化工原理(上册)
分享
课程详情
课程评价
spContent=“化工原理”是化工相关专业的主干专业基础课程。其应用传递理论研究化工单元操作,以过程工程为背景,使学生在理论和实践上掌握单元操作的过程与设备原理,进而完成设计型和操作型计算,提高分析和解决问题能力。包括流体流动基础、流体输送设备、流体与颗粒的相对运动、传热过程及换热器和蒸发5章。
—— 课程团队
课程概述

化工原理是化学工程与工艺、电化学、应用化学、工业催化、高分子化工、环境与生物工程、化学工程与工艺(国际班)等专业大类主干专业基础课程。本课程应用传递过程基础理论研究化工单元操作基本原理。该课程以过程工程为教学背景,使学生在理论和实践上掌握单元操作的过程与设备原理,进而完成相应的设计型和操作型过程与设备计算,提高分析问题和解决问题的能力。另外,该课程介绍过程工程研究领域的最新进展能够激励学生的创新精神。

大连理工大学的办学定位,是建设国际知名的高水平研究型大学,化工类及其相关专业培养化学工程领域的高级专业人才,本课程是化工类及其相关专业的专业基础课,它是在高等数学、物理学、物理化学等课程的基础上,研究化工单元过程的基本原理及单元过程的研究和设计计算方法。通过本课程的学习使学生掌握化学工程的基本研究方法以及化工单元过程的设计方法,掌握化工单元设备的工艺设计和设备的核算选型,培养学生的工程观念,提高其分析问题和解决实际问题的能力。

 

课程的重点、难点及解决办法

本课程的重点是化工过程的基本研究方法、典型单元过程的原理、及设计计算以及典型过程设备的工艺计算。

化工过程的基本研究方法、典型单元过程的原理、及设计计算以及典型过程设备的工艺计算是化工原理课程的基本内容,这些内容是化工类及其相关专业学生必须掌握的基本技能,因此必须作为课程的重点内容讲授,力求使学生能够通过本课程的学习形成较为系统的化学工程问题的研究方法体系,对典型的单元过程原理做到融会贯通,深刻理解,并能够熟练地进行典型单元的过程设计和设备工艺设计。

本课程的难点在于从基础课程向专业课程的过渡,学生由于长期学习理科特征比较强的数学、物理等课程,不熟悉工程课程的特点,没有工程观念,缺乏化工过程和化工设备的感性认识,因而学习化工原理课程比较困难。在进行本课程学习前,我们组织学生进行认识实习,培养学生对化工过程的感性认识和对化工过程的了解(实践实训教学)。在授课过程中,突出对学生工程观念的培养,使学生逐步体会工程课程的特点,形成学习工程类课程的学习方法,逐步适应工程课程的特点。实践证明该方法能够较好地解决这一问题。

授课目标
1 掌握化工单元操作的基础知识,具有设计分析单元设备的能力 2 培养化工职业道德和操守,理解技术伦理和个人价值取向 3 掌握化工单元的设计方法,培养创新意识 4 培养责任担当、贡献社会、保护环境的意识,熟悉化工行业标准 5 培养使用工程技术语言的沟通和交流能力 6 了解化学工程的发展趋势
课程大纲


《化工原理(上册)》教学大纲

(学分 3 ,学时 48 

一、课程的性质与任务

化工原理(A)是化学工程与工艺、电化学、应用化学、工业催化、高分子化工、环境与生物工程、化学工程与工艺英强等专业大类主干基础课程。本课程应用传递过程基础理论研究化工单元操作基本原理。该课程以过程工程为教学背景,使学生在理论和实践上掌握单元操作的过程与设备原理,进而完成相应的设计型和操作型过程与设备计算,提高分析问题和解决问题的能力。另外,该课程介绍过程工程研究领域的最新进展能够激励学生的创新精神。

二、课程内容、基本要求与学时分配

三大传递过程作为主线贯穿化工原理(上册)课程主要内容,具体包括典型单元操作:基于动量传递的流体输送、机械分离等;基于热量传递的换热、蒸发等、基于质量传递的精馏、吸收等。

(一)绪论                                                                                  1学时

1.         了解化工原理课程的形成、发展及其在化学工程学科中的地位。

2.         掌握化工单元操作与传递过程的概念、化工原理课程内容与性质。

(二)流体流动                                                       14学时

1.         了解流体的特征;流体流动考察方法;流体的作用力和机械能。

2.         掌握流体静力学;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。

3.         掌握流体动力学;流量与流速;稳态和非稳态的概念;基于质量守恒的连续性方程;流动流体的机械能守恒(Bernoulli方程);压头;机械能守恒原理的应用;动量守恒原理及其应用。

4.         掌握流体流动阻力;Newton粘性定律;流体流动的内部结构 层流和湍流的基本特征;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;沿程阻力损失计算(Fanning公式、Hangen-Poiseuille公式);局部阻力损失计算(当量长度法、局部阻力系数法)。

5.         了解Newton流体的流动基本特性。

6.         掌握管路计算;管路设计型计算的特点、计算方法;管路操作型计算的特点、计算方法;阻力损失对流动的影响;简单管路和复杂管路的计算方法。

7.         了解可压缩流体管路阻力的计算方法。

8.         掌握流速和流量的测量;Pitot管、孔板流量计、Venturi流量计、转子流量计的原理和计算方法

(三)流体输送设备                                                                                   8学时

1.             掌握离心泵基本结构、工作原理和性能参数;离心泵基本方程;影响离心泵理论压头的主要因素;离心泵的功率、效率和实际压头。

2.             掌握离心泵特性曲线;管路特性方程;离心泵的工作点和流量调节方法;离心泵的并联和串联;理性泵组合运转工况分析;离心泵的安装高度;汽蚀余量;离心泵的选用。

3.             了解容积式泵的工作原理、特点和流量调节方法(以往复泵为主)。

4.             了解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;不同风机终压或压缩比范围;压缩机和真空泵的工作原理;获得压缩空气和真空的方法。

(四)流体通过颗粒(床层)的流动及机械分离                               7学时

1.       掌握颗粒与颗粒床层的特性;流体与颗粒间的相对运动;表面曳力和形体曳力;球形颗粒的曳力系数及Stokes定律;重力沉降;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;旋风分离器工作原理;影响旋风分离器性能因素;粒级效率的概念。

2.       掌握流体通过颗粒床层的流动;影响固定床压降的主要因素;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;过滤速率方程应用(恒压过滤、恒速过滤);洗涤时间;过滤机的生产能力;加快过滤速率的途径。

3.       掌握流态化;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(临界流化速度和颗粒带出速度);气力输送的实际应用。

4.       了解气体净化的其他方法。

(五)传热                                                            15学时

1.         了解工业生产过程中的传热过程;加热和冷却方法;传热速率概念。

2.         掌握热传导的概念;Fourier定律;常用工程材料的导热率;一维导热的计算。

3.         掌握对流传热的概念;热边界层;Newton冷却定律;表面传热系数。

4.         掌握流体无相变化时对流表面传热系数的经验关联;了解流体无相变化时对流表面传热系数的经验关联(蒸汽冷凝与液体沸腾)

5.         了解辐射传热的基本概念、Stefan Boltzmann定律、Kirchhoff定律和辐射传热计算方法。

6.         掌握传热过程的计算;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;传热设计型问题的参数选择和计算方法;传热操作型问题的分析讨论和计算方法。

7.         掌握列管式换热器的设计与选型;了解常用换热器的结构;换热设备的强化和其它类型。

(六)蒸发                                                             3学时

1.         了解工业蒸发实例;蒸发过程的目的、方法及特点;常用蒸发器的结构。

2.         掌握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。

3.         掌握单效蒸发过程计算;物料衡算、热量衡算和传热速率方程

4.         了解多效蒸发;提高加热蒸汽经济性措施;蒸发设备。

三、课程的其它教学环节

化工原理(上册)课程包括课堂教学、课程设计和实验教学三个环节。其中课程设计和实验教学分别另有独立教学大纲。

四、说明

本课程的先修课程为:《高等数学》、《工程数学》、《物理学》、《物理化学》等,本课程的后续课程为《化工单元过程与设备课程设计》、《化工原理实验》。

五、课程使用的教材和主要参考书

使用教材:都建、王瑶 主编《化工原理》(第三版)(上).高等教育出版社,2015


预备知识
《高等数学》、《工程数学》、《物理学》、《物理化学》等。


证书要求

 本课程为百分制,其中要求如下:

1、参与课堂讨论(10分),占10%

2、单元测验(20分),占20%(共5次,每次约20道选择题);

3、单元作业(20分),占20%(共5次,每次一道综合计算题);

4、期末考试(50分),占50%(包括填空题、问答题;计算题);

5、最后总成绩为60-80分为合格,颁发成绩合格证书;最后总成绩为80分及以上为优秀,即可获得优秀证书。




参考资料

1)王瑶 主编《化工原理学习指导》(第三版).高等教育出版社,2016

2)潘艳秋、贺高红 主编 《化工原理》(第三版)(下).高等教育出版社,2015

 3Warren L. McCabe, Julian C. Smith, Peter Harriott. Unit Operations of Chemical Engineering, Seventh Edition, McGraw-Hill companies, Inc. 2005.