《化工原理》课程教学大纲(11)

第一部分  大纲说明

    一、课程的性质、教学目的、任务和教学基本要求

    1、课程的性质

    每一种化工产品的生产过程，都是运用若干单元操作技术，来处理某些化学反应的原料到产品的过程的总和。化工原理课程是讲述化工生产过程的单元操作及所用设备的基本理论知识的课程，本课程专门研究某一种化工产品的生产过程是化工类各专业都需要开设的专业基础课。

    2、任务

    学习本课程的任务是掌握各个单元操作的基本规律，熟悉所用设备的工作原理，性能和运转注意事项等，并把这些认识用于化工生产和研究之中，使生产技术不断改进。

    3、教学目的和教学基本要求

    本课程较系统地介绍了主要化工单元操作的基本原理。典型设备的结构及计算方法。通过教学，使学生对化工设备和过程具有一定的操作、调节能力；同时逐步掌握设备工艺尺寸的计算和定型设备的选型计算。

    通过本课程的学习，要求学员掌握各个化工单元操作的基本原理，主要计算方法、完成化工过程主要设备的结构特点、主要工艺尺寸或性能。

    二、本课程与相关课程的衔接、配合关系

    化工过程是一些物理、化学过程，化工原理课主要研究的是物理过程。因此，在开此课前应先开设数学、物理、无机化学、有机化学等课程，与化工设备机械基础等课可以同时开设，同等技术基础课，为后面化工仪表及化工工艺（无机化工工艺和有机化工艺）学课打下基础。

    三、教学方法和教学形式建议

    1、教学方法

    （1）各化工单元操作的基本原理的讲解要深入浅出，以便学生容易理解和掌握。

    （2）计算公式不注重推导，而重于讲述其物理意义及运用。在讲课中应注意安排习题课。同时，要有一定量的课后练习题留给学生。

    （3）每一个人工单元操作为一章，内容有其独立性。因此，每一章讲解后可进行归纳，小结，对帮助学生掌握本章内容有很大帮助。

2、教学形式

    本课程以面授为主。对每章重、难点，通过录像课加深同学们的理解，同时有利于学生自学。

    在面授课中，对一些典型的例题，除老师讲解外，还可以采用课堂讨论的方式，充分调动学生的学习积极性。

3、实践性教学环节

（1）实验：由于本课程的工程实用性极强，因此，对一些典型的化工单元操作（如流体力学、传热、精馏、吸收）应安排实验，以增强学生的动手能力。

（2）课程大作业：在本课程结束之前，安排二周时间，作一次大作业。作业的内容，可以取以下三方面之一：根据工程（老师设定）计算传热面积，选择适合的标准换热器；确定精馏塔的尺寸（D、H和塔板数）和结构；确定简单管路并选取合适的离心泵。通过大作业培养学生理论联系实际，同时也为以后毕业作业打下基础。

    四、特殊说明

    1、本大纲适用于广播电视中专化工类各专业的学生。教科书可以与大纲采用完全一致的做法，也可以以本大纲为原则指导，设置不同的教材体系。但不得离开本大纲规定的基本内容。为了学生查找物料数据，教材的最后应有附录。本课程内容多，可将教材分为上、下册，前六章为上册，后五章为下册。

2、课程的教学要求层次为掌握、理解和了解。

    掌握（重要内容）——要求学生通过学习后能准确理解的内容。

    理解（较重要内容）——要求学生通过学习后能基本理解的内容。

    了解——应知道的内容。

3、各教学班可根据所学专业特点，对大纲教材要求的内容，可以增加，不能减少。

    4、录像教材应突出本课程的重点、难点，突出感性材料，体现录像教材的特点，不搞课堂搬家。

第二部分  大纲本文

    绪论

    Ⅰ、教学目的及教学要求

    介绍化工原理课程的性质、任务，以便学生明确学习本课程的目的。化工生产中所遇到各种物理量所学单位及单位换算为本课程中各种物理量的运用打下基础。

Ⅱ、教学内容

    1、本课程的性质、内容和任务

    2、单位制度

    3、物理量的因次

第一章      流体力学

    Ⅰ、教学目的及教学要求

    化工生产中处理的物料大多数是流体，流体的输送操作是化工生产中经常要遇到的，也是其它化工过程的基础。流体力学基本知识，是解决流体输送问题的理论根据，也是其它化工过程必要的基础知识。

    掌握流体静力学方程及其应用；柏努利方程的物理意义及其应用；流体阻力的计算；孔板流量计和转子流量计的原理和结构特点，流量计算。

    理解流体的主要物理量、流量和流速、稳定流动和不稳定流动、连续性方程、流体的粘度、流动类型、流速的分布、简单管路的计算。

了解简单管路布置和安装的原则，文氏流量计和堰。

Ⅱ、教学内容

第一节       流体静力学

    1、流体的主要物理量

    2、流体静力学基本方程

    第二节  流体动力学

    1、流量和流速

2、稳定流动和不稳定流动

    3、连续性方程

    4、柏努利方程式

第二节       流体阻力

    1、流体的粘度

    2、流体流动的类型

3、流体在圆管中流速的分布

    4、流体阻力

    第四节  简单管路的计算和管路布置

    1、简单管路的计算

2、管路布置和安装的一般原则

    第五节  流量的测量

    1、孔板流量计

    2、文氏管流量计

3、转子流量计

    4、堰

    第二章  流体输送机械

   Ⅰ、教学目的及教学要求

    流体流动要靠流体输送机械来实现。

    1、掌握的内容：

    （1）离心泵的工作原理，特性（流量、扬程、效率、功率、顺上高度及气蚀余量）参数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。

    （3）离心泵的型号和选用、操作和调节。

    2、理解的内容

    （1）往复泵的工作原理

    （2）往复泵的主要性能、运转和调节

    （3）离心泵和往复泵的主要结构

    3、了解内容

    （1）离心泵的轴封装置、往复泵的分类。

    （2）其它类型泵及其比较

    Ⅱ、教学内容

    第一节  离心泵

    1、离心泵的工作原理和结构

    2、离心泵的性能

    3、离心泵的型号和选用

    4、离心泵的操作和调节

    第二节  往复泵

    1、往复泵的工作原理

    2、往复泵的分类和结构特点。

    3、往复泵的主要性能

4、往复泵的运转和调节。

    第三节  其它类型泵

    1、旋涡泵

    2、齿轮泵

3、螺杆泵

    4、流体作用泵

    5、其它化工用泵

    第四节  各类泵的比较

流量、扬程、效率、结构、操作、适用范围等方面比较。

    第三章  气体压缩和输送机械

    Ⅰ、教学目的及教学要求

气体压缩和输送机械在化工生产中广泛使用，是由化工生产的特点所决定的。因此，学习本章也是必要的。

1、掌握的内容：往复压缩机的工作原理、生产能力、安装与运转；离心通风机的性能，型号和选用。

2、理解的内容：往复压缩机的主要构造，多级压缩、分类及型号；离心鼓风缩机的工作原理和离心压缩机的性能曲线与调节。

3、了解的内容：通风机的类型、旋转鼓风机和旋转压缩机、真空泵等；离心式鼓风机的构造和型号。

Ⅱ、教学内容

第一节       往复压缩机

    1、往复压缩机的主要构造和工作原理

    2、多级压缩

    3、往复压缩机的生产能力

4、往复压缩机的分类及型号

    5、往复压缩机的安装与运转

    第二节  离心鼓风机和离心压缩机

    1、离心鼓风机和离心压缩机的工作原理、主要构造和型号。

    2、离心压缩机的性能曲线与调节。

第二节       通风机

    1、通风机的类型

    2、离心通风机的性能、型号和选型。

    第四节  旋转鼓风机和旋转压缩机

    1、罗茨鼓风机

    2、液环压缩机

    第五节  真空泵

    1、往复式真空泵

    2、液环式真空泵

    3、喷射式真空泵

    第四章  流体与粒子间相对运动的过程

    Ⅰ、教学目的及教学要求

    本章讲述均相物系的分离操作，广泛用于净制或回收分散介质，对环境和劳动保护有很现实的意义。

1、掌握内容

    （1）重力沉降的基本原理、重力沉降速度的定义和计算、沉降器的计算。

    （2）不可压缩滤渣恒压过滤计算。

2、理解内容

    （1）过滤的基本概念。过滤机的构造和操作。

    （2）离心沉降的沉降速度

    （3）旋风分离器的构造和工作原理

    （4）固体流态化的概念。

    3、了解内容

    （1）离心机的构造和操作

    （2）旋风分离器的压力损失和选择

    （3）其它气体净制设备

    （4）流化床的流体力学

    （5）所力输送

    Ⅱ、教学内容

    第一节  重力沉降

    1、重力作用下的沉降速度

    2、沉降器的构造计算

    第二节  过滤

    1、基本概念

    2、过滤操作中液体通过颗粒层的流动

    3、过滤基本方程式

    4、过滤机的构造和操作

    第三节  离心机

    1、离心力作用下的沉降速度

    2、离心机的构造和操作

    第四节  气体净制设备

    1、旋风分离器

    2、其它气体净制设备

    第五节  固体流态化

    1、基本概念

    2、流化床的流体力学

    3、气力输送

    第五章  传热基本原理和换热器

    Ⅰ、教学目的及教学要求

    传热过程是化工生产中一个极其普遍的组成部分。因此，认识传热过程，掌握一般换热设备的运行规律和设计方法，对于化工生产是有十分重要的定义。

    1、掌握内容

    （1）传热计算：热量衡算，平均温度差的计算、传热系数的测定和估算。

    （2）热传导的基本定律、多层干壁和圆筒壁的导热计算。

    （3）对流传热方程式、适于粘度流体的对流传热膜系数和流体有相变化时膜系数的计算式及应用范围和条件。

    （4）传热系数的计算及强化传势过程的途径。

    （5）列管式换热器的主要构造、热补偿装置。

    2、理解内容

    （1）传热的基本方程及流体流动方向的选择，垢层热阻计算。

    （2）热幅射的基本概念，两固体间热幅射传热量的计算。

    （3）传热系数的测定和估算。

    3、了解内容

    （1）加热方法和热载体。

    （2）各种换热器的结构特点及应用。

    （3）列管式换热器工艺设计应考虑的问题、设计计算方法和步骤。

    Ⅱ、教学内容

     第一节  基本概念

    1、传热的基本方式   2、工业的换热方法

    第二节  传热计算

    1、传热方程式  2、传热过程的热量衡算

    3、平均温度差的计算  4、流体流动方向的选择

    5、传热系数K的测定和估算

    第三节  热传导

    1、导热基本定律  2、多层平壁的导热

    3、圆筒壁的导热

    第四节  对流传热

    1、对流传热方程式  2、对流传热膜系数的经验公式

    第五节  传热系数K的计算和讨论

    1、传热系数与膜系数关系式  2、垢层热阻

    3、强化传热过程的途径

    第六节  热辐射

    1、热辐射的基本概念  2、两物体间的辐射传热  3、热损失

    第七节  换热器

    1、列管式换热器（管壳式换热器）2、其它换热器3、各种换热器的比较

    第八节  加热方法和载热体

    1、加热方法和加热剂2、常用冷却剂

    第九节  列管换热器的工艺设计

    1、工艺设计中应考虑的问题2、工艺设计计算方法与步骤

    第六章  蒸发

    Ⅰ、教学目的及教学要求

    蒸发是化学工业中分离挥发性溶剂与不挥发溶质的主要方法之一。

    1、掌握内容

    （1）单效蒸发的计算：溶剂的蒸发量、加热蒸汽消耗量、蒸发器的传热面积。

    （2）多效蒸发流程。

    （3）影响蒸发器生产强度的因素。

    2、理解内容：

    （1）蒸发器的结构。（2）蒸发过程中的温度差损失。（3）多效蒸发的效数。

    3、了解内容

    （1）除沫器、冷凝器的结构（2）多效蒸发的计算。

    Ⅱ、教学内容

    第一节  蒸发器

    1、蒸发器的结构2、除沫器、冷凝器

    第二节  单效蒸发

    1、单效蒸发的计算2、温度差损失

    第三节  多效蒸发

    1、多效蒸发流程 2、多效蒸发的计算  3、多效蒸发的效数

    第四节  影响蒸发器生产强度的因素

    1、影响蒸发器生产强度的因素

附录

一、单位换算表

二、管子规格

三、水的粘度（273——373K）

四、液体粘度和在293K时的密度

五、气体在常压下的粘度

六、常用泵规格

七、8—18、9—27型离心通风机综合特性曲线图

八、水在273—373K时的饱和蒸汽压和比容

九、比热列线图

十、液体汽化潜热列线图

十一、       饱和水蒸汽表

十二、       饱和水蒸汽表（按温度排列）

十三、       某些固体的导热系数

十四、       某些液体的导热系数

十五、       某些气体和蒸汽的导热系数

十六、       壁面污垢的热阴系数（污垢系数），m².K/W

十七、       列管换热器的传热系数K的参考值

十八、       管壳式换热器系列标准（摘录）

十九、       某些水溶液l atm下的沸点

第七章      蒸馏

Ⅰ、教学目的及教学要求

蒸馏操作广泛用于化学与石油工业中分离互相溶解的液体混合物。

1、掌握内容

（1）质量分率与摩系分率的定义及相互的换算。

（2）拉乌尔定律、道尔顿定律、气液相平衡方程和相平衡图、挥发度、相对挥发度等的物理意义。

（3）精馏原理并运用此原理分析精馏过程。

（4）全塔物料衡算，精馏段和提精段的物理衡算，操作线方程的推导，加料板热量和物料衡算及Q线方程，进料热状态与Q值之间的关系。

（5）理论板的概念，逐板计算法和图解法计算理论塔板数；最小回流比的计算，适宜回流比的选择，回流比的大小对塔板数及操作费用影响。

2、理解内容

（1）简单精馏原理和流程。

（2）恒摩台气化和恒摩尔谱流的段设

（3）连续精馏的热量衡算。

（4）填料精馏塔填料层高度的计算。

3、了解内容

（1）水蒸汽蒸馏、恒沸蒸馏、蓄取蒸馏的特点及应用。

（2）多组分精馏的特点及应用。

Ⅱ、教学内容

第一节       气—液相平衡关系

1、相组成表示法

2、理想溶液和非理想溶液气—液平衡关系

3、相平衡数据y—x的求取

第二节  简单蒸馏与精馏原理

1、简单蒸馏原理和流程2、精馏的理论基础3、精馏流程

第三节  精馏塔的物料衡算——操作线方程式

1、全塔物料衡算2、精馏段的物料衡算——精馏段操作线方程式

3、提馏段的物料衡算——提馏段操作线方程式

4、进料状况对操作线的影响——操作线交点轨迹方程

5、操作线在y-x图上的作法

第四节  精馏过程的计算

1、板式精馏塔塔板数的计算

2、填料精馏塔塔板数的计算

第五节  回流比

1、回流比对精馏塔理论塔板数的影响2、全回流和最汴塔板数

3、最小回流比 4、操作回流比的确定

第六节  简捷法计算理论塔板数

简捷法求理论塔板数

第七节  连续精馏的热量衡算

1、全塔热量衡算式 2、塔釜加热蒸汽和塔顶冷却水消耗量

第八节  特殊蒸馏

1、水蒸汽蒸馏2、恒沸蒸馏3、萃取蒸馏

第九节       多组分溶液的精馏

1、基本概念2、多组分溶液相平衡3、多组分精馏计算——简捷法

第八章  吸收

Ⅰ、教学目的及教学要求

    吸收操作广泛用于合成氨、三酸、石油化工以及废气处理等部门。

    1、掌握内容

   （1）摩尔分率、比摩尔分率及其换算，比质量分率及比质量分率与比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，相平衡与顺收过程的关系。

    （3）吸收速率方程式的表示形式。

    （4）吸收塔的物料衡算，操作线方程式及图示方法及其应用。

    （5）最小吸收剂单位耗用量的计算，实际吸收剂单位耗用量计算；填料层高度的计算。

    （6）传质单元数和传质单元高度的定义，物理意义及计算。

    2、理解内容

    （1）双膜理论的基本论点；吸收总系数与溶解度的关系。

    （2）传质单元数的梯级近似法和图解积分法。

    （3）解吸概念和方法。

    3、了解内容

    （1）根式吸收塔理论塔板数的计算。

    （2）吸收流程。

    （3）填料的类型和特性。

    Ⅱ、教学内容

    第一节  吸收的物理基础

1、气液相平衡2、传质的基本方式3、吸收机理——双膜理论

第二节  吸收速率方程式

1、吸收速率方程式2、吸收总系数

第三节  吸收过程的计算

1、填料的类型和特性2、全塔物料衡算——操作线方程

3、吸收剂消耗量4、填料吸收塔填料层高度5、板式吸收塔理论塔板数

第四节  解吸和吸收流程

1、解吸方法2、吸收流程

第九章  塔设备

Ⅰ、教学目的及教学要求

    塔设备是化工、石油化工生产中的主要设备之一，它的性能将影响到生产装置的产品质量、生产能力和消耗定额及环境保护等方面。

1、掌握内容

（1）根式塔类型和特点；（2）填料塔的液体分布装置。

2、理解内容

（1）填料塔的流体力学（2）浮阀塔设计（3）填料塔的设计

3、了解内容

    其它类型传质设备及各种塔型的比较

Ⅱ、教学内容

第一节  板式塔

1、板式塔类型和特点2、浮阀塔设计

第二节  填料塔

1、液体分布装置2、填料塔的流体力学3、填料塔的设计

第三节  其它类型传质设备及各种塔型比较

1、其它类型传质设备2、各种塔型的比较

第十章  干燥

Ⅰ、教学目的及教学要求

    干燥的目的是物料便于加工、运输、贮藏和使用，在化工生产中应用广泛。

    1、掌握内容

（1）温空气的性质及计算（2）湿润空气的湿度图及其应用

（3）干燥过程的物料衡算（4）恒定干燥条件下，干燥时间的计算。

2、理解内容

（1）干燥过程的热量衡算。

（2）平衡水分和自由水分。结合水分和非结合水分的意义。

（3）干燥速度及影响干燥速率的因素。

3、了解内容

（1）各种干燥器的结构、特点及其应用。

（2）气流干燥器的计算。

Ⅱ、教学内容

第一节  湿空气的性质和湿度图

1、湿空气的性质2、湿空气的湿润度图及其应用

第二节       干燥器的物料和热量衡算

1、空气干燥器的操作过程2、物料衡算3、热量衡算4、干燥器出口空气状态的确定

5、干燥器的热效率和干燥效率

第三节  干燥速率和干燥时间

1、物料中所含水分的性质2、干燥速率及其影响因素3、恒定干燥情况下干燥时间的计算

第四节  干燥器

1、干燥器的结构和特点2、干燥器的比较和选择3、气流干燥器的计算

第十一章  冷冻

Ⅰ、教学目的及教学要求

    在化学工业和其它们国民经济部门中，广泛地应用冷冻操作（制冷）。

1、掌握内容

（1）压缩蒸汽冷冻的工作过程。

（2）压缩蒸汽冷冻机的主要设备

2、了解内容

（1）温熵图（2）压缩蒸汽冷冻机的计算。

（3）多级压缩蒸汽冷冻机（4）冷冻剂和冷冻盐水

Ⅱ、教学内容

第一节  压缩蒸汽冷冻机

1、压缩蒸汽冷冻机的工作过程2、温熵图

3、压缩蒸汽冷冻机的计算4、多级压缩蒸汽冷冻机

第二节  冷冻剂和冷冻盐水

1、冷冻剂2、冷冻盐水

第三节  压缩蒸汽冷冻机的主要设备

压缩机、冷凝器、蒸发器和膨胀阀

第十二章  分离均相溶液的其它操作

Ⅰ、教学目的及教学要求

萃取、结晶和膜分离技术在化学工业和其它们国民经济部门中应用非常广泛。

1、  掌握内容

（1）       萃取、结晶的基本理论

（2）       萃取、结晶的操作过程计算

2、  了解内容

（1）萃取操作的主要影响因素

（2）影响结晶操作的因素

（3）萃取设备和结晶装置

（4）膜分离技术的概念和过程

 

Ⅱ、教学内容

第一节           萃取

1、  萃取的基本概念

2、  液—液相平衡

3、  萃取操作的基本计算

4、  萃取设备

5、  影响萃取操作的主要因素

 

第二节           结晶

1、  结晶过程的理论基础

2、  影响结晶操作的因素

3、  结晶过程的计算

4、  结晶装置

第三节           膜分离技术

1、  概述

2、  膜分离过程的应用及影响过程的主要因素

附录

一、某些双组分混合物在101 .3K/m2（绝压）下的气液平衡数量

二、饱和水蒸汽在253—373K时的压力

三、几种冷冻剂的物理性质

四、几种冷冻剂的沸点和饱和蒸汽压的关系

五、氟利昂-12的物理性质

六、氯化钠溶液的物理性质

七、氯化钙溶液的物理性质

八、氯化钠溶液和氯化钙溶液的比热

九、氨的热力性质

十、氨的T-S图

 

 

第三部分  多媒体教学一体化设计初步方案

    一、课程时数与媒体的总体分配

章次

内   容

面授

录像

习题课

实验

绪论

课程性质、任务

3

 

 

 

第一章

流体力学

20

2

4

8

第二章

液体输送机械

9

1

3

4

第三章

气体压缩和输送机械

9

1

 

 

第四章

流体与粒子间相对运动的过程

12

2

2

 

第五章

传热基本原理和换热器

20

3

3

4

第六章

蒸发

9

1

2

 

第七章

蒸馏

20

4

4

4

第八章

吸收

12

2

4

4

第九章

塔设备

6

2

 

 

第十章

干燥

11

2

3

 

第十一章

冷冻

7

1

 

 

第十二章

分离均相溶液的其它操作

9

2

3

 

合计

222

147

23

28

24

    课程大作业：可安排在第九章完成后进行，时间为两周（66学时）。

    本课程的总学时为288学时。

    二、教学媒体的定界

    1、教学媒体的定界

    本课程的教学媒体主要由文字主教材与录像教材组成，二者相辅相成，形成一个有机的教学媒体的集合体。

    2、各种教学媒体的特点

    文字主教材，即基本教材为主要教学媒体，其教学内容在保证科学系统性、知识结构合理性的前提下，还需根据中专学生学习的需要，注意深入浅出，说明清楚，力求通俗易懂，便于自学。

    录像教材是教学媒体中不可缺少的辅助形式。它运用动画、资料、图表、实例、字幕、音响、演示等形式来展现文字教材难以提供的形象化教学内容，演示事物的客观现象，使那些需要化静为动、化虚为实、化远为近的物理过程，更加形象、直观，产生实效感。