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1、化工原理D（64学时）教学大纲英文名称：Principle of Chemical Engineering学 分：4 学 时：64 学时 理论学时：48学时 实验学时：16 学时先修课程：高等数学、普通物理、物理化学、无机化学、有机化学适用专业：自动化、轻化工程、化学等专业教学目的： 本课程是在学生学完预修课程: 高等数学、物理学和物理化学等课程学习的基础上开设的一门专业基础课，是一门工程学科的课程。使学生掌握研究化工生产中各种单元操作的基本原理，过程设备和计算方法。培养学生具有运用课程有关理论来分析和解决化工生产过程中常见实际问题的能力。并为后续专业课程的学习打下必要的基础。教学要求：1 熟
2、练掌握最基本的单元操作的基本概念和基础理论，对单元过程的典型设备具备基础的判断和选择能力；2 掌握本大纲所要求的单元操作的常规计算方法，常见过程的计算和典型设备的设计计算或选型；3 熟悉运用过程的基本原理，根据生产上的具体要求，对各单元操作进行调节；4 了解化工生产的各单元操作中的故障，能够寻找和分析原因，并提出消除故障和改进过程及设备的途径。教学内容： 绪论（2学时）1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2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3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
3、关系 过程速率 经济效益基本要求： 了解化工原理课程的性质和学习要求。重 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。难 点： 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。 第一章 流体流动（14学时）1概述 流体的特性 连续介质模型2流体静力学原理和应用 流体密度 流体静压强 流体静力学基本方程 U型压差计3流体流动中的守恒定律 流体流动的连续性方程及其应用 定态流动 柏努利方程及其几何意义和应用 流线与轨线4流体流动的阻力 管流现象 流动型态层流和湍流 雷诺数的物理意义和临界值 流动阻力分
4、析 管流阻力计算 牛顿粘性定律 管流速度分布 边界层的发展和和分离5流体流动阻力的计算直管阻力计算式 层流时的摩擦系数 湍流时的摩擦系数海根-泊稷叶公式 布拉修斯公式 范宁公式 局部阻力系数法和当量长度法 非圆管道的当量直径计算法 因次分析法 Moody图及其使用6管路计算 简单管路与复杂管路 简单管路计算的方程组 管路的设计型计算 管路的操作型计算 空气、水在管中的常用流速范围 简单管路的典型试算法7流速和流量的测量 皮托管 孔板流量计 文丘里流量计 转子流量计基本要求： 熟练掌握流体静力学基本方程式，连续性方程式和柏努利方程式及其应用；正确理解流体的流动类型和流动阻力的概念；掌握流体流动阻
5、力的计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。了解测速管，文丘里流量计,孔板流量计和转子流量计的工作原理和基本计算。重 点： 流体流动过程中的基本原理及流体在管内的流动规律；柏努利方程式的应用；流体在管道内的流动阻力产生的原因和摩擦阻力的计算；简单管路的计算。难 点： 流体的不同流型的摩擦系数及其计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。第二章 流体输送机械（6学时）1离心泵的结构和工作原理 叶轮的构造及其类型 泵壳的作用 气缚现象与灌泵2离心泵的性能参数和特性曲线及影响因素 泵的流量、扬程、 轴功率和效率参数 升扬高度 扬程、轴功率 效率与流量的关系曲线 泵的设计点和离心泵的铭牌参数 液
6、体物理性质对特性曲线的影响 泵的转速和叶轮直径对特性曲线的影响3离心泵的工作点和流量调节 管路特性曲线方程式 改变阀门的开度、改变泵的转速及叶轮直径对离心泵工作点的影响 离心泵的串联和并联4离心泵的安装和选型 汽蚀现象 安装高度 离心泵的类型 离心泵的选型5其他类型的流体输送机械 往复泵 风机基本要求： 掌握离心泵的性能参数、泵的特性曲线、工作点和流量调节；了解离心泵安装高度的确定原则；正确选用离心泵的型号。重 点： 离心泵的特性曲线及其影响因素 ; 管路特性曲线方程式。难 点：离心泵的工作点的改变 ; 离心泵安装高度的计算。第三章 传热及换热器（12学时）1概 述 传热的基本方式 冷、热流体
7、热交换的形式 传热速率和热通量及其相互关系 传热在化工生产中的应用2热传导 温度场与傅立叶定律 导热系数的物理意义 温度和压力对导热系数的影响 平壁和圆筒壁的热传导过程的特点 壁内温度分布形式 接触热阻 热传导速率的计算式 3对流传热对流传热过程分析 对流传热过程的分类 牛顿冷却定律影响对流传热系数的主要因素 无相变化流体的对流传热系数准数关联式 有相变化流体的传热系数关联式 对流传热系数的一般范围传热系数计算公式中的解析方法、因次分析法和纯经验法的应用 4传热过程计算 冷、热流体间壁传热过程的分解 传热速率方程式及其物理意义 无相变化与有相变化时热负荷的计算 恒温传热与变温传热平均温差的计算
8、 推导对数平均温度差的简化假设条件 总传热系数的意义和计算 传热面积的计算与壁温的估算 换热器的设计型计算 换热器的核算型计算 5换热器换热器的分类 传热过程的强化途径 换热器的设计与选型基本要求：熟练掌握热传导的基本原理，傅立利定律，平壁与圆筒壁的稳定热传导及计算，掌握对流传热的基本原理，牛顿冷却定律，对流传热系数关联式的用法和条件；熟练运用传热速率方程并对热负荷、平均温度差、总传热系数进行计算；要求能够根据计算结果及工艺要求选用合适的换热器。了解列管换热器的结构特点及其应用。重 点：傅立叶定律及其一维稳态热传导应用；牛顿冷却定律和影响对流传热系数的主要因素；流体在圆形直管内强制湍流传热及对
9、流传热系数的计算；换热器的热负荷计算，对数平均温度差的计算；总传热系数的计算；换热器的设计型计算。难 点：传热过程中传热速率、传热推动力和热阻的基本概念；流体的相态的物理性质，流动状况和类型以及传热设备的型式对对流传热过程的影响；对流传热系数的类比法的应用，换热器的总传热系数与对流传热系数的关系及其简化应用；换热器的核算型计算。 第五章 液 体 蒸 馏（12学时）1概述 蒸馏原理与蒸馏操作 闪蒸2双组分体系的汽液平衡 理想体系的汽液平衡 非理想体系的汽液平衡3双组分简单蒸馏 简单蒸馏4双组分连续精馏 连续精馏原理与过程分析 基本型连续精馏塔的设计型和操作型计算 其它类型的连续精馏基本要求: 了
10、解蒸馏与蒸发的区别；掌握相对挥发的定义；了解闪蒸的原理；掌握用安托因方程计算平衡的汽液相组成；掌握 “txy”图线、泡点线和露点线；了解总压对泡点线和露点线的影响；了解正、负偏差溶液的形成和特点。了解简单蒸馏的计算；掌握精馏原理及回流的定义；掌握全塔物料衡算；掌握恒摩尔流假设；掌握五种进料状态；掌握平衡线、q线、精馏段操作线和提馏段操作线；掌握理论板的定义及全塔效率的概念。掌握全回流、最小回流比和最佳加料板位置的概念；掌握进料状态对理论塔板数的影响；掌握设计型计算中图解法、逐板计算法求解理论塔板数的方法；了解吉利兰快速估值法和芬斯克方程求最少理论塔板数。在操作型计算中，掌握进料浓度、回流比的变
11、化对塔顶产品和塔底产品的影响。了解直接蒸汽加热、分凝器、冷液回流、侧线出料和回收塔各自的特点。重 点: 相对挥发度 , “txy”图线 , 精馏原理 , 恒摩尔流假设 , 进料状态 , 操作线方程 , 操作型计算和设计型计算。 难 点: “txy”图线 , 精馏原理 , 操作型计算与判断。第六章 气 液 传 质 设 备（2学时）1 概述塔设备的分类塔设备的性能指标2 填料塔填料塔的结构填料的种类填料塔的流体力学性能和气液传质填料塔附件等板高度3 板式塔板式塔的结构塔板的型式塔板的流体力学性能塔板效率4 填料塔和板式塔的比较两种塔型的异同点塔型的选择基本要求：了解填料塔和板式塔的主要构件；掌握塔
12、内气液两相的流动状况和传质特性；了解常见的不正常操作情况和评价设备的基本性能；熟悉常规塔设备的一般计算方法。重 点：气体通过填料层的压力降；影响泛点气速的主要因素。板式塔的负荷性能图；筛板塔的设计。难 点：填料塔压降通用关联图及其应用；板式塔的操作参数与塔板结构尺寸的关系。实验教学：1.流体流动阻力测定实验（4学时） 基本要求： 测定流体流过光滑管与粗糙管的直管阻力，作出实测的摩擦系数与雷诺数曲线，并与教材中推荐的经验曲线或理论关系曲线相比较；测出一定开启度的闸阀的局部阻力系数数值。重 点：保证实验中的流动稳定，正确读取转子流量计读数和型压差计及压差传感器的读数。难 点：实验系统的气体排除，倒
13、型管压差计及压差传感器的使用。2.离心泵性能特性曲线测定实验（学时） 基本要求：测定离心泵在一定转速下输送水的特性曲线，即压头、轴功率和泵效率与流量曲线。重 点：了解离心泵的结构，操作要点；仪器的使用方法各操作参数的测定方法。难 点：离心泵的灌泵和启动；真空表和压力表的正确读数；涡轮流量计的正确使用；扭矩仪及压差传感器的正确读数。3.对流给热系数测定实验（4学时） 基本要求: 观察水蒸气在管外壁面冷凝的现象;学会用热电阻测量内管壁温的原理及测定方法,测出“水与水蒸汽”或“空气与水蒸汽”体系的传热膜系数，并与由经验式计算值相比较。重 点：了解套管换热器的结构；蒸汽中冷凝水和不凝性气体排放；流体流
14、量的稳定；热电阻的温度正确读取。难 点：保持蒸汽压力恒定；使传热处于稳定状态；冷凝液的液面恒定。4.精馏实验（4学时） 基本要求:掌握双组分连续精馏塔的实验原理及测定方法,测定“乙醇与水”体系的全塔效率或等板高度。重 点：了解精馏塔的结构；全回流条件下的总板效率或等板高度的测定。难 点：非理想物系的理论塔板数的求取。考核方式：理论课闭卷考试，实验成绩结合实验操作和实验报告得到。总平成绩结合理论考试和实验成绩得到。考题出自全国化工原理专业指导委员会编制的试题库。参考教材： 1管国锋,赵汝溥.化工原理(第二版)，化学工业出版社，2003 2冯晖,居沈贵,夏毅.化工原理实验，东南大学出版社，20033陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋.化工原理上册(第二版),化学工业出版社，19994陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋.化工原理下册(第二版)，化学工业出版社，20005. 柴诚敬,张国亮.化工流体流动与传热，化学工业出版社，20006. 贾绍义,柴诚敬.化工传质与分离过程，化学工业出版社，2001