化工原理课程教学大纲及实施意见

责任教师陈文

本课程的地位、作用和任务

《化工原理》是广播电视大学化轻工各专业的一门重要的基础课。本课程较系统地介绍了主要化工单元操作的基本原理、典型设备及计算方法。通过教学，使学员能够进行设备工艺尺寸的计算和定型设备的选型计算、具有一定的过程和设备的选择能力和对生产设备具有一定的操作、调节及排除故障的能力。

本课程的教学应以辨证唯物主义观点和科学方法为指导，在阐明化工单元操作基本原理的同时，注意加强应用技术和实践能力的培养，以利于大专层次人才的培养。

本课程应充分利用电视教学的直观性、先进性及远距离的特点，在讲授中注意突出重点，深入浅出，教学方法上采用启发式，注重图表和实例，以增长学员分析问题和解决问题的能力，为后续课的学习打下良好的基础。

本课程总学时为１４４，其中电视授课为８１学时，实验１６学时。

绪论

教学要求

了解本门课程的研究对象、性质、任务及有关计算基础知识（物料衡算、热量衡算、平衡关系和过程速率的概念），掌握法定单位。

教学内容

一、《化工原理》课程的研究对象。

二、《化工原理》课程的内容、性质和任务。

三、物料衡算、能量衡算、物系动平衡、物系变化速率。

四、单位制及单位换算。

第一章流体流动

教学要求

一、重点掌握的内容

１、流体的密度及粘度的定义、单位、影响因素；压强的定义、单位及单位的不同表示法；

２、流体静力学基本方程式，连续性方程式、柏努利方程式及其应用；

３、流体的流动类型及其判断、雷诺准数的定义及计算；

４、流体在管道内流动时阻力产生的原因，液体流动阻力的计算；

５、简单管路的设计计算及输送能力的核算；

6、管道中流速和流量的测量，测速管、孔板流量计和转子流量计的工作原理、基本结构、性能和计算。

二、一般掌握的内容

１、连续性和稳定性的概念；

２、管内流体流动速度分布公式的推导；

３、哈根一泊叶方程式的推导；

４、各种流量计计算公式的推导。

三、一般了解的内容

1、流体流动过程在化工生产中的重要作用；

２、牛顿型流体和非牛顿型流体；

３、边界层的概念；

４、复杂管路的计算要点。

教学内容

一、概述

二、流体静力学

流体的密度。

流体的静压强及其单位。

流体静力学基本方程式。

流体静力学基本方程式的应用：U形压差计、液位测量、液封高度计算。

三、流体动力学

流量和流速。

稳定流动与不稳定流动。

稳定流动时流体的质量衡算——连续性方程式。

稳定流动时流体的总能量衡算——柏努力方程式。

柏努利方程式的应用。

四、流体流动类型

牛顿粘性定律及流体的粘度。

非牛顿型流体的概念。

流体的流动型态及雷诺准数。

圆形管内的流体速度分布。

边界层概念简介。

五、流体在管内的流动阻力

直管阻力的计算。

层流流动时阻力计算：摩擦系数、哈根一泊谡叶方程。

湍流流动时阻力计算：管壁粗糙度、摩擦系数图。

流体在非圆形直管内的阻力计算、当量直径。

局部阻力计算，当量长度法、阻力系数法。

六、管路计算

简单管路的设计计算和输送能力核算。

七、流速和流量的测定

毕托管。

孔板流量计。

文氏流量计。

转子流量计。

第二章流体输送机械

教学要求

一、重点掌握的内容

1、离心泵的工作原理，离心泵的特性参数：流量、扬程（压头）、效率、功率、吸上真空高度、气蚀余量等及影响这些参数的主要因素；

2、离心泵的特性曲线及其应用、管道特性曲线，离心泵的工作点及流量调节；

3、离心泵的安装、操作要点（启动、停车注意事项）、使用范围及选用；

4、离心式通风机的性能参数、特性曲线及选用。

二、一般掌握的内容

１、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；

２、往复压缩机的工作原理及选用。

三、一般了解的内容

１、计量泵、螺杆泵的工作原理、特性及应用范围；

２、鼓风机、真空泵的工作原理及选用。

教学内容

一、概述

二、离心泵

离心泵的工作原理及主要部件。

离心泵的主要性能参数。

离心泵的特性曲线及其应用。

离心泵的安装高度和气蚀现象。

离心泵的流量调节和工作点。

离心泵的运转和联用。

离心泵的类型简介和选用。

三、其它类型泵（简介）

往复泵、旋转泵的工作原理、简单结构、操作及使用范围。

四、气体输送机械（简介）

离心式通风机、罗茨鼓风机、往复式压缩机的工作原理、简单结构、操作及使用范围。

五、真空泵（简介）

往复真空泵、旋转真空泵，喷射泵的工作原理、简单结构、操作及使用范围，真空泵的选用方法。

第三章非均相物系的分离

教学要求

一、重点掌握的内容

１、重力沉降的基本原理、重力沉降的速度的定义及其计算，降尘室的工艺计算；

２、离心沉降原理、离心沉降速度及其计算；

3、过滤操作大批量、恒压过滤方程式及其应用，过滤常数方程式及其应用，过滤常数的测定方法。

二、一般掌握的内容

１、旋风分离器的操作原理、结构、分离性能及选型依据；

２、过滤介质及助滤剂的作用和种类；

３、板框过滤机的简单结构、操作及特点。

三、一般了解的内容

1、离心机的简单结构和应用；

２、惯性分离器、袋滤器、静电除尘器的操作特点及应用。

教学内容

一、概述

二、重力沉降

颗粒运动阻力和阻力系数。

重力沉降速度。

重力沉降设备：降尘室、沉降槽

三、离心沉降

离心沉降速度。

离心沉降设备：旋风分离器、旋液分离器、离心沉降机的工作原理、结构及选用方法。

四、过滤

过滤操作的基本概念。

过滤基本方程式（不推导）。

影响过滤的因素。

恒压过滤的计算。

过滤常数的测定。

过滤设备：板框过滤机、转简真空过滤机、离心过滤机的工作原理、简单结构、操作及使用范围。

五、气体的其它净化方法（简介）

惯性分离器、袋滤器、静电除尘器的工作原理、简单结构、操作及使用范围。

第四章传热

教学要求

一、重点掌握的内容

1、热传导的基本原理，傅立叶定律，平壁及管筒壁的稳定热传导计算；

２、对流传热的基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热系数的主要因素，对流传热系数的物理意义，无相变时对流传热系数关联式的用法，使用条件及注意事项等；

３、传热基本方程式，热负荷的计算，平均温度差的计算，总传热系数的计算，污垢热阻的计算及壁温的计算；

４、列管式换热器的结构特点及应用。

二、一般掌握的内容

1、三种传热方式的特点及其在工程中的应用；

２、热辐射的基本概念，两固体间热辐射传热量的计算。

三、一般了解的内容。

1、加热、冷却和冷凝；

２、各种换热器的结构特点及应用。

教学内容

一、概述

二、热传导

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。

三、对流传热

对流传热过程分析。

牛顿冷却定律。

对流传热系数。

影响对流传热系数的主要因素。

准数方程式和各准数的物理意义（不推导）。

对流传热系数关联式：管内强制对流传热、管外垂直绕流传热、自然对流传热、蒸汽冷传热（简介）、液体沸腾传热（简介）。

四、热辐射

基本概念。

克希霍夫定律

斯蒂芬—波尔兹曼定律。

两固体间的辐射传热。

热损失计算——对流和辐射的联合传热。

五、传热过程的计算

传热速率方程式。

传热量的计算。

平均温度差的计算。

总传热系数的计算。

壁温的确定。

污垢热阻的确定。

六、换热器

换热器的类型。

间壁式换热器的类型简介——夹套式、套管式、蛇管式、列管式、板式、螺旋板式、板翅式、热管、空气冷却器、远红外加热器、微波加热器。

列管式换热器的结构、型式及选用原则。

各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径。

七、加热、冷却和冷凝

载热体的种类及选择。

加热方式及其选择。

冷却方式及其选择。

冷凝。

第五章蒸发

教学要求

一、重点掌握的内容

1、单效蒸发过程及其计算—蒸发水量、加热蒸汽消耗量及传统、热面积的计算；有效温度差及各种温度差损失产生的原因及其计算。

2、蒸发器的生产能力和生产强度及其影响因素。

二、一般掌握的内容

1、真空蒸发的特点及应用。

2、多效蒸发的流程及计算要点。

3、蒸发操作效数的限制及蒸发过程的节能措施。

三、一般了解的内容

1、蒸发操作的特点及其在工业生产中的应用。

2、各式蒸发器的结构特点、性能和应用范围。

3、蒸发器的选型原则。

教学内容

一、概述

二、单效蒸发

蒸发器的物料衡算。

蒸发器的热量恒算。

蒸发器中的温度差损失。

蒸发器的生产能力和生产强度。

真空蒸发。

三、多效蒸发

多效蒸发的操作流程。

多效蒸发的计算方法。

多效蒸发中效数的限制。

蒸发过程的节能措施。

四、蒸发设备

蒸发器的结构、特点及造型。

常用工业蒸发器简介：标准式、悬筐式、强制循环式、列文式、液膜式、刮板式蒸发器。

第六章蒸馏

教学要求

一、重点掌握的内容

１、质量分率与摩尔分率的定义及相互间的换算；

２、拉乌尔定律、道尔顿定律、露点方程、泡点方程、气液相平衡图、挥发度、相对挥发度的定义及物理意义；

３、精馏原理、运用此原理分析精馏过程；

４、全塔物料密算，精馏段、提馏段的物料衡算，操作线方程的推导，加料板物料衡算、热量衡算及ｑ线方程的推导，进料热状态与ｑ值之间的关系；

５、理论板的概念，恒摩尔流假设，逐板计算法和图解法计算理论塔板数，最小回流比Rmin的计算，适宜回流比的选择，回流比的大小对塔板数及操作费用的影响；

6、板式精馏塔塔高及塔径的计算，全塔效率及单板效率的定义及其计算。

二、一般掌握的内容

１、平衡蒸馏和简单蒸馏的特点及其计算；

２、精馏装置的热量衡算；‘

３、直接蒸汽加热精馏塔的计算；

4、板式塔的简单结构、性能及操作特点。

三、一般了解的内容

1、非理想溶液的气液相平衡；

２、间歇精馏操作的特点及应用范围；

３、恒沸精馏、萃取精馏及水蒸汽蒸馏的特点及应用；

４、多组分精馏的特点及应用。

教学内容

一、概述

二、双组分溶液的气液相平衡

理想溶液的气液相平衡：拉乌尔定律、泡点及露点、相图、相平衡曲线、相平衡方程、挥发度及相对挥发度。

非理溶液的气液相平衡（简介）

三、平衡蒸馏和简单蒸馏

平衡蒸馏。

简单蒸馏。

四、精馏

精馏原理。

理论板的概念和恒摩尔流的假设。

全塔物料衡算。

精馏段操作线方程式。

提馏段操作线方程式。

加热板的物料衡算、热量衡算和线方程式。

五、双组分连续精馏塔的计算。

理论塔板数的计算：逐扳计算法、（ｙ-x）图解法。

最小回流比、适宜回流比及其选择。

加料热状态。

六、塔高和塔径的计算

全塔效率和实际塔板数。

单板效率。

塔高计算。

塔径计算。

七、精馏操作节能途径

八、多组分精馏的概念

九、特殊精馏一恒沸、萃取和水蒸汽蒸馏的概念

十、板式塔

塔的性能要求。

板式塔：

塔板的结构和功能。

塔板的水力性能——塔板上的气液接触状态、气液两相的非理想流动、不正常操作、操作参数与负荷性能图。

塔板型式简介。

第七章吸收

教学要求

一、重点掌握的内容

1、尔分率、摩尔比及其换算，质量浓度、摩尔浓度与质量分率、摩尔分率之间的换算；

2、亨利定律的不同表达形式，E、m、H之间的关系，温度和压力对E、m、H的影响，相平衡与吸收过程的关系以及吸收过程推动力的表达形式；

3、费克定律、双膜理论的基本论点，吸收速率方程式的表达形式；

4、吸收塔的物料衡算、操作线方程的推导，图示方法及其应用；

5、最小液气比的计算，实际液气比的确定，填料层高度的计算，塔径的计算；

6、传质单元数和传质单元高度的定义，物理意义及计算。对数平均浓度差法计算传质单元数。

二、一般掌握的内容

1、吸收剂的选择依据；。

２、用膜系数表示的吸收速率方程式，易溶性气体和难溶性气体吸收的速率方程式；

３、传质单元数的图解积分法；

４、解吸塔气体用量的计算。

三、一般了解的内容

1、分子扩散速率方程式；

2、理论塔板数的计算；

３、高浓度气体吸收、非等温吸收、多组分吸收和化学吸收的特点；

4、填料塔的结构及填料的特点

教学内容

一、概述

二、气液相平衡

亨利定律、平衡溶解度。

相平衡与吸收过程的关系。

三、传质机理和吸收速率

分子扩散和费克定律。

扩散系数。

涡流扩散。

传质机理及比膜理论。

吸收（解吸）速率方程式。

四、填料吸收（解吸）塔的计算。

吸收剂的选择。

物料衡算与操作线方程式。

吸收剂用量（解吸气体用量）计算、最小液气比（气液比）、适宜液气比的计算及其选择。

塔径计算。

填料层高度计算。

传质单元数及其计算。

传质单元高度及其计算。

填料塔的结构。

填料及其特性。

几种填料的使用范围。

填料塔的流体力学性能—— 气液两相在填料层内的流动、填料塔的压降，液泛现象。

填料塔的附属结构。

五、高浓度气体吸收、非等温吸收、化学吸收简介。

第八章干燥

教学要求

一、重点掌握的内容

１、湿空气的性质及计算；

２、湿空气温度图的构造及应用；

３、干燥过程的物料衡算及热量衡算；

４、干燥速率及恒定干燥条件下干燥时间计算；

５、平衡水分和自由水分，结合水分和非结合水分。

二、一般掌握的内容

１、固体物料的干燥机理；

2、各种干燥方法的基本原理及特点。

三、一般了解的内容

１、工业上常用干燥器的性能和应用；

２、干燥器的选择原则。

教学内容

一、概述

二、湿空气的性质及湿度图

湿空气的性质：分压、干球温度、湿含量、相对湿度、露点、湿容积、湿热、湿球温度、绝热饱和温度。

湿空气的湿度图。

湿度图的应用。

三、干燥过程的物料衡算和热量衡算

空气干燥器的物料衡算。

空气干燥器的热量衡算。

干燥器出口空气状态的确定。

四、干燥速率和干燥时间

物料中所含水分的性质。

干燥机理。

恒定干燥条件下的干燥速率。

干燥曲线和干燥速率曲线。

五、干燥器

干燥器的性能要求及选型原则。

常用工业干燥器简介：厢式、滚筒、气流流化床、喷雾干燥器。

第九章萃取

教学要求

一、重点掌握的内容

1、三角形坐标图中相组成的表示方法及杠杆定律。

2、萃取原理，部分互溶物系的相平衡，分配系数，选择性系数的定义及物理意义。

3、萃取过程的计算——理论级的概念，单级萃取过程的计算，多级错流萃取萃取过程的计算，多级逆流萃取过程的计算，两相完全不互溶物系的萃取过程的计算。

二、一般掌握的内容

1、影响萃取操作的主要因素。

2、溶剂的性质及选择溶剂的原则。

3、温度对萃取操作的影响。

4、逆流萃取串级模拟实验方法。

三、一般了解的内容

1、萃取操作在工业中的应用。

2、萃取操作的特点。

3、各种萃取设备的简单结构、操作原理、特点及应用场合。

教学内容

一、概述

二、液液相平衡

三角形相图。

部分互溶物系的相平衡。

三、影响萃取操作的主要因素

分配细数与选择性系数。

溶剂的选择。

温度的影响。

四、萃取过程的计算

萃取理论级的概念。

单级萃取过程的计算。

多级错流萃取过程的计算。

多级逆流萃取过程的计算。

原溶剂B与溶剂S完全不互溶物系萃取过程的计算。

逆流萃取串级模拟实验方法。