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课程编号06073

    06074

  

《化工原理》A(1)(2)课程教学大纲

64+64学时   4+4学分

一、 课程的性质、目的及任务

     化工原理是化工类学生的专业技术基础课。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(或选型)。目的在于通过本课程的学习,培养学生分析和解决有关单元操作各种问题的能力,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等目的,加速新技术开发和提高科研、设计水平等。

二、适用专业

化学工程与工艺等化工类专业。

三、先修课程

数学、物理及物理化学等。

四、课程的基本要求

     (一) 课程的重点

     化工单元操作可以分为三类过程:

     1.流体动力过程:研究流体的流动及流体与之接触的固体之间发生相对运动时的基本规律。

     2.传热过程:研究热量如何以三种基本方式进行传递的基本规律。

     3.传质过程:研究物质通过相界面迁移过程的基本规律。

     (二) 基本要求

     通过本课程的学习,学生应掌握上述重点中各过程的基本规律和基本理论、相关的各单元操作的基本原理和典型设备的工艺计算或选型。

     同时,在学习过程中初步掌握运用计算机处理实验数据、解答习题及进行课程设计。

五、 本课程的教学内容

   (一) 课堂讲授的教学内容

    绪论

    化工原理课程的性质、任务与内容;物料衡算及能量衡算;单位制及换算。

    第一章 流体流动

流体静力学基本方程式:流体的密度及静压强,流体静力学基本方程式及应用;

流体在管内的流动:稳定与不稳定流动,连续性方程式,柏努利方程式及应用;

流体在管内的流动阻力:牛顿粘性定律及流体的粘度,流动类型、边界层,流动阻力*及局部阻力*

管路计算与流量测量:简单管路、复杂管路*的计算与流量测量。

    第二章流体输送设备

液体输送设备:离心泵*及其它类型泵;

气体输送和压缩设备:离心通风机、鼓风机与压缩机,往复压缩机*。

    第三章 非均相物系的分离

重力沉降:沉降速度、降尘室,悬浮液的沉聚过程*

离心沉降:惯性离心力作用下的沉降速度,旋风分离器,旋液分离器;

过滤:恒压过滤;恒速过滤与先恒速后恒压的过滤,过滤常数测定,过滤设备;离心机;

流态化技术:固体流态化。

    第四章 传热

概述:传热的基本方式,典型的传热设备,稳定与不稳定传热*

热传导:傅立叶定律,导热系数,平壁与圆筒壁的导热;

对流传热:壁面和流体间的对流传热速率,热边界层*

传热计算:能量衡算,总传热速率方程,平均温度差,总传热系数,传热单元数法*

对流传热系数:对流传热系数的影响因素*,流体无相变及有相变时的传热系数,壁温的估算;

辐射传热:黑体、镜体、透热体和灰体,普朗克定律,斯蒂芬—波尔茨曼定律与克希霍夫定律,两固体间的辐射传热*,对流和辐射联合传热;

换热器:换热器

(下册)第五章 蒸馏

双组分溶液的气液平衡:相律,相对挥发度,两组分气液平衡图;

精馏原理:多次部分气化和多次部分冷凝*,精馏塔和精馏操作原理;

双组分连续精馏塔的计算:理论板及恒摩尔流假定,物料衡算和操作线方程,进料热状况的影响*,理论板层数的求法(逐板、图解梯级及特殊情况),回流比的影响*等;

间歇精馏:回流比恒定变馏出物组成*,馏出物组成恒定变回流比*

多组分精馏:多组分精馏*

特殊精馏:恒沸精馏和萃取精馏。

    第六章 吸收

吸收过程的相平衡关系:气体在液体中的溶解度,亨利定律;

传质机理及吸收速率:分子扩散与菲克定律,气相中与液相中的稳定分子扩散*,扩散系数,对流扩散,吸收机理*及速率方程式;

吸收塔的计算:吸收塔的物料衡算及操作线方程式,吸收剂用量,填料层高度和理论板层数的计算;

吸收系数:吸收系数的测定,经验式;

脱吸及其它条件下的吸收:脱吸及其它条件下的吸收。

    第七章 蒸馏和吸收塔设备

板式塔:塔板类型,板式塔流体力学性能*,浮阀塔设计,塔板效率;

填料塔:填料,填料塔的流体力学性能及塔计算。

    第八章 液—液萃取

概述:萃取操作流程及特点;

萃取过程的相图:液—液相平衡关系在三角相图上的表示及萃取过程在三角相图*上的表示;

萃取剂的选用:溶剂的选择性及选择性系数,溶剂S与稀释剂B的互溶度,萃取剂的物性及回收难易;

萃取过程的计算及设备:单级萃取过程的计算;液—液萃取设备;多级萃取过程及计算*

萃取塔内的流体流动及传质特性:萃取塔内的液泛、传质和纵向混合*

    第九章 干燥

湿空气的性质:湿空气的性质*和湿度图;

干燥过程的物料衡算和热量衡算:湿物料中含水量的表示法,物料、热量衡算*,空气通过干燥器时的状态变化,干燥器的热效率;

固体物料干燥过程的平衡关系和速率关系:物料平衡湿含量,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,

干燥设备:干燥器的主要型式。

注:上述教学内容中,凡是带*的均指“难点”。

    (二)录相课的教学内容

     1.泵的气缚与气蚀              0.4

     2.气体和液体输送设备          1.0

     3.流态化                      0.6

     4.热交换器                    0.5

     5.板式塔                      2.0

     6.填料塔的操作与结构          0.5

           小计                     5.0学时

注:由任课教师选择具体录像内容。

(三) 上机的教学内容

序号

上机内容(1)

序号

上机内容(2)

1

粘度的插值求取  粘度的粘度的插值求取

10

画出不同a值下的气液平衡线

2

绘制速度分布及剪应力分布的曲线 

11

用安托尼公式求苯-甲苯数据

3

试差法求管径

12

比较不同q及不同R下的理论板数

4

求平均速度及方次 

13

求理想物系精馏塔的理论板数

5

选择泵型号

14

求非理想物系精馏塔的理论板数

6

K判据法求颗粒沉降速度ut

15

操作型精馏塔的计算

7

沉降法测定液体粘度

16

求吸收中的传质单元数

8

求沉降槽的最大沉降面积

17

气体流量对塔径的影响

9

求导热通量及两层砖间界面温度 

18

多组分吸收的两步图解法

 

 

19

求泡点温度

 

 

20

多组分精馏气化率

注:由任课教师建议,学生选择。

六、学时分配表

      

讲 课

录像

上机

小 计

(1)

绪论

2

 

 

2

第一章 流体流动

16

 

2

18

第二章 流体输送设备

10

1.0

2

13

第三章 机械分离和固体流态化

12

0.5

2

14.5

第四章 传热

14

0.5

2

16.5

(2)

第五章 蒸馏(下册)

16

 

6

22

第六章 吸收

14

 

2

16

第七章 蒸馏和吸收塔设备

6

2.0

 

8

第八章 液—液萃取

8

 

 

8

第九章 干燥

10

 

 

10

          

108

4

16

128

七、主要参考书

姚玉英主编《化工原理》(一版),99年8月,天津大学出版社出版

陈敏恒主编《化工原理》(二版),99年/2000年,化学工业出版社出版

  蒋维钧等编《化工原理》(一版),92年12月,清华大学出版社出版

谭天恩等编《化工原理》(一版),90年6月,化学工业出版社出版

姚玉英主编《化工原理例题与习题》(三版),98年,天津大学出版社出版

八、 说明

    1.随着教学手段不断更新,学生素质不断提高,为适应化工发展,应适时适度地调整讲课时数,增开分析讨论课等。

    2.学习本课程的学生可以在业余时间使用CAI软件加强对课程的理解。

3.成绩分布:作业及课堂提问20%,上机成绩10%,考试70%。

 

                                                    大纲制定者:丁曙光副教授

                                                    大纲审定者:张双全副教授

                                                    大纲批准者:周  敏副教授 

                                                                                                                                                    20022

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