化工原理
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课程概述

化工原理是化工类及其相关专业的一门主干专业技术课,它是综合运用所学数学、物理、化学、物理化学、计算机基础知识,分析和解决化工生产中各种物理过程问题的工程基础学科。化工原理的教学内容是以化工生产中的物理加工过程为背景,研究若干化工单元操作,包括流体流动与输送、非均相混合物系分离及流态化、传热、蒸发、吸收、蒸馏、萃取、干燥、结晶、吸附、膜分离等的基本原理、典型设备构造、设备操作特性、过程和设备的设计与计算、设备的选择与改造、研究工程问题的方法等。化工原理研究方法有两类,即数学模型法和在理论指导下的实验研究法。化工原理教学环节包括课程认识实习、理论教学和实验教学,教学特点是强调工程观点,强化对化工过程定性分析、定量计算及设计能力的训练,重视理论和实际相结合,培养和提高学生认识问题、分析问题和解决问题的能力。具体要求是:(1)根据生产工艺要求、物料特性和技术、经济特点,进行单元操作和设备选择的能力训练;(2)提高实验技能,培养文献查阅和初步工程设计能力;(3)熟悉操作原理、操作方法和参数调节方法,了解优化生产过程的方法,具备分析和解决操作中所出现问题的基本能力;(4)从经济角度出发,具备过程与设备优化的基本能力。



授课目标
通过本课程的学习,要使学生掌握化工基本单元操作的特点和基础理论知识,进行流体流动、传热、分离和干燥过程的计算,培养学生用工程的观点分析和解决问题的能力,为学生进行更深领域及相关专业课程的学习奠定基础。
课程大纲

绪论

—、教学目标:

1)了解化工原理的内容和特点。

2)了解学习化工原理的目的。

3)掌握化工过程中的一些基本规律。

4掌握各种单位制间的换算。

二、教学内容:

1.化工原理的内容和任务;2.学习化工原理的目的和方法;3.化学工程中的一些基本规律及单元操作;4.单位制及单位换算。

 

第一章 流体流动

—、教学目标:

1)掌握流体流动中的作用力和机械能。

2)掌握压强的表示方法及静力学测量方法。

3)掌握流体的质量守衡、能量守衡的原理及有关计算。

4)掌握流体流动的型态及基本特征。

5)掌握湍流时直管阻力损失的实验研究方法及局部阻力损失的计算。

6)掌握简单管路和分支管路的计算方法。

7)掌握流体流量的测定方法。

8)了解边界层及边界层的脱体。

9)了解非牛顿型流体的种类及基本特征。

二、教学内容:

1.流体流动的考察方法;2.流体流动中的作用力;3.流体流动中的机械能;3.静压强在空间的分布;4.压强能与位能;5.压强的表示方法;6.压强的静力学测量方法;7.质量守恒,8.机械能守恒;9.流体流动的机械能损失;10.流动的型态及基本特征;11.边界层及边界层脱体;12.牛顿粘性定律;13.圆管内流体运动的数学描述;14.湍流时直管阻力损失的实验研究方法;15.层流时直管阻力损失、湍流时直管阻力损失和局部阻力的计算;16.阻力对管内流动的影响;17.简单管路和分支管路的计算;18.孔板流量计;19.转子流量计。

 

第二章 流体输送机械

一、教学目标:

(1)掌握常用流体输送机械。

(2)掌握离心泵的工作原理、特性曲线及流量的调节。

(3)熟悉离心泵有关安装高度的计算、类型及选用。

(4)熟悉往复泵的工作原理、类型及流量调节。

(5)了解气体输送机械的工作原理。

二、教学内容:

1.流体输送机械分类;2.离心泵的结构;3.离心泵的工作原理及特性曲线;4.影响离心泵特性曲线的因素;5.气缚现象;6.离心泵的理论压头;7.离心泵的流量调节及组合操作;8.离心泵的安装高度、类型及选用;9.汽蚀现象;10.最大安装高度Hgmax、最大允许安装高度HgHS(NPSH)c(NPSH)r的关系

 

第三章 机械分离

一、教学目标:

1)了解单颗粒的特性、颗粒群的特性及床层的特性。

2)掌握流体通过固定床层压降的计算。

3)掌握静止流体中颗粒自由沉降的有关计算。

4)掌握几种典型的沉降分离设备。

5)掌握过滤的原理及过滤过程的计算。

6)了解加快过滤速率的途径。

二、教学内容:

1.单个颗粒的特性;2.颗粒床层的特性;3.流体对固体颗粒的绕流;4.静止流体中颗粒的沉降运动;5.沉降速度的计算;6.影响沉降速度的因素;7.降尘室;8.增稠器;9.分级器;10.颗粒在降尘室中能被分离下来的条件;11.离心沉降速度;12.旋风分离器基本结构、操作原理;13.旋风分离器性能指标;14.过滤式离心机;15.沉降式离心机;16.颗粒床层的简化模型;17.因次分析法和数学模型法的比较;18.两种过滤方式;19.过滤介质;20.过滤的原理;21.过滤过程的物料衡算;21.过滤基本方程;22.恒速过滤;23.恒压过滤;24.间歇过滤的滤液量与过滤时间的关系;25.过滤参数的测定;26.洗涤速率和洗涤时间;27.叶滤机;28.板框压滤机

 

第四章 传热

一、教学目标:

(1)理解传导传热和对流传热的传热机理,掌握基本方程及其应用。

(2)学会有关传热问题计算的基本方法。

(3)了解强化和抑制传热过程的途径。

(4)掌握圆形直管中对流给热系数的计算。

(5)掌握常用换热设备的基本结构和性能。

二、教学内容:

1.传热在化工生产中的重要性;2.传热基本方式;3.傅立叶定律及其在一维定态传热中的应用;4.通过平壁的定态导热过程;5.通过圆筒壁的定态导热过程;6.对流给热过程分析及牛顿冷却定律7.对流给热系数和无相变的对流给热系数经验关联式;8.沸腾给热及过程的强化;9.冷凝给热及影响冷凝给热的因素;10.灰体间的辐射传热;11.影响辐射传热的主要因素;12.传热过程的数学描述;13.传热过程的热量衡算;14.传热系数、传热阻力、传热推动力;15.传热过程速率式;16.换热器的设计型计算;17.换热器的操作型计算;18.间壁式换热器的类型;19.管壳式换热器的设计及选用;20.强化传热的途径。

 

第五章 蒸馏

—、教学目标:

(1)了解蒸馏的原理、分类和特点。

(2)掌握气液平衡相图,特别是x-y相图。

(3)掌握相对挥发度的概念。

(4)熟练掌握精馏的原理及理论塔板数的计算。

(5)了解回流比的确定及对精馏操作过程的影响。

(6)了解板式塔的基本结构和主要性能。

二、教学内容:

1.蒸馏分离的依据;2.拉乌尔定律;3.液相组成与温度(泡点)的定量关系;4.气相组成与温度(露点)之间的关系;5.x-y相图;6.相对挥发度;7.理想溶液气液平衡曲线方程;8.非理想物系的气液相平衡;9.平衡蒸馏;10.简单蒸馏;11.精馏原理;12.精馏操作流程;13.两个重要假定;14.回流比与能耗;15.精馏段操作线方程;16.提馏段操作线方程;17.进料的热状态;18.精馏段、提馏段两相流量的关系;19.q线方程;20.操作线方程的作法21.理论板数的计算及塔板效率;22.回流比的选择;23.加料热状态的选择;24.精馏过程的操作型计算;25.精馏塔的温度分布和灵敏板;26.间歇精馏过程的特点;27.保持溜出液组成恒定的间歇精馏;28.回流比保持恒定的间歇精馏;29.特殊精馏;30.板式塔结构;31.塔板上流体力学状态;32.板式塔的不正常操作现象;33.塔板类型、特点。

 

第六章 吸收

一、教学目标:

(1)掌握气液相平衡原理,了解吸收的类型。

(2)掌握吸收推动力、吸收操作线方程和吸收速率方程式。

(3)熟悉双膜理论的基本论点以及适宜吸收剂用量和填料层高度计算的基本方法。

(4)了解强化吸收的主要途径。

(5)了解吸收设备的简单结构及主要性能,重点掌握填料吸收塔。

二 、教学内容:

1.吸收类型;2.吸收剂(溶剂)的选择;3.气液两相的接触方式;4.气液相平衡;5.亨利定律;6.相平衡与吸收过程的关系;7.传质机理;8.分子扩散和费克定律;9.涡流扩散;10.等摩尔逆向扩散;11.单向扩散;12.漂流因子;13.分子扩散系数;14.对流传质及对流传质理论;15.质量传递、动量传递、热量传递的类比;16.相际传质速率和传质系数;17.传质阻力;18.传质的控制步骤;19.操作线方程和操作线;20.吸收剂的用量与最小液气比;21.物料衡算的微分式;22.吸收过程的积分表达式;23.对数平均推动力法;24.吸收因数法;25.图解积分法;26.吸收塔的设计型计算;27.吸收塔的操作型计算;28.吸收塔的调节;29.解吸塔的物料衡算和操作线;30.解吸用气量和最小气液比;31解吸塔填料层高度的计算。

 

第七章 干燥

一、教学目标:

1)了解化工产品干燥实例、固体干燥的目的、原理及方法。

2)掌握湿空气的状态参数及其计算、湿度图及应用。

3)水分在气固两相间的平衡、恒定气流条件下物料的干燥速率及临界含水量。

4)掌握干燥过程计算、间歇干燥过程的干燥时间、连续干燥过程的特点。

5)掌握物料衡算、热量衡算、干燥速率和干燥时间。
6)了解常用干燥设备类型、性能、结构。

二 、教学内容:

1.去湿方法;2.干燥分类;3.对流干燥;4.湿度和相对湿度;5.湿空气的比热容和焓;6.露点、干球温度、湿球温度、绝热饱和温度;7.焓湿图;8.湿基含水量;9.干基含水量;10.水分蒸发量的计算;11.干空气消耗量的计算;12.干燥器的热量衡算;13.干燥系统的热效率;14.等焓干燥;15.实际干燥过程;16.物料中所含水分的性质;17.干燥速率;18.干燥曲线;19.恒定干燥条件下干燥时间的计算;20.干燥设备类型、性能、结构。


预备知识

《高等数学》、《大学物理》、《物理化学》、《基础化学》等。

证书要求

暂无。

参考资料

[1] 陈敏恒,等,《化工原理》,化学工业出版社,2013年。

[2] 蒋维钧,等,《化工原理》,清华大学出版社,1993年。

[3] 大连理工大学化工原理教研室,《化工原理》,大连理工大学出版社,1996年。

[4] 王志祥,等,《制药化工原理》,化学工业出版社,2014年。