《化工原理》(A)教学大纲

46 《化工原理》 （A）教学大纲 英文名称：Principle of Chemical Engineering 学 分：6.5 学 时：104 学时 先修课程：高等数学、普通物理、物理化学、无机化学、有机化学 适用专业：化学工程与工艺专业。 教学目的： 本课程是在学生学完预修课程: 高等数学、物理学和物理化学等课程学习的基础 上开设的一门专业基础课，是一门工程学科的课程。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。 教学要求： 1． 熟练掌握最基本的单元操作的基本概念和基础理论，对单元过程的典 型设备具备基础的判断和选择能力； 2． 掌握本大纲所要求的单元操作的常规计算方法，常见过程的计算和典 型设备的设计计算或选型； 3． 熟悉运用过程的基本原理，根据生产上的具体要求，对各单元操作进 行调节； 4． 了解化工生产的各单元操作中的故障，能够寻找和分析原因，并提出 消除故障和改进过程及设备的途径。 教学内容： 绪论（2 学时） 1．化工过程与单元操作的关系 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．《化工原理》课程的性质，内容 基础理论 典型单元操作 相关课程 3．《化工原理》课程规律和重要基础概念 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 基本要求： 了解《化工原理》课程的性质和学习要求。 重 点： 化工原理课程中三大单元操作的分类和过程速率的重要概念的内涵。 难 点： 使学生通过对课程性质的了解，把基础课程的学习思维逐步转移到对专业技术课程的学 习上，在经济效益观点的指导下建立起“工程”观念。 第一章 流体流动（18 学时） 47 1．概述 流体的特性 连续介质模型 2．流体静力学原理和应用 流体密度 流体静压强 流体静力学基本方程 U 型压差计 3．流体流动中的守恒定律 流体流动的连续性方程及其应用 定态流动 柏努利方程及其几何意义和应用 流线与轨线 4．流体流动的阻力 管流现象 流动型态——层流和湍流 雷诺数的物理意义和临界值 流动阻力分析 管流阻力计算 牛顿粘性定律 管流速度分布 边界层的发展和和分离 5．流体流动阻力的计算 直管阻力计算式 层流时的摩擦系数 湍流时的摩擦系数 海根-泊稷叶公式 布拉修斯公式 范宁公式 局部阻力系数法和当量长度法 非圆管道的当量直径计算法 因次分析法 Moody 图及其使用 6．管路计算 简单管路与复杂管路 简单管路计算的方程组 管路的设计型计算 管路的操作型计算 空气、水在管中的常用流速范围 简单管路的典型试算法 7．流速和流量的测量 皮托管 孔板流量计 文丘里流量计 转子流量计 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。 重 点： 流体流动过程中的基本原理及流体在管内的流动规律；柏努利方程式的应用；流体在管 道内的流动阻力产生的原因和摩擦阻力的计算；简单管路的计算。 难 点： 流体的不同流型的摩擦系数及其计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。 第二章 流体输送机械（12 学时） 1． 概述 离心泵的结构和工作原理 2．离心泵的基本方程 欧拉方程 速度三角形 3．离心泵的特性曲线及影响因素 泵的流量、扬程、轴功率和效率参数 升扬高度 扬程、轴功率 效率与流量的关系曲线 泵的设计点和离心泵的铭牌参数 液体物理性质对特性曲线的影响 泵的转速和叶轮直径对特性曲线的影响 4．离心泵的工作点和流量调节 管路特性曲线方程式 改变阀门的开度、改变泵的转速及叶轮直径对离心泵工作点的 影响 离心泵的串联和并联 48 5．离心泵的安装和选型 汽蚀现象 安装高度计算 离心泵的类型 离心泵的选型 6．离心式风机 风机分类 性能参数 特性曲线 风机选型 7．其他类型的流体输送机械 往复泵 喷射泵 齿轮泵 旋涡泵等 风机 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。 重 点： 离心泵的特性曲线及其影响因素 ； 管路特性曲线方程式。 难 点： 离心泵的基本方程式 ；离心泵的工作点的改变 ； 离心泵安装高度的计算。 第三章 颗粒流体力学基础与机械分离（14 学时） 1．概 述 非均相物系 非均相物系分离的理论依据 颗粒流体力学的研究内容 非均相分离的方法和用途 机械分离 2．颗粒的几何特性 单颗粒的特性 颗粒群的特性 颗粒床层的特性 3．液体过滤与过滤设备 固定床层的流动现象 毛细管束流动模型 模型参数的估值 柯士尼公式和欧根公式 过滤的分类 过滤速度基本计算式 过滤常数和过滤基本方程式及其应用 常见过滤设备的结构和操作与计算 4．颗粒沉降与沉降设备 重力沉降过程和沉降速度的基本概念 颗粒重力自由沉降计算式 沉降室的工艺计算 离心沉降的基本原理 旋风分离器的工艺计算 5．固体流态化 固体颗粒床层的分类 流态化操作特点 固体流态化的流体力学特性曲线 流化床的流化空速范围的计算 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。 重 点： 影响固定床层流动压降的主要因素；恒压过滤基本方程式及其应用；板框过滤机的操作 和工艺计算；球形颗粒的重力自由沉降速度的计算；斯托克斯公式；除尘室的生产能力计算。 难 点： 可压缩滤饼的过滤常数的理解与应用；滤布阻力的确定与当量滤饼层概念的引入；颗粒 沉降的因次分析法的应用；应用直接判据法计算沉降速度。 49 第四章 传热及换热器（18 学时） 1．概 述 传热的基本方式 冷、热流体热交换的形式 传热速率和热通量及其相互关系 传热在化工生产中的应用 2．热传导 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 3．对流传热 对流传热过程分析 对流传热过程的分类 牛顿冷却定律 影响对流传热系数的主要因素 无相变化流体的对流传热系数准数关联式 有相变化流体的传热系数关联式 对流传热系数的一般范围 传热系数计算公式中的解析方法、因次分析法和纯经验法的应用 4．辐射传热 物体的辐射能力 普朗克定律 斯蒂芬——波尔茨曼定律 克希霍夫定律 固体壁面间的辐射传热 对流与辐射的串