化工原理
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—— 课程团队
课程概述

《化工原理》课程是化学工程与工艺、轻化工程、新能源科学与工程、食品科学与工程、制药工程、环境工程、应用化学等相关专业的科类基础课。

《化工原理》课程是以三传理论为基础,介绍流体流动、流体输送机械、机械分离、传热等化工单元操作的工作原理、工艺过程计算(物料衡算及热量衡算)、典型化工设备的设计、标准设备的选型及生产过程原理。《化工原理》课程理论与实践联系紧密,本课程以大量习题、例题、辅以实验、课程设计等实践教学,为学习化学工程及相关专业的学生打下坚实的理论基础。通过线上学习与线下学习相结合教学模式辅以课堂讨论、课堂作业、章节小结、章节测试、期末汇考等方式,培养学生分析问题、解决问题的能力,使学生具有开发、设计和管理三大技能。

课程大纲

化工原理》(上)

Principles of Chemical Engineering

 

一、课程简介

《化工原理》上)课程是化学工程与工艺、轻化工程、新能源科学与工程、食品科学与工程、制药工程、环境工程等相关专业的科类基础课

《化工原理》上)课程是以三传理论为基础,介绍化工的单元操作的工作原理、工艺计算、化工典型设备的设计、标准设备的选型及生产过程原理。《化工原理》是联系理论与实践的一门科类基础课程,以大量习题、例题、辅以实验、生产实习、课程设计,为学习工程专业学生的学习打下坚实的理论基础。通过课堂教学、实验操作、平时与课堂作业、课程论文或章节小结、章节测试、期末汇考等方式,培养学生分析问题、解决问题的能力,使学生具有开发、设计和管理三大技能。

二、教学目标和要求

通过本课程的学习,要求学生掌握流体流动、流体输送机械筛分、沉降、过滤、传热等单元操作的基本原理及典型设备的设计计算方法,为进一步学习专业课程及从事工程实践奠定必要的理论基础。同时,通过各个教学环节的学习,培养学生的工程观点,使学生理解动量传递、热量传递与质量传递的共性与特殊性,提高分析和解决工程实际问题的能力。

三、与相关课程联系和分工

《化工原理》课程是在掌握高等数学、大学物理、普通化学、分析化学、工程制图、工程力学、物理化学、机械设计基础、计算机应用技术等课程的基本理论和基本知识之后开设。为材料化工类创新实验班的学生学习专业课程供必要的理论基础。

四、教学方法和考核方式

本课程与工程结合紧密,为了使学生能够容易地掌握各单元操作的基本原理以及基本的理论知识,形象地了解和掌握各单元操作的过程,采用多种教学手段:幻灯、视频教学;教学模型与实物教学;多媒体教学等。

《化工原理》课程的工程性、实践性较强,根据其特点引导学生明确课程考试的真正目的,加强平时的课程考核,注重创新能力和创新思维的提高。通过课堂讲授、习题讨论、章节检测、作业考评、课堂提问、课程论文与期末考试(闭卷笔试)相结合,创新考核机制,执行考核方式多元化。加强能力考核,平时注重提高学生综合运用知识分析问题、解决问题,提高学生的思维能力、实践能力、创新能力。最终考核成绩=期末成绩40% + 期中成绩15% + 章节测试15% + 课程论文15% + 作业成绩10% + 考勤成绩5%

五、教学内容和学时分配

学时分配

  

讲授学时

实验、上机、实训等

备注

第一章

18

 

 

第二章

8

 

 

第三章

8

 

 

第四章

16

 

 

第五章

8

 

 

合计

50

 

 

(一)理论教学内容

第一章  流体流动

1.目的要求

正确认识流体特性,静止与流体流动规律;掌握静力学与动力学方程及其间关系,熟练计算流体流动的能量损耗;掌握管路设计;正确使用流量计及性能转换;了解变换流体流动形式,使其流动具经济合理性。

2.重点难点

柏努利方程式的理解及应用于解决实际工程问题,流体在管道内部流动时的阻力损失分析与计算。

3.要点(或知识点)

第一节  静止流体的基本方程

1.密度、比重

2.压力、重度

3.流体静力平衡方程

4.液柱压差计

第二节  流体流动的基本方程

1.概述

2.连续性方程

3.总能量衡算

4.伯努利方程

第三节  流体流动现象

1.粘度与牛顿粘性定律

2.流动型态

3.管内液体的速度分布

第四节  管内流体流动的阻力损失

1.范宁公式

2.层流的磨擦阻力

3.因次分析

4.湍流的磨擦阻力

5.非圆管内的流动阻力

6.局部阻力。

第五节  管路计算

1.简单管路计算

2.复杂管路计算

第二章  流体输送

1.目的要求

了解常用流体输送的设备类型、特性、正确选型;掌握离心泵工作原理、基本结构、主要性能参数、特性曲线的意义、用途、测量方法;了解离心泵产生气缚与蚀现象的原因及防止措施;掌握离心泵的安装高度的计算、流量调节、泵的选择原则;了解离心通风机的性能与选用。了解各输送设备的操作与维修。

2.重点难点

离心泵的理论压头的意义,离心泵汽蚀现象的发生原因及防止措施,离心泵安装高度的限制。

3要点(或知识点)

第一节  离心泵

1.离心泵的操作原理、构造与类型

2.理论压头、实际压头

3.主要性能参数

4.特性曲线及应用

5.离心泵工作点与流量调节

6.离心泵的的选择与安装高度计算

第三章  机械分离

1.目的要求

熟悉流体与单个固体颗粒的相对运动;掌握各种分离设备的操作原理;掌握理想沉降室的沉降条件及生产能力、旋风分离能力的估算;理解过滤基本原理、过滤速率、过滤推动力的意义;掌握恒压过滤的计算;了解过滤设备;掌握板框过滤机的计算。

2.重点难点

恒压过滤的基本方程式的推导、理解与应用,恒压过滤速率、洗涤速率、过滤时间、过滤面积的计算。

3.要点(或知识点)

第一节  筛分

1.固体颗粒大小的表示法

2.泰勒标准筛

3.筛析及计算

第二节  沉降

1.重力沉降速度

2.降尘室

3.离心沉降速度

4.旋风分离器

第三节  过滤

1.引言

2.设备

3.过滤理论

4.过滤计算

第四章  传热

1.目的要求

了解各种传热方式,熟悉各种传热速率的计算;正确计算传热的有效温差;掌握影响传热的各种复杂因素,提出强化传热的措施;正确设计主要类型的换热器;用传热的理论正确指导生产。

2.重点难点

傅立叶定律、牛顿冷却公式、对流传热过程,间壁传热的热量衡算。

3要点(或知识点)

第一节  概述

1.传热在化工上的应用

2.传热的基本方式

第二节  热传导

1.傅立叶定律

2.导热系数

3.平壁稳定热传导

4.园筒壁稳定热传导

5.保温层的临界厚度

第三节  两流体间的热量传导

1.热交换过程分析

2.对流传热系数

3.总传热系数

4.对数平均温度差

第四节  对流与对流传系数

1.影响因素、因次分析法

2.流体强制对流时传热系数

3.自然对流的传热系数

4.蒸汽冷却时的传热系数

5.液体沸腾时的传热系数,传热系数关联式,边界层对传热的影响

6.传热的NTU法

六、授课教材和参考资料

1.授课教材

《化工原理》(第四版,上册)谭天恩主编,化工出版社,2013

2主要参考书目

《化工原理》(上、下册)王志魁,刘丽英,刘伟. 北京:化学工业出版社,2010

《化工原理》(上、下册)姚玉英主编. 天津:天津大学出版社,2010

《化工原理学习指引》周荣琪. 北京:化学工业出版社,2014

《化工原理学习指导》(第二版)匡国柱. 大连:大连理工大学出版社,2009

化工原理习题精解》何潮洪. 北京:科学出版社,2003

预备知识
  1. 高等数学

  2. 大学物理

  3. 物理化学

  4. 工程制图

证书要求
  1. 单元测试:占20%,每次测试题为10个单选题+10个填空题,共4次;

  2. 单元作业:占20%,单元作业采用学生互评 。评5份以上其他同学的作业后方可获得他人互评,全部完成互评的学生将给与所得分数的100%,未完成互评的学生将给与所得分数80%,未参与互评的学生将给与所得分数的50%;

  3. 参与课堂讨论:占10%;

  4. 考试成绩:占50%

  5. 总评成绩:60~84分为合格,获得证书;85分及以上获得优秀证书。

参考资料

《化工学习指导》叶启亮. 高等教育出版社,2016

《化工原理800例》(第2版)王湛主编. 北京:国防工业出版社,2007

《化工原理学习指引》周荣琪. 北京:化学工业出版社,2014

《化工原理学习指导》(第二版)匡国柱. 大连:大连理工大学出版社,2009

化工原理习题精解》何潮洪. 北京:科学出版社,2003