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1、化工原理课程手册(教学规范)江苏工业学院化工原理教研室第一部分:化工原理理论课课程手册1第二部分:化工原理设计教学手册9第三部分:化工原理实验教学手册12第四部分:化工原理教学参考资料15第一部分:化工原理理论课课程手册课程:化工原理英文译名:Principles of Chemical Engineering课程性质:技术基础课,必修适应专业与年级:化学工程、应化、制药、材化、生化、轻化工和类似专业开课教研组:化工原理教研组学分:6-7学时:96-112 先修课程:高等数学、物理、物理化学、计算技术教材:化工原理(第二版)陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋编,化学工业出版社1999多媒体教学光盘
2、 四张参考书:丛德滋、丛梅、方图南 化工原理祥解与应用,化学工业出版社2002 一、本课程的地位、作用和任务: 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、教学基本要求:绪论典型化工
3、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 流体流动概述 流体流动的两种考察方法;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;动量守恒原理及其应用。流体流动的内部结构 层流和湍流的基本特征;定态和稳态的概念;湍流强度和尺度的概念;流动边界层及边界层分离现象;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
4、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);管路操作型计算的特点、计算方法;阻力损失对流动的影响;可压缩流体管路阻力的计算方法;简单的分支管路和汇合管路的计算方法。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;流动阻力计算。第二章 流体输送机械管路特性 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;影响离心泵理论压头的主要因素(流量、密度及气缚现象等);泵的功率、效率和实际压头;离心泵的工作点和流量调节方法;离
5、心泵的并联和串联;离心泵的安装高度,汽蚀余量;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
6、滤 过滤方法及常用过滤机的构造;过滤过程数学描述(物料衡算和过滤速率方程),过滤速率、推动力和阻力的概念;过滤速率方程的积分应用间接实验的参数综合法;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绕流基础 两类流动(内部流动和外部流动)问题;表面曳力和形体曳力;球形颗粒的曳力系数及斯托克斯定律。自由沉降 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。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
7、六章 传热传热过程 加热和冷却方法;传热速率。热传导 傅利叶定律;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;自然对流的起因和影响因素;管内层流给热、管内强制对流(湍流)给热系数经验式;沸腾给热和沸腾曲线;蒸汽冷凝给热。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计算。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;垢层热阻,壁温计算方法。传热计算 传热设计
8、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(传热单元数);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;常用换热器的结构;换热设备的强化和其它类型。第七章 蒸发蒸发过程及设备 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;管内气液两相流动型式;二次蒸汽和加热蒸汽的能位差别;沸点升高和传热温度差损失;加热蒸汽的经济性;蒸发设备的生产强度。单效蒸发的计算 物料衡算、热量衡算和传热速率方程。第八章 气体吸收 概述 工业吸收过程;气体吸收的目的、原理及实施方法;吸收过程的经济性与吸收剂的选择原则。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
9、程的关系。扩散与单相传质 分子扩散与费克定律,扩散系数;等分子反向扩散、单向扩散的概念;对流传质与传质分系数;传质与动量、热量传递的类比;对流传质与有效膜模型(双膜理论)。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、传质速率吸收过程数学描述方法; HOG,NOG的分解变量分离法;计算NOG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
10、命题和解法,影响吸收结果的操作因素分析。化学吸收 化学反应对吸收相平衡的影响;化学反应对吸收速率的影响,增强因子。第九章 精馏 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;非理想物系的活度系数计算(范拉方程,马古斯方程);平衡蒸馏与简单蒸馏。精馏 用传质观点分析精馏原理;精馏过程数学描述元过程法;恒摩尔流的简化假设,理论板和板效率工程简化处理方法;加料板上的过程分析;控制体物料衡算和操作线方程。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
11、精馏过程的方法;全回流和最少理论板数,最小回流比;加料热状态和回流比的选择;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。恒沸精馏与萃取精馏的基本概念。多组分精馏基础 流程方案的选择;泡露点计算;关键组分和物料衡算(清晰分割法、全回流近似法);最小回流比及塔板数捷算法。第十章 气液传质设备 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;筛板塔的计算方法及结构参数的调整;板
12、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;物料衡算与杠杆定律;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 单级萃取;多级错流萃取;多级逆流萃取的解析计算方法;完全不互溶物系萃取操作的计算。萃取设备 常用萃取设备的工作原理。超临界萃取和液膜萃取 超临界萃取的原理、实施方法及工业实例;液膜萃取的原理、实施方法及应用实例。第十二章 其它传质分离方法结晶 结晶原理
13、;晶习;溶解度曲线;形成过饱和度的方法;结晶速率及影响因素;物料衡算和热量衡算;结晶设备。吸附 吸附原理;常用吸附剂;吸附相平衡;吸附机理及吸附速率;固定床吸附过程分析和床高计算;吸附设备。膜分离 反渗透原理及工业应用;超滤原理及工业应用;电渗析原理及工业应用;气体膜分离原理;膜分离设备。第十三章 热质同时传递的过程热、质同时传递过程的工业实例;热、质同时传递过程的主要特点;过程的极限湿球温度与绝热饱和温度。第十四章 固体干燥概述 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
14、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,热量衡算及热效率。常用干燥设备 选型原则;常用干燥设备的主要组成部分及特性。三、授课内容学时分配 (注:112学时专业对和部分都为课堂讲授内容,为学生自学或选读内容,96学时专业 课堂讲授,学生自学,学生选读内容)绪论 () 第一章 流体流动 (16学时,包括绪论)1.1 概述(1) 流体的作用力和机械能 () (2) 牛顿粘性定律()1.2 流体静力学(1) 静止流体受力平衡的研究方法() (2) 压强和势能的分布()(3) 压强的表示方法和单位换算()(4) 静力学原理的工程应用()1.3 守恒原理(1) 质量守恒,流量,平均流速()(2) 流体流动的机械能守恒(柏努利方程),压头()(3) 机械能守恒原理的应用()1.4 流体流动的内部结构(1) 层流和湍流的基本特征()(2) 定态和稳态的概念()(3) 管流的数学描述的基本方法()(4) 剪应力分布()1.5 液体流动的机械能损失(1) 湍流阻力的研究方法-“黑箱法”()(2) 当量的概念(当量直径,当量长度,当量粗糙度)()(3) 局部阻力损失() 1.6 管路计算(1) 管路设计型计算的特点()(2) 计算方法(参数选择与优化,常用流速)()(3) 阻力损失对流动的影响()(4) 简单的分支管路的计算方法()1.7 流量