《化工原理》教学大纲

参考学时： 130 学分：8

一、 本课程的性质和任务

化工原理课程是化工系、 食工系 各本科专业的一门主干课，是一门重要的技术基础课，在基础课和专业课之间起着承前启后、 由理及 工的桥梁作用。其研究内容是化工生产过程中的物理操作过程的原理及过程设备，该课程强调理论与实践的结合。通过本课程的学习，培养学生运用辩证唯物主义观点和科学方法考察、分析和处理工程实际问题，培养学生的工程观点、实验技能和设计技能，提高学生正确运用所学知识，分析问题和解决问题的能力。

该课程包括课堂教学、实验教学和课程设计三部分。

二、 本课程的基本内容

理论课教学部分

（一）绪论

化学工程及其发展；化工单元操作及化工单元操作中的基本概念； 物料衡算 、 热量衡算 。

《化工原理》课程的性质、内容和任务

单位制及单位换算简介。

（二）流体流动

1 ．概述：流体流动的考察方法，流体流动中的作用力和机械能。

2 ．流体静力学：流体的密度，流体的静压强及其特性，压强的表示方法与测量，静力学原理及其应用。

3 ．流体流动：流量、流速的概念，连续性方程式，柏努利方程式及其应用。

4 ．流体流动的内部结构：牛顿粘性定律，非牛顿型流体的概念；流动的型态及判据——雷诺实验及雷诺准数；流动边界层概念；流体在管内的速度分布；阻力损失；直管内的流动阻力损失，摩擦系数，无因次分析法，局部阻力损失。

5 ．管路计算：简单管路；复杂管路的计算。

6 ．流速和流量的测量：毕托管，孔板流量计，转子流量流量计。

（三）流体输送机械

1 ．离心泵：离心泵的工作原理及主要结构；离心泵的基本方程式；离心泵的主要性能与特性曲线；离心泵的气 缚与气蚀现象 ，安装高度；离心泵的流量调节方法；离心泵的类型 及选择 。

2 ．其它类型泵介绍

3 ．离心式通风机的工作原理、性能、特性曲线、与选择；其它气体输送设备简介。

（四） 非均相物 系的分离

1 ．概述： 非均相物 系的特点，分离方法及分离目的。

2 ．沉降：重力沉降，沉降速度的定义及计算；阻力系数；降尘室的构造原理与计算。

3 ．离心沉降：离心沉降速度，分离因数；旋风分离器的基本结构、操作原理、性能、型式及选用。

4 ．过滤：基本概念，过滤基本方程式；流体通过 颗粒床层流动 时速率计算式，过滤速度，过滤速率方程及其在恒压及恒速条件下的应用，过滤常数及其测定。

5 ．过滤设备：板框过滤机的构造及操作；转筒真空过滤机的构造与操作；滤饼的洗涤，过滤机的生产能力。

离心机的结构及操作简介。

气体的其它净制方法简介。

（五）传热

1 ．概述：传热在化工生产中的应用，传热的三种基本方式，典型传热设备，稳定传热和不稳定传热。

2 ．热传导：基本概念；傅立叶定律；导热系数；单层及多层平壁的稳定热传导；单层及多层圆筒壁的稳定热传导；临界保温层厚度。

3 ．对流给热：基本概念；牛顿冷却定律；对流给热系数及其主要影响因素；对流给热系数的经验关联式及适用条件，有相变的对流传热。

4 ．传热计算：总传热速率方程，平均温度差，总传热系数和传热面积；污垢热阻；传热单元数的概念；提高传热系数的途径。

5 ．热辐射：基本概念，基本定律；两固体间的辐射传热；对流与辐射联合传热。

6 ．换热器：换热器的类型；列管式换热器的构造、基本型式及设计选型；新型换热器；强化传热的途径。

（六）蒸发

1 ．概述：基本概念，蒸发的特点。

2 ．单效蒸发：溶液的沸点升高及温度 差损失 ，溶液的浓缩热及 焓浓图 ；单效蒸发的物料 衡算及热量衡算 ；蒸发器的传热面积，蒸发器的生产能力和生产强度。

3 ．多效蒸发：操作流程；多效蒸发的 物料衡算 ；有效温度差的分配；多效蒸发与单效蒸发的比较； 效数的 限制及 最佳效数 ；

4 ．蒸发器：型式、结构及特点、选型。

（七）蒸馏

1 ．概述： 均相物系 的分离方法，蒸馏操作原理及类型。

2 ．蒸馏：双组分理想溶液的气——液平衡关系，拉乌尔定律；相对挥发度；简单蒸馏和平衡蒸馏。

3 ．精馏：多次部分气化和多次部分冷凝，精馏流程。

4 ．双组分连续精馏的计算；理论板概念及恒摩尔流假定；物料 衡算及 操作线方程；理论板层数的求取，进料热状况的影响；回流比的影响 及选择 ；几种特殊情况 时理论板 层数的计算，简捷 法求理论板 层数；板效率， 实际板数 ；塔高、塔径的计算； 热量衡算 。

5 ．特殊精馏简介

（八）吸收

1 ．概述：吸收操作的目的、类型

2 ．吸收过程的相平衡：气体在液体中的溶解度，亨利定律；吸收剂的选择。

3 ．传质机理与吸收速率：分子扩散 与菲克定律 ，气相中稳定分子扩散，液相中稳定分子扩散，等分子反方向扩散和组分通过另一停滞组分的扩散；扩散系数，对流扩散；吸收过程的机理，膜吸收速率方程式和总吸收速率方程式。

4 ．吸收塔的计算：物料 衡算与 操作线方程式；吸收剂用量的确定：塔径的计算；填料层高度的计算——对数平均推动力法、 脱吸因数 法；传质单元高度与传质 单元数；理论板层数计算。

5 ．吸收系数：吸收系数的测定、吸收系数经验关联式及准数关联式。

6 ． 脱吸及其 它条件下的吸收简介。

（九）精馏及吸收塔设备

1 ．概述：塔设备的基本功能、分类及评价指标。

2 ．板式塔：基本结构及构件的作用；浮阀塔的设计、流体力学特性、塔板负荷性能图，塔板效率及其影响因素；新型塔板简介。

3 ． CAI 课件及电视录像： 塔盘结构 尺寸及板式塔工艺设计。

（十）液——液萃取

1 ．概述：萃取的基本概念及操作流程。

2 ．三元体系的液——液相平衡：相平衡关系在三角形相图中的表示。萃取过程在三角形相图上的表示，萃取剂的选择。

3 ．萃取计算：单级萃取的计算；多级错流萃取的计算；多级逆流萃取的计算。

（十一）干燥

1 ．概述：湿热传递过程，去 湿方法 。

2 ．湿空气的性质和湿 焓 图：湿含量，相对湿度，湿比容，湿热 焓 ，干球温度、 湿球温度 、绝热饱和温度，露点温度，湿比热；湿空气的湿—— 焓 图的意义、用途及数学描述。

3 ．干燥过程的物料 衡算和热量衡算 ：湿物料中水分的表示方法；空气通过干燥器时的状态变化；干燥器的热效率。

4 ．固体物料干燥过程的平衡关系和速率； 物料中湿分的 划分，平衡湿含量；干燥曲线和干燥速率曲线；恒定干燥条件下干燥时间的计算。

5 ．干燥器：主要型式，干燥器设计。

实验教学部分

1、 实验

① 流体流动阻力测定实验；

② 离心泵特性曲线测定实验；

③ 过滤常数测定实验；

④ 套管换热器内流体作强制湍流时给热系数测定实验；

⑤ 板式精馏塔实验；

⑥ 填料吸收塔实验；

⑦ 干燥实验；

⑧ 液——液萃取实验。

2 、实验演示及实物教学

① 雷诺演示实验；

② 柏努利方程式实验验证；

③ 旋风 分离内气 、固两相流动状况观察；

④ 筛板 塔冷模 操作演示；

⑤ 参观化工常用管件、阀件、 各类泵 、螺旋板换热器、板框压滤机等实物。

三、课程教学的基本要求

（一） 流体流动

1 ．了解流体流动的考察方法及流体流动中的 力与能 。

2 ．重点掌握流体在静止和流动时的质量守恒和能量守恒定律。

3 ．掌握流动流体的内部结构、阻力损失及其计算方法。

4 、掌握化学工业中各种流体输送问题，熟练运用上述规律和原理解决管路的设计及计算问题。

5 ．掌握常用的流量测量原理和技术。

（二） 流体输送机械

1 ．了解化工生产中常用的流体输送机械的类型、结构和工作管理。

2 ．重点掌握离心泵的结构特点、性能参数及性能曲线的特点、操作要点及要求、安装要求及选型。

3 ．了解常用的几类液体、气体输送机械。

（三） 非均相物 系的分离

1 ．了解 非均相物 系的性质、分离目的及分离方法。

2 ．掌握颗粒沉降运动（重力沉降、离心沉降）的基本原理。了解降尘室、旋风分离器的结构、设计原理及选用。

3 ．重点掌握过滤基本概念、过滤基本方程式、过滤速率方程及其应用，能熟练进行过滤计算。

4 ．掌握过滤机的结构特点、操作特点及计算方法。

（四） 传热

1 ．了解传热的三种方式及各自的特点，了解传热在化工生产中的应用。

2 ．掌握三种传热的基本定律和传热计算方法，重点掌握对流传热和传热计算技巧，熟悉对流传热系数关联式。

3 ．了解常用的传热设备类型，重点掌握列管式换热器的结构、类型、设计计算及选型要点。

（五） 蒸发

1、 了解蒸发操作的特点及流程。

2、 掌握蒸发器的基本计算方法，并能对蒸发过程进行简单技术经济分析。

3、 了解常用蒸发器的结构特点及用途。

（六） 蒸馏

1 ．了解蒸馏在化工生产中的主要用途及基本流程。

2 ．掌握精馏操作的基本原理和流程，重点掌握双组分理想溶液的相平衡关系及双组分连续精馏的计算，并能就操作条件对精馏操作的影响进行正确分析。掌握间歇精馏的计算方法。

3 ．了解几种特殊精馏方法，了解多组分精馏的计算方法。

（七） 吸收

1 ．了解吸收操作在化工生产中的实际应用和流程特点。

2 ．正确理解气液传质的基本原理和基本规律，掌握双膜模型的要点及不同形式的吸收速率方程式。

3 ．重点掌握吸收塔的计算及低浓度吸收时各平衡关系的具体应用，能正确分析操作条件对吸收的影响。

4 ．了解解吸计算方法及其它条件下的吸收。

（八） 精馏及吸收塔设备

1 ．了解工业上实现精馏和吸收过程的设备——塔设备的结构，主要构件的作用和塔的类型。

2 ．熟悉塔内气液两相理想的流动状况和接触方式，以及不利的流动状况和接触状况，并能进行正确评价。

3 ．基本掌握浮阀塔（或筛板塔等）的工艺设计方法。

（九） 液——液萃取

1 ．了解萃取在工业中的实际应用及操作方式和流程。

2 ．掌握三元体系的液——液相平衡关系及其在三角形相图上的表示，掌握萃取的基本原理及在三角形的相图上的表示。

（十）干燥

1、 了解固体干燥的方法及常用干燥设备。

2、 掌握湿空气的状态参数及湿 焓 图（或湿度温度图）的应用。

3、 熟悉干燥过程中的平衡关系、速率关系，掌握干燥过程的计算。

四、学时分配建议

本课程为 130 学时，包括课堂讲授、习题课、实验及上机，学时分配建议如下：

五、大纲使用说明和特殊要求

（一） 教学大纲是进行教学的指导性文件，对学时相对较少的专业，可依专业要求对内容作适当调查，基本要求仍按本大纲相应部分执行。

（二）文中有“ * ”部分为 选讲或 选做部分。

（三）对以下教学内容可依教学进度情况适当安排习题课或课堂讨论：

① 静力学基本方程式、柏努利方程式的应用；

② 管路计算；

③ 传热计算；

④ 精馏操作计算，回流比的影响；

⑤ 吸收计算；

⑥ 空气湿—— 焓 图的意义和应用。

（四）本课程备有部分 CAI课件及电教片，可在教学过程中充分利用。建议在上册安排4学时上机，下册安排2学时上机及2学时电化教学或多媒体教学， 若条件 允许可适当增加课外上机学时。

（五）实验教学部分具体要求可参考实验教学大纲。

（ 六 )化工原理课程设计另外单独制定大纲。