；掌握直管摩擦系数与雷诺数和相对粗糙度之间的关系及其变化规律；学习局部阻力的测定方法；学习压强差的几种测量方法和技巧；掌握坐标系的选用方法和对数坐标系的使用方法。教 学 方 式 教师检查预习情况和讲授实验内容，示范操作，现场讨论和指导，实验结束检查数据并签字认可。场所及条件要求6-106、6-107。流体流动阻力装置。作 业 要 求 撰写实验报告，全部解答实验教材思考题。注 意 事 项 实验过程中不得在实验室饮食，不得看手机和其他无关书籍等。实验二：离心泵特性曲线实验（必做） 建议学时：4教学目的与要求 练习离心泵的操作；测定某型号离心泵在一定转速下，H（扬程）、N（轴功率）、h（效率）与qv（流量）之间的特性曲线；了解文丘里及涡轮流量计的构造及工作原理；测定节流式流量计的雷诺数Re和流量系数C的关系。教 学 方 式 教师检查预习情况和讲授实验内容，示范操作，现场讨论和指导，实验结束检查数据并签字认可。场所及条件要求 6-106、6-107。离心泵特性曲线实验装置。作 业 要 求 撰写实验报告，全部解答实验教材思考题。注 意 事 项 实验过程中不得在实验室饮食，不得看手机和其他无关书籍等。实验三：液-液传热实验（必做） 建议学时：2教学目的与要求 掌握套管对流传热系数的测定方法，加深对其概念和影响因素的理解，应用线性回归法，确定关联式中常数C、m的值。掌握列管传热系数K的测定方法。教 学 方 式 教师检查预习情况和讲授实验内容，示范操作，现场讨论和指导，实验结束检查数据并签字认可。场所及条件要求 6-106、6-107。液液传热实验装置。作 业 要 求 撰写实验报告，全部解答实验教材思考题。注 意 事 项 实验过程中不得在实验室饮食，不得看手机和其他无关书籍等。实验四：吸收实验（必做） 建议学时：5教学目的与要求 了解吸收装置的基本流程和操作特性，加深对传质过程的了解；了解填料塔和板式塔的结构，测定其流体力学性能；通过用水吸收二氧化碳，研究物质传递过程，确立吸收传质系数与操作条件、塔结构及填料性质的关系。教 学 方 式 教师检查预习情况和讲授实验内容，示范操作，现场讨论和指导，实验结束检查数据并签字认可。场所及条件要求 6-106、6-107。吸收实验装置。作 业 要 求 撰写实验报告，全部解答实验教材思考题。注 意 事 项 实验过程中不得在实验室饮食，不得看手机和其他无关书籍等。实验五：板式精馏塔性能测定（必做） 建议学时：4教学目的与要求 了解板式塔的结构，观察塔内气、液流动状态；测定回流比对精馏操作的影响；测定精馏塔在全回流下的全塔效率及单板效率；测定精馏塔在全回流下的塔体温度分布；测定精馏塔在部分回流下的全塔效率。教 学 方 式 教师检查预习情况和讲授实验内容，示范操作，现场讨论和指导，实验结束检查数据并签字认可。场所及条件要求 6-106、6-107。板式精馏塔实验装置。作 业 要 求 撰写实验报告，全部解答实验教材思考题。注 意 事 项 实验过程中不得在实验室饮食，不得看手机和其他无关书籍等。实验六：流化干燥实验（必做） 建议学时：5教学目的与要求 了解流化床干燥器的结构特点与操作；测定被干燥物料的床层压降与流速的关系曲线；测定湿物料的干燥曲线；测定湿物料的干燥速度曲线，并确定临界含水量。教 学 方 式 教师检查预习情况和讲授实验内容，示范操作，现场讨论和指导，实验结束检查数据并签字认可。场所及条件要求 6-106、6-107。流化干燥实验装置。作 业 要 求 撰写实验报告，全部解答实验教材思考题。注 意 事 项 实验过程中不得在实验室饮食，不得看手机和其他无关书籍等。实验七：过滤实验（必做） 建