《化工原理》课程简介

  化工原理是一门关于化学加工过程的技术基础课,它为过程工业(包括化工、轻工、医药、食品、环境、材料、冶金等工业部门)提供科学基础,对化工及相近学科的发展起支撑作用,是我校化工、材料、环工、矿业工程等学院相关专业学生必修的一门重要的技术基础课程。化工原理课程以单元操作为内容,以传递过程原理和研究方法为主线,研究各个物理加工过程的基本规律,典型设备的设计方法,过程的操作和调节原理。化工原理课程教学包括理论课教学、实验课教学和课程设计三个环节。

  我们化工原理实验是学习、掌握和运用这门课程必不可少的重要教学环节,它属于工程实验范畴,具有明显的工程特点。实验课与化工基础实验技术(化工原理二)课同步进行,不仅训练学生的实验技术和动手能力,更重要的是训练学生运用理论知识分析和解决实际问题的能力。课程设计是培养学生综合运用本门课程及有关先修课程的基本知识去解决某一设计任务的一次训练,针对化工厂中一个实际的化工单元操作,完成主体设备的工艺设计,附属设备的选型设计,主体设备总图的绘制,是化工原理教学环节的重要组成部分。通过这一实践教学环节的训练,使学生能够初步掌握化工单元操作过程与设备设计的基本程序和方法,熟悉查阅和正确使用有关技术资料,运用简洁的文字和工程语言准确表述设计思想和结果,注重提高学生的工程实践能力和分析、解决工程实际问题的能力,对于活跃思维、开阔思路、提高创新能力起着积极的作用。

  我们化工原理是我校“211工程”和化学工程与技术一级学科重点建设的品牌课程,也是教育部对我校本科教学质量评估的重点课程之一。化工原理教师在学校和学院的支持下发扬“化工原理”精神,长期坚持精品课程体系的改革与实践,在教师队伍建设、实验基地建设和多媒体教学软件的研制开发方面进行了一系列卓有成效和颇具特色的工作,为化工原理精品课程建设奠定了良好的基础。

化工原理教学大纲

•  大纲编写说明

•  课程的性质和任务

  化工原理是在高等数学、物理、物理化学等课程的基础上开设的一门基础技术课程,它在基础课和专业课之间起着承前起后,由理及工的作用。其主要任务是研究化工单元操作的基本原理、典型设备的构造及工艺尺寸的计算,培养学生分析问题和解决问题的能力。
本课程的主要内容是研究流体流动过程、传热过程、传质过程的基本规律及有关的化工单元操作。

•  课程的内容和学时数

  总学时: 150 学时
  理论教学(化工原理一): 96 学时
  实验技术课(化工原理二): 30 学时(包括幻灯,仿真实验,实物教学与演示实验)
  实验: 24 学时
  课程设计: 2 周(包括录象,计算机教学)

理论教学:

 

内 容

讲课学时数

习题课学时数

绪论

 

2

 

第一章

 流体力学

14

4

第二章

 流体输送设备

4

 

第三章

 非均相物系的分离

6

 

第四章

 传热

14

2

第五章

 蒸发

4

 

第六章

 蒸馏

16

2

第七章

 吸收

16

2

 

 蒸馏与吸收设备

 

 

第八章

 干燥

10

 

备注: “蒸馏与吸收设备”在课程设计周内讲授。

 教学内容   
绪论: 概述,化工原理的性质,任务及内容。
   流体力学
 流体静力学基本方程
流体的密度,流体的静压强,流体静力学基本方程式及其应用
 流体在管内的流动
流量与流速,连续性方程式,柏努利方程式及其应用
 流体的流动现象
牛顿粘性定律与流体的粘度
流动类型与雷诺准数
滞流与湍流
 流动阻力
流体在直管中的流动阻力
管路上的局部阻力
管路总能量损失的计算
 管路计算
* 第六节 流量测量
 流体输送设备
 流体输送设备
离心泵工作原理和主要部件
离心泵主要性能参数与特性曲线
离心泵的气蚀现象与允许吸上高度
离心泵的工作点与流量调节
离心泵的类型与选择
* 其它类型的泵,往复泵、计量泵、旋转泵、漩涡泵
* 第二节 气体输送和压缩设备
离心通风机、鼓风机与压缩机
旋转鼓风机、压缩机与真空泵
往复压缩机的基本构造及原理
 非均相物系的分离
第一节 重力沉降
沉降速度
 离心沉降
惯性离心力作用下的沉降速度
旋风分离器的操作原理
旋风分离器的性能
 过滤
过滤操作的基本概念
过滤基本方程式,过滤常数的测定
* 过滤设备、板框压滤机、转筒真空过滤机
* 第四节 离心机
一般概念、离心机的结构与操作
三足式离心机、卧式刮刀、卸料离心机
 传热
第一节 概述
传热的基本方式
稳定传热与不稳定传热
第二节 热传导
传热的基本概念和傅立叶定律
导热系数、平壁的热传导、圆筒的热传导
 对流传热
对流传热的分析
壁面和流体间的对流传热速率
  传热计算
总传热速率方程
平均温度差(关于简化假定的讨论不讲)
总传热系数
 对流传热系数关联式
对流传热系数的影响因素
流体无相变时的对流传热系数(管内、管外、强制对流)
流体有相变时的传热系数(蒸汽冷凝、液体沸腾)
 辐射
* 第七节 换热器
换热器的类型
列管式换热器、翅片式、螺旋式、板式
各种间壁式换热器的比较和传热强化途径
   蒸发
 蒸发器的型式
蒸发器的结构和特性(循环型、液膜式)
 单效蒸发
溶液的沸点和温度差损失
单效蒸发的计算、蒸发器的生产能力、强度
 多效蒸发
多效蒸发的操作流程
多效蒸发与单效蒸发的比较
多效蒸发中效数的限制及最隹效数
 蒸馏
第一节 双组份理想溶液的气液平衡
拉乌尔定律和相律
两组份汽液平衡图
相对挥发度
第二节 精馏原理
多次部分气化和多次部分冷凝
精馏塔和操作流程
第三节 双组份连续精馏塔的计算
理论板的概念及恒摩尔流的假定
物料衡算与操作线方程
进料热状况的影响 , 理论板层数的求法
** 几种特殊情况时的理论板层数的计算
回流比的影响及其选择 , 简捷法求理论板层数
塔高和塔径的计算
连续精馏装置的热量衡算
** 第四节 多组份精馏
流程方案选择 , 多组份系统的气液平衡
关键组份的概念及各组份在塔顶和塔底产品中的预分配
最小回流比
理论板层数的确定
   吸收
第一节 吸收过程的相平衡关系
气体在液体中的溶解度
亨利定律 , 吸收剂的选择
第二节 传质机理与吸收速率
分子扩散与菲克定律
气相中的稳定分子扩散
液相中的稳定分子扩散
扩散系数 , 对流传质 , 吸收过程的机理
吸收速率方程式
第三节 吸收塔的计算
吸收塔的物料衡算与操作线方程
吸收剂用量的决定 , 塔径计算
填料层高度的计算 , 理论板层数的计算
** 第四节 吸收系数
吸收系数的测定 , 经验公式及准数关联式
** 第五节 脱吸
脱吸
*** 第八章 蒸馏和吸收塔设备
第一节 板式塔
塔板类型
浮阀塔设备
塔板效率及其影响因素
第二节 填料塔
填料
填料塔的流体力学性能
填料塔的计算
填料塔的附件
 干燥
第一节 湿空气的性质湿度图
湿空气的性质
湿空气的 H-I 图
第二节 干燥过程的物料衡算与热量衡算
湿物料中含水量的表示方法
干燥系统的物料衡算
干燥系统的热量衡算
空气通过干燥器时的状态变化
** 干燥器的热效率
物料衡算与热量衡算的应用举例
第三节 固体物料在干燥过程的平衡关系和速率关系
物料的平衡湿含量
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
* 第四节 干燥器
干燥器的主要形式
注 : 有 * 者为实验技术课选讲内容, ** 者为选讲内容, *** 者为课程设计周选讲内容
   实验课内容
课堂讲授内容包括各种流量、温度、压力测试技术原理及仪器,典型流体输送机械和各种单元操作设备,实验数据处理、误差分析,计算机仿真实验,实验流程、操作规程等。
应开设 8 个实验共 24 学时
(1) 管路阻力的测定
(2) 离心泵的性能测定
(3) 过滤实验
(4) 传热系数的测定
(5) 对流传热系数的测定
(6) 吸收实验
(7) 精馏实验
(8) 干燥实验
 演示实验与实物教学 ( 共 10 学时 )
1. 演示实验(选做部分实验)
(1) 柏努利方程的实验
(2) 雷诺实验
(3) 离心泵的气蚀实验
(4) 旋风分离器
(5) 电除尘
(6) 热边界层
2. 实物教学(包括模型参观)
(1) 管件 , 阀门与管路连接
(2) 流体输送机械
(3) 离心机操作
(4) 换热设备
(5) 塔设备
 电化教学 (4 学时 )
(1) 幻灯:传热 , 蒸发 , 干燥设备 .
(2) 塔设备:录像
 课程设计
教学学时数为 2 周 , 其基本内容为 :
1. 设计方案简介:对选定的工艺流程、主要设备的形式进行简要的论述。
2. 主要设备的工艺计算:物料衡算、工艺参数的选定,设备的结构设计和工艺尺寸的计算。
3. 辅助设备的选型:典型辅助设备主要工艺尺寸的计算,设备规格型号的选定。
4. 工艺流程图:以单线图的形式绘制,标出主体设备与辅助设备的物料方向,物流量,能流量,主要测量点。
5. 主要设备的工艺条件图:图面应包括设备的主要工艺尺寸,技术特性表和接管表。
6. 设计说明书内容:设计任务书;目录;设计方案;工艺计算及主要设备设计;辅助设备计算和选型;设计结果汇总;设计评述;参考资料。


太原理工大学化工基础实验中心©2007.5