《化工原理》教学大纲

 

一、课程基本信息

课程名称：《化工原理》

英文名称：Principles of Chemical Engineering

课程类别：专业基础课

学 时：90学时，化工原理（上册）40，化工原理（下册）40，实验10

学　　分：4个

适用对象：环境工程专业

考核方式：期末考试成绩（占70%）加平时成绩（占30%），其中期末考试为闭卷考试，平时成绩包括考勤，作业、实验和平时测验等。

先修课程：数学、物理、化学、物理化学

二、课程简介

中文简介：化工原理课程属化学工程技术科学学科，是理论性和实践性都很强的学科，是环境工程专业必修的一门专业基础课程。本课程的总学时为90学时，其中80学时为课堂教学，而10个学时为实践教学。其中课堂教学章节和实验教学内容都是按环境工程专业的专业特点而设定的，而与环境工程专业关系不为紧密的则建议自学。

英文简介：Chemical engineering is a technology of chemical engineering subdiscipline. This course specialize in strong theory, practice and is a compulsory courses to environmental engineering specialty. The total period is 90, including 80 period classroom teaaching and 10 period practice teaching. The content of this course is arranged according to the characteristics of environmental engineering. It is suggested that those content that has little relation with environmental engineering should be self-studied.

三、课程性质与教学目的

(一)课程性质

《化工原理》是环境工程专业一门重要的专业基础课，它的内容是讲述化工单元操作的基本原理、典型设备的结构原理、操作性能和设计计算。化工单元操作是组成各种化工生产过程、完成一定加工目的的基本过程，其特点是化工生产过程中以物理为主的操作过程，包括流体流动过程、传热过程和传质过程。

(二)教学目的

化工原理课程的目的是使学生获得常见化工单元操作过程及设备的基础知识、基本理论和基本计算能力，并受到必要的基本操作技能训练。为学生学习后续专业课程和将来从事工程技术工作，实施常规工艺、常规管理和常规业务打好基础。具体目的如下：

1）能正确理解各单元操作的基本原理；了解典型设备的构造、性能和操作原理，并具有设备选型及校核的基本知识。

2）熟悉主要单元操作过程及设备的基本计算方法；掌握基本计算公式的物理意义、应用方法和适用范围；具有查阅和使用常用工程计算图表、手册、资料的能力。

3）熟悉常见化工单元操作要领。

4）具有选择适宜操作条件、探索强化过程途径和提高设备效能的初步能力；具有运用工程技术观点分析和解决化工单元操作一般问题的初步能力。

四、课程教学内容

第一章 流体流动（13学时）

要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：

1、流体静力学基本方程及其应用；

2、2、 连续性方程式；

3、3、 柏努利方程式及其应用；

4、4、 流体在管内的流动阻力；

要求一般理解与掌握的内容有：

5、串联、并联、分支管路计算；

难点：能量守衡 控制体的选取 因次分析 边界层概念等

第二章 流体输送机械（13学时）

要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：

1、1、 离心泵工作原理、气缚现象、主要性能参数与特性曲线、影响性能的因素、气蚀现象与安装高度、泵的工作点及其流量调节；

要求一般理解与掌握的内容有：

2、往复压缩机工作过程及多级压缩，往复压缩机的主要性能参数

3、各种流体输送机械的介绍。

难点：离心泵特性曲线 性能的影响因素 离心泵的安装高度等

第三章 机械分离和固体流态化（12学时）

要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：

1、重力沉降速度，降尘室的计算；

2、离心分离因素，旋风分离器的主要结构、操作原理、性能；

3、恒压过滤方程式；

4、过滤机的生产能力；

要求一般理解与掌握的内容有：

5、5、 典型过滤设备；

6、6、 各种离心机简介、流化设备简介等

难点：

过滤基本方程式推导 过滤常数的测定等

第四章 传热（12学时）

要求深刻理解与掌握的内容有：

6、列管式换热器的设计和选用

要求一般理解与掌握的内容有：

7、换热器类型，典型换热器结构；

8、列管式换热器的设计和选用；

9、间壁式换热器的比较和传热的强化途径。

难点：

1、对流传热机理分析；

2、牛顿冷却定律；

3、对流传热系数及其主要影响因素；

4、对流传热过程的因次分析等。

第五章 蒸发（6学时）

要求深刻理解与掌握的内容有：

1、溶液的沸点和温度差损失；

2、单效蒸发的计算（物料与热量衡算，总传热系数，传热面积）；

3、蒸发器的生产能力和生产强度。

要求一般理解与掌握的内容有：

4、多效蒸发的操作流程；

5、多效蒸发与单效蒸发的比较。

 

（下册）

第六章 吸收（12学时）

要求深刻理解与掌握的内容有：

1、气体溶解度，亨利定律；

2、吸收过程机理，双膜理论；

3、吸收系数和吸收速率方程；

4、吸收塔的物料衡算与操作线方程；

5、吸收剂用量的确定：最小液气比；

6、填料层高度的计算：传质单元高度和传质单元数求法；

7、7、 理论板层数的计算；

要求一般理解与掌握的内容有：

8、8、 吸收系数；

9、9、 脱吸；

10、其它条件下的吸收。

难点：

1、1、 相平衡关系；

2、2、 传质机理和吸收速率；

3、3、 传质单元高度和传质单元数求法。

第七章 精馏（12学时）

要求深刻理解与掌握的内容有：

1、双组分理想溶液的气液相平衡图，关联式（拉乌尔定律，相对挥发度）；

2、精馏过程原理和条件；

3、理论板概念和恒摩尔流假定；

4、物料衡算和操作线方程；

5、进料热状况的影响；

6、理论板数的求法；

7、回流比的影响与选择；

8、精馏塔的操作和调节；

要求一般理解与掌握的内容有：

9、间歇精馏；

10、特殊精馏。

难点：

1、气液相平衡；

2、相平衡图；

3、精馏过程原理和条件；

4、进料热状况的影响。

第八章 蒸馏和吸收塔设备（8学时）

要求深刻理解与掌握的内容有：

1、塔板类型；

2、板式塔的流体力学性能；

3、塔高与塔径的确定；

4、塔板负荷性能图

要求一般理解与掌握的内容有：

5、浮阀塔设计；

6、塔板效率；

7、填料类型和特性；

8、填料塔的流体力学性能。

难点：

塔板负荷性能图等。

第九章 液—液萃取（8学时）

要求深刻理解与掌握的内容有：

1、组成在三角形相图上的表示方法；

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；

4、单级萃取的计算；

要求一般理解与掌握的内容有：

5、多级萃取的计算；

6、液－液萃取设备；

7、萃取设备类型和特点。

第十章 干燥（13学时）

要求深刻理解与掌握的内容有：

1、1、 湿空气性质和湿度图；

2、2、 湿物料中含水量的表示方法：

3、干燥系统的物料衡算；

4、干燥系统的热量衡算；

5、物料中的水分：平衡水分和自由水分，结合水分和非结合水分；

6、干燥速率关系：干燥曲线，恒定干燥阶段、降速干燥阶段的临界含水量；

7、干燥条件下干燥时间计算。

要求一般理解与掌握的内容有：

8、各种干燥设备。

难点：

1、1、 湿空气H—I图；

2、2、 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系；

3、3、 平衡水分和自由水分，结合水分和非结合水分；

4、4、 临界含水量等。

第十一章 其它分离过程（3学时）

本章要求学生作一般性了解，其内容有：

1、结晶；

2、膜分离；

3、3、 超临界萃取等。

 

五、课程教学的基本要求

本课程包括课堂讲授、学生自学、讨论课、实验教学、习题课、答疑、期中测验和期末考试等，通过上述教学步骤，对学生进行思想品德和知识能力两方面的培养。

（一）、思想品德方面：

1、通过课堂讲授、习题课、讨论课、课外作业以及化工原理实验、课程设计、认识实习（另见有关教学大纲）的系统训练，培养学生严谨求实的科学态度和一丝不苟的工作作风。

2、通过本课程的学习，使学生了解我国化工及其相关行业的发展以及与发达国家的差距，激发学生热爱祖国化工事业并为之献身的精神，树立正确的学习态度。

（二）、知识与能力方面：

1、通过本课程知识系统的学习，培养学生的工程观点和解决工程实际问题的能力，包括进行工程计算的能力，正确运用工程图表的能力和运用技术经济观点分析、解决工程实际问题的能力。

2、通过本课程方法论的学习，如数学模型方法、实验研究方法、微元分析方法、物料（热量）衡算方法、试差计算方法和图解计算方法等，使学生具备在不同场合选用不同方法处理工程问题的能力。

3、通过对单元操作基本原理、过程计算和典型设备的讲授，培养学生从过程的基本原理出发，观察、分析、综合、归纳众多影响因素，从中找出问题的主要方面，运用所学知识解决工程问题的科学思维能力和创新思维能力。

通过本课程学习，培养学生的自学能力和独立工作能力，能根据所处理问题的需要，寻找、阅读有关手册、参考书、文献资料并理解其内容。

本课程课堂教学120/100学时，实验教学40/25学时，考核方式为闭卷考试。

六、教材与教学参考书

[1] 陈敏恒等，《化工原理》（上、下册），化学工业出版社，1985年；

[2] 王志魁主编，《化工原理》，化学工业出版社，1989年；

[3] 谭天恩等，《化工原理》（上、下册），化学工业出版社，1984年；

[4] 姚玉英主编，化工原理（上、下册），（新版），天津大学出版社，1999年；

[5] 蒋维钧等，《化工原理》（上、下册），化学工业出版社，1994年；

[6] W.L.McCabe, et.al., Unit Operations of Chemical Engineering, 1985；

[7] J.M.Colsone, et.al., Chemical Engineering, Vol.2, Third edition, 1987；

七、成绩评定

满分100分，其中期末理论考核（笔试）占总成绩70％，作业情况和平时表现（包括课堂讨论、提问及出勤等）占总成绩的30％。