《化工原理》课程教学大纲

课程代码：050331029

课程英文名称：Principle of Chemical Engineering

课程总学时：48  讲课：44  实验：4  上机：0

适用专业：高分子材料与工程

大纲编写（修订）时间：2017.06

一、大纲使用说明

（一）课程的地位及教学目标

本课程是高分子材料与工程专业的专业基础课，必修。是学习后续专业课的基础。通过这门课的学习，应掌握常见单元操作的基本原理及典型设备的过程计算、培养工程观点、熟悉常见的工程问题,这门课将为后续的创新创业系列课程和卓越工程师教育培养计划等课程打下理论基础。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：    

1.掌握单元操作的过程与设备工作原理;

2.掌握化工单元操作的计算方法；

3.具有运用标准、手册、图册等有关技术的能力

4.能够完成相应的化工过程设计和计算，具有一定的分析问题和解决问题的能力。

    （二）知识、能力及技能方面的基本要求

    1.基本知识：掌握主要的化工单元操作的基本原理，计算方法及典型设备等。

    2.基本理论和方法：掌握流体流动和传热的基本原理及主要单元操作的典型设备的构造、操作原理；设备计算、选型及实验研究方法。

    3.基本技能:掌握设计计算、结构设计，实验技能，编制技术文件技能等。

（三）实施说明

 1．教学方法：课堂讲授中要重点对基本概念、基本方法和解题思路的讲解；采用启发式教学，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力；引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生的自学能力；注意培养学生提高利用标准、规范及手册等技术资料的能力。通过实例和作业，重点强化学生运用知识的能力，利用实验教学巩固学生的基本操作技能和实际运用能力。

    2．教学手段：本课程属于专业基础课，主要是课堂讲授，在教学中有条件的采用一些媒体教学系统等先进教学手段，以确保在有限的学时内，全面、高质量地完成课程教学任务。

    （四）对先修课的要求

 本课程的教学无先修课程要求。

    （五）对习题课、实验环节的要求

    1．对重点、难点章节（如：管内流体流动的基本方程，管路计算，对流传热，吸收塔的计算双组份连续精馏的计算与分析等）应安排习题课，例题的选择以培养学生消化和巩固所学知识，用以解决实际问题为目的。

    2．课后作业要少而精，内容要多样化，作业题内容必须包括基本概念、基本理论及设计计算方面的内容，作业要能起到巩固理论，掌握计算方法和技巧，提高分析问题、解决问题能力，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并安排课内讲评作业。学生必须、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。

    3．每个学生要完成大纲中规定的必修实验，通过实验环节，学生可以更好地理解流体流动方程和雷诺系数的基本理论，掌握伯努力方程和雷诺数的影响因素，同时获得实验操作的基本训练。实验成绩作为评定课程成绩的一部分。

4．本课程的课程设计单独设课，单独考核，具体要求参见相应的课程设计教学大纲。

（六）课程考核方式

 1．考核方式：考试

 2．考核目标：在考核学生对化工单元操作基本知识、基本原理和方法的基础上，重点考核学生的分析问题的能力和化工过程计算，工具手册（图表）的使用等能力。

 3．成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况等）占10-30%，实验成绩占10%，期末考试成绩占60-80%。

平时成绩由任课教师视具体情况按百分制给出；实验成绩由实验老师参照相关规定按百分制给出，实验无成绩或实验不及格，取消期末考试资格，总成绩直接以不及格计

（七）主要参考书目:

1.《化工原理》（第四版）， 王志魁编，化学工业出版社，2010.5。 

2.《化工原理》（第三版）， 陈敏恒等编，化学工业出版社，2006。

3.《化工原理》，夏清，天津大学出版社， 2005.1。

二、中文摘要

化工原理课程以流体流动、传热及传质分离为重点，论述了化工、石油、轻工、工业等的典型过程原理及应用。内容包括流体流动原理及应用(流体流动及输送机械)、传热原理及应用(传热理论及设备)、传质原理及应用(蒸馏、吸收及相应设备)、固体颗粒流体力学基础与机械分离、固体干燥、其他单元（蒸发、结晶、吸附、混合）。通过本课程的学习可以使学生增强对对单元操作基本概念及原的理解及培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中的各种工程实际问题的能力。本课程将为后续课程的学习以及相关课程设计、毕业设计等奠定重要的基础。

三、课程学时总体分配表

第1部分 绪论

   总学时(单位：学时):2  讲课:2   实验:0 上机:0

   具体内容:

    1)    明确本课程的内容、性质和任务；

    2)    了解掌握单元操作概念及其在化工过程中的地位；

    3)    掌握衡算原则和衡算方法；

    4)    掌握熟悉单位换算方法。

   重    点:

    单位换算方法和衡算原则及计算。

第二部分 流体流动

总学时(单位：学时):11  讲课:7   实验:4 上机:0

第2.1部分 流体静力学和流体流动的基本方程 （讲课2学时， 实验 2学时）

具体内容:

    1)    了解流体流动的基本概念；

    2)    掌握流体静力学方程及应用；

3)    掌握连续性方程、伯努利方程及应用；

重    点:

流体静力学方程、连续性方程、伯努利方程及其应用

难    点:

    伯努利方程及其应用

习    题:

伯努利方程的计算等

实    验: 

伯努力方程综合性实验

第2.2部分 管内流体流动现象和摩擦力阻力损失 （讲课4学时，实验2学时）

具体内容:

1)    了解流动型态及其判断；

2)    掌握雷诺准数的物理意义；

3)    掌握流动阻力产生的原因，流体在管内流动的机械能损失计算；

4） 熟悉层流与湍流的特征，管流速度分布公式及应用。

重    点:

雷诺准数的物理意义，流体在管内流动的机械能损失计算

难    点:

    流体在管内流动的机械能损失计算

习    题:

流体在管内流动的机械能损失计算等

实    验: 

流体局部阻力综合性实验

第2.3部分 管路计算 （讲课1学时）

具体内容:

掌握简单管路的计算；

习    题:

管路计算相关习题等

第3部分 流体输送机械

  总学时(单位：学时):2  讲课:2   实验:0 上机:0

   具体内容:

    1)    掌握离心泵结构、工作原理、性能参数、特性曲线及应用；

    2)    掌握管路特性曲线，离心泵工作特点及流量调节，离心泵工作要点及选型计算；

    3)    了解往复泵的结构、工作原理、性能参数、特性曲线、操作要点及应用，

    4)    了解离心通风机的性能参数、特性曲线与选用原则；。

重    点:

    管路特性曲线，离心泵工作特点及流量调节，离心泵工作要点及选型计算。

难    点:

    离心泵工作要点及选型计算

习    题:

有关离心泵工作点和安装高度的计算。

第4部分 沉降与过滤

总学时(单位：学时):4 讲课:4   实验:0 上机:0

第4.1部分 沉降 （讲课 2学时）

具体内容:

1)    了解非均相物系分离的基本概念；

2)    掌握重力沉降速度的计算，降尘室，沉降槽的基本结构；

3)    掌握离心沉降速度的计算；

4） 熟悉旋风分离器的操作原理、性能及选型。

重    点:

重力沉降速度的计算，离心沉降速度的计算

难    点:

    重力沉降速度的计算

习    题:

重力沉降相关的计算等

第4.2部分 过滤 （讲课 2学时）

具体内容:

1)    了解过滤的基本概念；

2)    掌握过滤基本方程式；

3） 熟悉过滤设备的基本结构及特点。

重    点:

过滤基本方程式及计算

习    题:

过滤的相关计算等

第5部分 传热

总学时(单位：学时):8 讲课:8   实验:0 上机:0

第5.1部分 热传导 （讲课 1学时）

具体内容:

1)    了解传热过程的基本概念；

2)    掌握热传导基本原理；

3)    掌握傅立叶定律及应用；

4） 掌握平壁及园筒壁热传导计算及分析。

重    点:

傅立叶定律，平壁及园筒壁热传导计算

难    点:

    平壁及园筒壁热传导计算

习    题:

热传导相关的计算等

第5.2部分 对流传热 （讲课 2学时）

具体内容:

1)    了解对流传热过程的基本概念；

2)    掌握对流传热基本原理；

3)    掌握影响对流传热的主要因素；

重    点:

    对流传热基本原理，影响对流传热的主要因素

难    点:

正确选用对流传热α计算式，

习    题:

对流传热过程相关的计算等

第5.3部分 传热计算和换热器 （讲课 5学时）

具体内容:

1)    了解换热设备的分类和基本结构；

2)    掌握传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析，污垢热阻及壁温计算；

3） 掌握列管式换热器结构特点及选型计算

重    点:

    列管式换热器结构特点及选型计算

难    点:

    传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算

习    题:

传热过程相关的计算等

第6部分 吸收

总学时(单位：学时):6 讲课:6   实验:0 上机:0

第6.1部分    吸收操作的基本概念（讲课 1学时）

具体内容:

1)    掌握气体在液体中的溶解度，亨利定律表达式及相互关系；

2)    了解吸收操作的分类和应用；

重    点:

气体在液体中的溶解度，亨利定律表达式及相互关系

第6.2部分 吸收过程的传质速率 （讲课 2学时）

具体内容:

1)    掌握对流传质概念，总传质速率方程表达式，总传质系数与传质分系数关系；

2)    掌握分子扩散与费克定律，扩散系数及影响因素，等分子相互扩散与单向扩散计算；

3） 掌握两相间传质的双膜理论

重    点:

    对流传质概念，总传质速率方程表达式

难    点:

    两相间传质的双膜理论

习    题:

吸收过程的传质相关的计算等。

第6.3部分 吸收塔和填料塔的计算 （讲课 3学时）

具体内容:

1)    掌握对吸收塔操作线方程的推导、物理意义、图示；

2)    掌握填料层高度计算，传质单元高度与传质单元数的定义及物理意义，传质单元数计算（平均推动力法、吸收因数法）；

3） 掌握填料塔的典型结构、性能、特征和选用原则；

4） 熟悉常用填料的类型、特点及使用场合；

重    点:

    吸收塔操作线方程，最小液气比概念，传质单元数计算（平均推动力法、吸收因数法）

难    点:

    传质单元数计算（平均推动力法、吸收因数法）

习    题:

吸收塔相关的计算等。

第7部分 蒸馏

总学时(单位：学时):7 讲课:7   实验:0 上机:0

第7.1 部分 双组份溶液的汽液相平衡 （讲课 2学时）

具体内容:

1)    掌握两组分理想溶液的汽液平衡关系：拉乌尔定律、气液相平衡图；

2)    掌握挥发度与相对挥发度定义及应用；

3） 掌握相平衡方程及应用；

重    点:

    两组分理想溶液的汽液平衡关系：拉乌尔定律、气液相平衡图

难    点:

    拉乌尔定律、气液相平衡图

第7.2部分 双组份连续精馏的计算与分析 （讲课 4学时）

具体内容:

1)    了解蒸馏与精馏原理；

2)    掌握精馏塔物料衡算与操作线方程及q 线方程的物理意义；

3） 掌握两组分连续精馏塔计算及操作分析；

4） 熟悉平衡蒸馏和简单蒸馏的特点及计算，理论板数捷算法；

重    点:

   精馏塔物料衡算与操作线方程及q 线方程的物理意义，两组分连续精馏塔计算及操作分析

难    点:

    精馏塔物料衡算与操作线方程及q 线方程的物理意义

习    题:

精馏塔相关的计算等。

第7.3部分 板式塔 （讲课 1学时）

具体内容:

板式塔的典型结构、性能、特征和选用原则；

第8部分 干燥

总学时(单位：学时):4 讲课:4   实验:0 上机:0

具体内容:

1)    掌握干燥过程原理、目的；

2)    掌握湿空气性质及计算，湿度图构成及应用；

3） 掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算；

4） 熟悉物料中所含水分的性质及干燥机理；

5） 了解干燥设备的性能特点和选用原则。

重    点:

   掌握湿空气性质及计算，湿度图构成及应用，干燥过程的物料衡算和热量衡算

难    点:

    湿空气性质及计算，湿度图构成

习    题:

湿空气性质及计算等。

第9部分 习题课

总学时(单位：学时):8 讲课:8   实验:0 上机:0

具体内容:

1)    流体流动，沉降和过滤部分课后作业等

2)    传热过程计算和换热器设计的计算；

3） 吸收，蒸馏 干燥过程的物料衡算和热量衡算；