化工原理理论与实验

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1、 . 化工原理理论与实验- -日期： / 化工原理课程手册（教学规）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)敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋编，化学

2、工业1999多媒体教学光盘 四参考书：丛德滋、丛梅、方图南 化工原理祥解与应用，化学工业2002 一、本课程的地位、作用和任务：化工原理课程是化学工程、化工工艺类与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：

3、绪论典型化工产品生产实例；化工单元操作的历史梗概；本课程的性质与要回答的问题。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；动量守恒原理与其应用。流体流动的部结构 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；流动边界层与边界层分离现象；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

4、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）；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、密度与气缚现象等）；泵的功率、效率和实际压头；离心泵的工作点和流量调

5、节方法；离心泵的并联和串联；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 气体输送的特点与全风压的概念；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，挡板与其它构件；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

6、要因素。过滤 过滤方法与常用过滤机的构造；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(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与斯托克斯定律。自由沉降 沉降运动极限处理方法；沉降速度与其计算；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与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；流化床的操作围(起始流化速度和带出速度)。气力输送的实际

7、应用第六章 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；管层流给热、管强制对流(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

8、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(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 蒸发蒸发过程与设备 工业蒸发实例；蒸发过程的目的、方法与特点；常用蒸发器的结构；管气液两相流动型式；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、原理与实施方法；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；物料衡算与操作线的含义。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；返混与其对过程的影响。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、原理与实施方法，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与泡、露点计算；相对挥发度；非理想物系的活度系数计算(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；用图解法分析精

11、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与应用场合。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)；最小回流比与塔板数捷算法。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；塔非理想流动与其改善；漏液、液泛与有效操作围(负荷性能图)；常用塔板型式与其主要特性；筛板塔的计算方法与结构参数的调整；板式塔的

12、效率。填料塔 常用填料与其特性(比表面、空隙率、填料因子等)；气液两相在填料塔的流动、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、实施方法与工业实例；液膜萃取的原理、实施方法与应用实例。第十二章 其它传质分离方法结晶 结晶原理；晶习；溶

13、解度曲线；形成过饱和度的方法；结晶速率与影响因素；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；吸附机理与吸附速率；固定床吸附过程分析和床高计算；吸附设备。膜分离 反渗透原理与工业应用；超滤原理与工业应用；电渗析原理与工业应用；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、原理与实施方法。干燥静力学 湿空气的状态参数与其计算；I-H图与其应用；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与临

14、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，热量衡算与热效率。常用干燥设备 选型原则；常用干燥设备的主要组成部分与特性。三、授课容学时分配 （注：112学时专业对和部分都为课堂讲授容，为学生自学或选读容，96学时专业 课堂讲授，学生自学，学生选读容）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（）