化工原理
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课程详情
课程评价
spContent=《化工原理》是化工及相近专业最重要的一门专业基础课,它在基础课如高等数学、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等与专业课如“三传一反”之间起承上启下作用。课程目标是让学生掌握有关化工单元操作的基本原理、计算方法和单元操作设备,为后续化工专业课程的学习及生产实践打下坚实理论基础。
—— 课程团队
课程概述

  本课程应用动量传递、热量传递及质量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。

授课目标
通过本门课程的学习,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。
课程大纲
南京工业大学教学大纲(2014年版)
执笔人:蔡锐审核人:
负责人:
课程名称化工原理A
课程英文名称Principles   of Chemical Engineering
所属学科化学工程与技术_0817所属知识领域81701 化学工程
课程代码 建议修读学期第四学期 
学分7总学时112
理论学时112实验学时 上机学时 
课程性质必修选修是否专业       核心课程
  
课程类别通识教育课程学科基础课程专业课程专业方向课程素质拓展课程
    
成绩构成平时30% 期末考试70% 
教学对象化学工程与工艺专业的本科生 
先修课程高等数学
普通物理
无机化学、有机化学
物理化学
参考书目管国锋,赵汝溥.《化工原理》(第三版),化学工业出版社,2008
陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋.《化工原理》上下册(第三版),化学工业出版社,2006
Warren L McCabe, Julian C Smith, Peter   Harriott. Unit Operations of Chemical Engineering, Sixth Edition. New York:   McGraw-Hill, 2001
 
课程简介(限200字以内)
化工原理(A)是化学工程与工艺专业的主干基础课程。本课程应用动量传递、热量传递及质量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。
英文课程简介
The Principle of Chemical Engineering A is the   major basic course for chemical engineering and technology major. The course   aims to introduce basic concepts and principles of momentum, heat and mass   transfer encountered in chemical process industries. It covers analytical,   empirical and numerical techniques for    momentum, heat and mass transfer problems. First, students can know   well in unit operation process and equipment principles; Second, they can  complete calculation in design , operating   calculation and equipment calculation further. In the end, the ability to   analyze and solve problems can be improved.  
教学目标(限500字以内)
通过本门课程的学习,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。学完本课程应达到以下基本要求:  1.掌握流体流动、沉降与过滤、传热、吸收、蒸馏等单元操作的基本原理。   2.熟练掌握流体流动、沉降与过滤、传热、吸收、蒸馏等单元操作的基本计算方法,了解基本计算公式的物理意义、使用方法和适用范围。    3.了解流体流动、沉降与过滤、传热、吸收、蒸馏等单元操作的典型设备的构造、性能和操作原理,了解设备选型的原则和校核计算方法。掌握用于解决复杂工程问题的工程基础和专业知识(1I),掌握工程科学基本原理(2A)。
教学内容
绪论 (2学时) 
绪论基本要求了解《化工原理》课程的性质和学习要求。
 1、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、基础理论   典型单元操作     相关课程
3、物料衡算 能量衡算 单位换算和公式转换 平衡关系 过程速率 经济效益
 
第一章流体流动(18学时) 
第一章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。
第一章教学内容及学时分布第一节[ 概述(0.5学时)]
1、流体的特性      连续介质模型
第二节[流体静力学原理和应用(2.5 学时)]
1、流体密度
2、流体静压强 
3、流体静力学基本方程
4、U型压差计
第三节[流体流动中的守恒定律(4 学时)]
1、定态流动 
2、流线与迹线 
3、流体流动的连续性方程 
4、柏努利方程及其意义 
5、柏努利方程的应用 
第四节[流体流动阻力(2学时)]
1、流动型态——层流和湍流 
2、雷诺数的物理意义和临界值 
3、流动阻力分析
4、管流阻力计算
5、牛顿粘性定律
6、管流阻力计算
7、管流速度分布
8、边界层的发展和和分离
第五节[流体流动阻力的计算(4学时)]
1、因次分析法 
2、Moody图及其使用
3、直管阻力计算式 
4、层流时的摩擦系数 
5、湍流时的摩擦系数
6、布拉修斯公式
7、范宁公式 
8、局部阻力系数法和当量长度法 
第六节[管路计算(3学时)] 
1、简单管路与复杂管路 
2、简单管路计算的方程组
3、管路的设计型计算
4、管路的操作型计算
5、空气、水在管中的常用流速范围
6、简单管路的典型试算法
第七节[流速和流量的测量(2学时)] 
1、皮托管
2、孔板流量计
3、文丘里流量计
4、转子流量计 


 
第二章流体输送机械(12学时) 
第二章基本要求了解离心泵的结构及基本方程式;掌握离心泵的性能参数及影响因素、泵的特性曲线、工作点和流量调节;掌握离心泵安装高度的确定原则;正确选用离心泵、风机的型号。了解其它类型流体输送机械。
第二章教学内容及学时分布第一节[ 概述(0.5学时)]
1、离心泵的结构和工作原理
第二节[离心泵的基本方程(1.5 学时)]
1、欧拉方程
2、速度三角形
第三节[离心泵的特性曲线及影响因素(2 学时)]
1、离心泵的操作性能参量 
2、离心泵的性能特性曲线 
3、泵的设计点和离心泵的铭牌参数 
4、液体物理性质对特性曲线的影响 
5、泵的转速和叶轮直径对特性曲线的影响 
第四节[离心泵的工作点和流量调节(2学时)]
1、管路特性曲线方程式  
2、管路特性曲线方程的影响因素  
3、工作点的调节 
4、离心泵的串联和并联 
第五节[离心泵的安装高度限制(2学时)]
1、汽蚀现象 
2、安装高度计算
第六节[离心泵的类型与选型(2学时)]
1、离心泵的类型 
2、离心泵的选型
第七节[离心式风机(1学时)] 
1、风机分类 
2、性能参数
3、特性曲线
4、风机选型
第八节[其他类型的流体输送机械(1学时)] 
1、往复泵 
2、喷射泵
3、齿轮泵
4、 旋涡泵 






第三章颗粒流体力学基础与机械分离(14学时) 
第三章基本要求球形颗粒和均匀床层的特性的理解;一维固定床层的流动压降的计算。正确理解液体过滤操作的基本原理;掌握过滤基本方程式及其应用;掌握过滤过程及设备的计算和过滤常数的测定方法。了解重力沉降运动的基本原理,掌握重力沉降设备的计算。
第三章教学内容及学时分布 [ 概述(0.5学时)]
1、非均相物系 
2、非均相物系分离的理论依据 
3、颗粒流体力学的研究内容 
4、非均相分离的方法和用途 
5、机械分离 
第一节[颗粒的几何特性(1.5学时)]
1、单颗粒的特性 
2、颗粒群的特性  
3、颗粒床层的特性 
第二节[液体通过固定床层的流动(2学时)]
1、固定床层的流动现象
2、毛细管束流动模型
3、模型参数的估值
4、Kozeny公式
5、 Ergun 公式 
第三节[悬浮液滤饼过滤(5学时)]
1、过滤的分类 
2、过滤速度基本计算式
3、过滤常数和过滤基本方程式及其应用
4、常见过滤设备的结构和操作与计算
第四节[颗粒沉降与沉降设备(3学时)] 
1、重力沉降过程和沉降速度的基本概念 
2、颗粒重力自由沉降计算式
3、沉降室的工艺计算
4、离心沉降的基本原理
5、旋风分离器的工艺计算
第五节[固体流态化(2学时)] 
1、固体颗粒床层的分类 
2、流态化操作特点
3、固体流态化的流体力学特性曲线
4、流化床的流化空速范围的计算 






第四章传热及换热器 (18学时) 
第四章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。
第四章教学内容及学时分布第一节[ 概述(1学时)]
1、传热的基本方式   
   
2、冷、热流体热交换的形式 
3、传热速率和热通量及其相互关系 
4、传热在化工生产中的应用 
第二节[热传导(2学时)]
1、温度场与傅立叶定律
2、导热系数的物理意义
3、温度和压力对导热系数的影响
4、平壁和圆筒壁的热传导过程的特点
5、壁内温度分布形式 
6、接触热阻
7、热传导速率的计算式
第三节[对流传热概述(0.5学时)]
1、给热定义
2、给热类型
3、牛顿冷却定律及给热系数
第四节[无相变流体的给热(2.5学时)]
1、影响给热的主要因素
2、温度边界层
3、无相变化流体的对流传热系数准数关联式
第五节[有相变流体的给热(2学时)]
1、蒸汽冷凝给热方式
2、蒸汽冷凝给热的影响因素
3、蒸汽冷凝给热计算
4、沸腾给热分类
5、沸腾给热的影响因素
第六节[辐射传热(2学时)]
1、物体的辐射能力          
        对流与辐射的并联传热
   
2、普朗克定律
3、斯蒂芬——波尔茨曼定律
4、克希霍夫定律
5、固体壁面间的辐射传热
6、对流与辐射的串联传热
第七节[串联传热过程计算 (4学时)]
1、冷、热流体间壁传热过程的分解     
          
        对流与辐射的并联传热
   
2、传热速率方程式及其物理意义
3、无相变化与有相变化时热负荷的计算
4、恒温传热与变温传热平均温差的计算
5、推导对数平均温度差的简化假设条件
6、总传热系数的意义和计算
7、传热面积的计算与壁温的估算        
        对流与辐射的并联传热
   
8、换热器的设计型计算
9、换热器的核算型计算
第八节[换热器(2学时)]
1、换热器的分类       
          
        对流与辐射的并联传热
   
2、传热过程的强化途径
3、换热器的设计与选型






第五章气体吸收 (14学时) 
第五章基本要求掌握吸收的概念、类型和目的;了解解吸的概念;掌握溶剂选择的原则;掌握亨利定律三种表达形式及相关的计算;掌握吸收与解吸的过程方向判断及过程推动力的计算。了解菲克定律的适用范围;掌握等摩尔相向分子扩散和分子单向扩散时,分子扩散速率与传质速率之间的关系;掌握摩尔相向分子扩散和分子单向扩散传质速率积分式的区别;了解气、液相分子扩散系数。了解吸收过程;掌握双膜理论;掌握汽、液相总传质系数的计算方法,以及推动力与阻力的关系;掌握气膜控制和液膜控制;掌握物料衡算和操作线方程;掌握汽、液相总传质单元高度及总传质单元数常用的计算方法;掌握设计型和操作型计算;了解其它吸收流程。
第五章教学内容及学时分布第一节[ 概述(1学时)]
1、吸收与传质          
   
2、物理吸收与化学吸收
3、吸收与解吸
4、溶剂的选择
第二节[汽液相平衡(2学时)]
1、平衡溶解度  
2、过程方向判断与过程推动力
第三节[分子扩散(2学时)]
1、分子扩散速率(菲克定律)      
        组分在气相、液相中的分子扩散系数
   
2、分子扩散传质速率
3、牛顿冷却定律及给热系数
第四节[对流传质(2学时)]
1、吸收过程         
2、吸收机理模型
3、对流传质速率
4、总传质系数
第五节[填料塔中低浓度气体吸收过程的计算(6学时)]
1、填料塔简介    
   
2、低浓度气体吸收的特点
3、物料衡算
4、填料层高层的计算
5、传质单元高度的计算 
6、传质单元数的计算
7、填料吸收塔的设计型计算 
8、填料吸收塔的操作型计算 
第六节[气体解吸(1学时)]
1、气体解吸特点
   
2、常用解吸方法
3、解吸过程计算






第六章液体蒸馏 (14学时) 
第六章基本要求了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   “t~x~y”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。了解间歇精馏的特点与计算,了解特殊精馏的特点。
第六章教学内容及学时分布第一节[ 概述(1学时)]
1、蒸馏原理   
   
2、挥发度   相对挥发度 
3、蒸馏分类 
4、闪蒸 
第二节[双组分体系的汽液平衡(2.5学时)]
1、理想物系   
    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
   
2、拉乌尔定律 
3、Antoine 方程
4、气液相平衡图 p-x t-x-y x-y 图
5、非理想体系的汽液平衡
第三节[双组分简单蒸馏(0.5学时)]
1、简单蒸馏原理
2、简单蒸馏计算
第四节[双组分连续精馏(6学时)]
1、连续精馏原理与过程分析 
2、物料衡算
3、恒摩尔流假设
4、精馏段、提馏段操作线
5、理论板与总板效率
6、基本型连续精馏塔的设计型和操作型计算
7、其它类型的连续精馏
第五节[间歇精馏(1学时)]
1、间歇精馏特点与计算
第六节[特殊精馏(1学时)]
1、萃取精馏          
        对流与辐射的并联传热
   
2、恒沸精馏  






第七章塔设备 (2学时) 
第七章基本要求了解填料塔和板式塔的主要构件;掌握塔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。
第七章教学内容及学时分布 [ 概述]
1、塔设备的分类         
   
2、塔设备的性能指标 
第一节[填料塔]
1、填料塔的结构    
2、填料的种类
3、填料塔的流体力学性能和气液传质
    填料塔附件  等板高度
      
4、填料塔附件
5、等板高度      
        组分在气相、液相中的分子扩散系数
   
第二节[板式塔综述]
1、板式塔气液流动类型              
2、板式塔的类型
第三节[筛板塔]
1、筛板塔的结构               
2、筛板塔的流体力学性能
3、筛板塔的设计
第四节[浮阀塔)]
1、浮阀塔的结构               
2、浮阀塔的流体力学性能
第五节[塔板效率 ]
1、塔板效率的表达方式
2、塔器传质效率的提高






第八章液液萃取 (8学时) 
第八章基本要求掌握萃取单元操作分离液体混合物的依据、萃取操作的基本过程;萃取设备的结构、液液接触方式和操作特征。
第八章教学内容及学时分布第一节[ 概述(1学时)]
1、液液萃取原理   
   
2、工业萃取过程
3、萃取过程的经济性
第二节[液液萃取平衡原理(2学时)]
1、组成在三角形相图上的表示方法    
     热传导速率的计算式
   
2、液-液相平衡在三角形相图上的表示 
3、萃取过程在三角形相图上的表示
第三节[萃取过程计算(3学时)]
1、单级萃取数学描述
2、多级萃取计算
第四节[萃取设备(2学时)]
1、液-液萃取设备 
2、萃取设备类型和特点






第九章固体干燥 (10学时) 
第九章基本要求了解湿分的定义、去湿的方法及干燥的分类;了解干燥过程的必要条件和干燥推动力。掌握湿空气的主要性质,它们的定义和计算公式;掌握湿空气的“I—H”图及其中的五种线;掌握确定湿空气状态的三种条件及由状态点确定空气有关参量。掌握物干燥过程的物料衡算和热量衡算;掌握等焓和非等焓干燥过程确定干燥器出口状态空气;掌握干燥器的热效率和干燥效率的定义。了解物料中所含水分性质;掌握平衡水分与自由水分、结合水分与非结合水分的概念;掌握干燥速率的定义及干燥速率曲线;掌握临界水含量的概念;了解影响恒速干燥和降速干燥的因素。掌握恒速和降速段干燥时间的计算方法。了解干燥器的主要型式及它们的特点。
第九章教学内容及学时分布 [ 概述(1学时)]
1、工业除湿方法分类
2、固体干燥特点
第一节[湿空气的性质及湿度图(2学时)]
1、湿空气的性质  
2、湿空气的“I—H”图及其应用
第二节[干燥过程的物料衡算和热量衡算(3学时)]
1、物料衡算 
2、热量衡算
3、干燥器出口空气状态的确定
4、干燥器的热效率和干燥效率         
第四节[干燥速率和干燥时间(2学时)]
1、物料中所含水分的性质 
2、干燥速率及其影响因素
3、恒定干燥条件下干燥时间的计算 
第五节[干燥器(2学时)]
1、干燥器的主要类型
2、干燥器的设计


预备知识

前修课程:高等数学、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学等。

证书要求
  1. 按大纲要求化工原理课程的学时数为112学时,上册64学时,下册48学时;

  2. 完成随堂测试

  3. 完成每章单元测试题;

  4. 通过上册、下册的综合考试。

参考资料
  1. 管国锋,赵汝溥.《化工原理》(第四版),化学工业出版社,2016

  2. 陈敏恒,丛德滋,方图南,齐鸣斋.《化工原理》上下册(第三版),化学工业出版社,2006

  3. Warren L McCabe, Julian C Smith, Peter Harriott. Unit Operations of Chemical Engineering, Sixth Edition. New York: McGraw-Hill, 2001