《化工原理》课程教学大纲（2002年制订，2004年修订）课程编号：200042英文名：Principle of Chemical Engineering课程类别：专业主干课前置课：高等数学、物理学、物理化学后置课：化工设计与概算学分：6学分课时：108学时主讲教师：马云选定教材：姚玉英主编，化工原理，天津：天津科学技术出版社，2004年版课程概述：以化工生产中的物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成的若干“单元操作”，其中有流体流动与输送、沉降、过滤、传热、蒸发、蒸馏、吸收、萃取、干燥等，使学生通过学习，掌握单元操作的基本原理以及典型设备的构造与工艺尺寸的计算，以便在化工生产、科研和设计工作中达到强化生产过程，提高设备能力及效率，降低设备投资及产品成本，提高产品质量。

本教学大纲适用于应用化学专业学生。

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。

教学方法：本课程涉及的面较广，半经验和经验的东西较多，内容又比较庞杂，学生学起来有一定难度。

因此，需要合理继承传统媒体和恰当引入现代教学媒体，将不同的教学媒体类型进行优化组合，各展其长，让教学媒体发挥最大的效能。

并且采用开放式的教学方法：1、引导式教学的关键是提出问题，教师通过提出问题引出主题，解释相关概论，提出具体问题的重点。

提出问题可以激发学生学习的兴趣和活跃学生的思维。

2、讨论式教学是打开学生思维大门的钥匙，采用自学讨论式和启发讨论式，可以充分发挥学生的主体作用。

3、反馈式教学是教师挑那些既是重要概论又是学生易出错的题目，每章学完后让学生做练习，然后教师做讲评，使学生练得多、见得多，因而能够举一反三。

4、拓宽式教学：新内容的增加，拓宽了知识面，但在阐述方式上应更加简明扼要。

强调从概念、基本原理到设备结构与设计，不深入讨论细节问题。

对具体计算过程、公式推导一带而过，以求突出重点。

各章教学要求及教学要点绪论课时分配：2学时教学要求：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。

教学内容：一、化工过程与单元操作的关系二、《化工原理》课程的性质，内容三、《化工原理》课程规律和重要基础概念第一章流体流动课时分配：18学时教学要求：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。

教学内容：第一节流体静力学基本方程式一、流体的密度。

二、流体的静压强。

三、流体静力学基本方程式。

四、流体静力学基本方程式的应用。

第二节流体流动中的守恒定律一、流量与流速。

二、定态流动与非定态流动。

三、连续性方程式。

四、能量衡算方程式。

五、柏努利方程的应用。

第三节流体流动的阻力一、牛顿黏性定律与流体的黏度。

二、非牛顿型流体。

三、流动类型与雷诺数。

四、滞流与湍流。

第四节流体在管内的流动阻力一、流体在直管中的流动阻力。

二、管路上的局部阻力。

三、管路系统中的总能量损失。

第五节管路计算简单管路与复杂管路，简单管路的典型试算法。

第六节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。

思考题：1、某液体分别在三根管道中稳定流过，各管绝对粗糙度、管径均相同，上游截面1-1`的压强、流速也相等。

问：下游截面2－2`的流速是否相等？压强是否也相等？2、高位槽液面维持恒定，管路中两段的长度、直径及粗糙度均相同。

某液体以一定流量流过管路，液体在流动过程中温度可视不变。

问：（1）液体通过两管段的能量损失是否相等？（2）此两管段的压强差是否相等？并写出它们的表达式。

3、从水塔引水至车间，水塔的水位可视为不变。

送水管的内径为50mm，管路总长为l，流量为V h，水塔水面与送水管出口间的垂直距离为h。

今用水量增加50％，需对送水管进行改装。

（1）有人建议将管路换成内径为75mm的管子。

（2）有人建议将管路并联一根长度为l/2，内径为50mm 的管子。

（3）有人建议将管路并联一根长度为l/2，内径为25mm的管子。

试分析这些建议的效果。

假设在各种情况下，摩擦系数变化不大，水在管内的动能可忽略。

第二章流体输送机械课时分配：9学时教学要求：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。

教学内容：第一节流体输送机械一、离心泵。

二、其他类型泵。

第二节气体输送和压缩机械一、离心通风机、鼓风机与压缩机。

二、旋转鼓风机、压缩机与真空泵。

思考题：1、原用以输送水的离心泵，现改用输送密度为水的倍的水溶液，水溶液其他性质可视为与水的相同。

若管路布局等都不改变，试说明以下几个参数有无变化：（1）流量；（2）压头；（3）泵出口处压强表的读数；（4）泵的轴功率。

2、用2B19型离心泵输送60℃的水，已知泵的压头可满足要求。

现分别提出了三种安装方式（包括管件、阀门当量长度的管路总长可视为相同），试讨论：（1）三种安装方法是否都能将水送到高位槽中？若能送到，其流量是否相等？（2）三种安装方法中，泵所需的轴功率是否相等？第三章非均相物系的分离和固体流态化课时分配：18学时教学要求：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。

教学内容：第一节颗粒和颗粒群特性颗粒的大小及形状，颗粒群的特性，粒子的密度。

第二节重力沉降一、沉降速度。

二、重力沉降设备。

第三节离心沉降一、惯洗离心力作用下的沉降速度。

二、旋风分离器的操作原理。

三、旋风分离器的性能。

四、旋风分离器的结构形式与选用。

第四节过滤一、颗粒床层的特性。

二、过滤操作原理。

三、过滤基本方程式。

四、恒压过滤五、恒速过滤与先恒速后恒压的过滤。

六、过滤常数的测定。

七、过滤设备。

八、滤饼的洗涤。

九、过滤机的生产能力。

第五节固体流态化技术一、固体流态化的基本概念。

二、流化床的总高度。

思考题：1、颗粒在旋风分离器内沿径向沉降的过程中，其沉降速度是否为常数？2、以间歇过滤机处理某种悬浮液，若滤布阻力可以忽略，洗水体积与滤液体积之比为ａ，试分析洗涤时间与过滤时间的关系。

3、若分别采用下列各项措施，试分析转筒过滤机的生产能力将如何变化。

已知滤布阻力可以忽略，滤饼不可压缩。

（1）转筒尺寸按比例增大50％。

（2）转筒浸没度增大50％。

（3）操作真空度增大50％。

（4）转速增大50％。

（5）滤浆中固相体积分数由10％增稠至15％，已知滤饼中固相体积分数为60％。

（6）升温，使滤液黏度减小50％。

再分析上述各种措施的可行性。

4、理想流化床和实际流化床的主要区别是什么？第四章传热课时分配：18学时教学要求：熟练掌握热传导的基本原理，傅立叶定律，平壁与圆筒壁的稳定热传导及计算，掌握对流传热的基本原理，牛顿冷却定律，对流传热系数关联式的用法和条件；熟练运用传热速率方程并对热负荷、平均温度差、总传热系数进行计算；要求能够根据计算结果及工艺要求选用合适的换热器。

了解列管换热器的结构特点及其应用。

重点：傅立叶定律及其一维稳态热传导应用；牛顿冷却定律和影响对流传热系数的主要因素；流体在圆形直管内强制湍流传热及对流传热系数的计算；换热器的热负荷计算，对数平均温度差的计算；总传热系数的计算；换热器的设计型计算。

难点：传热过程中传热速率、传热推动力和热阻的基本概念；流体的相态的物理性质，流动状况和类型以及传热设备的型式对对流传热过程的影响；对流传热系数的类比法的应用，换热器的总传热系数与对流传热系数的关系及其简化应用；换热器的核算型计算。

教学内容：第一节概述一、传热的基本方式。

二、典型的传热设备。

第二节热传导一、基本概念和傅立叶定律。

二、导热系数。

三、平壁热传导。

四、圆筒壁的热传导。

第三节对流传热概述一、对流传热速率方程。

二、对流传热机理。

三、保温层的临界直径。

第四节传热计算一、能量衡算。

二、总传热速率微分方程和总传热系数。

三、平均温度差法。

四、传热单元数法。

第五节对流传热系数关联式一、影响对流传热系数的因素。

二、对流传热过程的量纲分析。

三、流体无相变时的对流传热系数。

四、流体有相变时的对流传热系数。

五、壁温的估算。

第六节辐射传热一、基本概念和定律。

二、两固体壁面间的辐射传热。

三、对流与辐射的联合传热。

第七节换热器一、换热器的分类。

二、间壁式换热器的结构形式。

三、管壳式换热器的设计与选型。

四、各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径。

思考题：1、试说明在多层壁的热传导中确定层间界面温度的实际意义。

2、试说明导热系数、对流传热系数和总传热系数的物理意义、单位和彼此间的区别。

3、试说明流体有相变化时的对流传热系数大于无相变时的对流传热系数的理由。

4、在列管换热器中，拟用饱和蒸汽加热空气试问：（1）传热管的壁温接近哪一种流体的温度？（2）总传热系数K接近哪一种流体的对流传热系数？（3）如何确定两流体在换热器中的流径？5、每小时有一定量的气体在套管换热器中从T1冷却到T2，冷水进出口温度分别为t1和t2，两流体呈逆流流动，并均为湍流。

若换热器换热器尺寸已知，气体向管壁的对流传热系数比管壁向水的对流传热系数小得多，污垢热阻的管壁热阻均可以忽略不计。