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                《化工原理》(A)教學大綱
                 閱讀次數: 添加時間:2012/10/09

                《化工原理》(A)教學大綱
                課程名稱:化工原理 英文名稱:Principle of Chemical Engineering
                學 分:8.0(理論課程6.5學分, 實驗1.5學分)
                學 時:104
                實驗學時:40
                教學對象:
                化學工程與工藝專業本科生。
                教學目的:
                本課程是在學生學完預修課程: 高等數學、物理學和物理化學等課程學習的基礎上開設的一門專業基礎課,是一門工程學科的課程500wan彩票网。使學生掌握研究化工生產中各種單元操作的基本原理,過程設備和計算方法。培養學生具有運用課程有關理論來分析和解決化工生產過程中常見實際問題的能力500wan彩票网。并為后續專業課程的學習打下必要的基礎。 
                教學要求:
                1. 熟練掌握最基本的單元操作的基本概念和基礎理論,對單元過程的典型設備具備基礎的判斷和選擇能力;
                2. 掌握本大綱所要求的單元操作的基本常規計算方法,常見過程的計算和典型設備的設計計算或選型;
                3. 熟悉運用過程的基本原理,根據生產上的具體要求500wan彩票网,對各單元操作進行調節;
                4. 了解化工生產的各單元操作中的故障,能夠尋找和分析原因500wan彩票网500wan彩票网,并提出消除故障和改進過程及設備的途徑。
                教學內容:
                緒論(2學時)
                1.化工過程與單元操作的關系
                化工生產過程的特點 化工工藝學與化學工程學的性質
                單元操作的任務
                2.《化工原理》課程的性質,內容
                基礎理論 典型單元操作 相關課程
                3.《化工原理》課程規律和重要基礎概念
                物料衡算 能量衡算 單位換算和公式轉換 平衡關系 過程速率 經濟效益
                基本要求:
                了解《化工原理》課程的性質和學習要求。
                重 點:
                化工原理課程中三大單元操作的分類和過程速率的重要概念的內涵。
                難 點:
                使學生通過對課程性質的了解500wan彩票网,把基礎課程的學習思維逐步轉移到對專業技術課程的學習上,在經濟效益觀點的指導下建立起"工程"觀念500wan彩票网。
                第一章 流體流動(18學時)
                1.概述
                流體的特性 連續介質模型
                2.流體靜力學原理和應用
                流體密度 流體靜壓強 流體靜力學基本方程 U型壓差計
                3.流體流動中的守恒定律
                流體流動的連續性方程及其應用 定態流動
                柏努利方程及其幾何意義和應用 流線與軌線
                4.流體流動的阻力
                管流現象 流動型態--層流和湍流 
                雷諾數的物理意義和臨界值 流動阻力分析 管流阻力計算 
                牛頓粘性定律 管流速度分布 邊界層的發展和和分離
                5.流體流動阻力的計算
                直管阻力計算式 層流時的摩擦系數 湍流時的摩擦系數
                海根-泊稷葉公式樣 布拉修斯公式 范寧公式 
                局部阻力系數法和當量長度法 非圓管道的當量直徑計算法
                因次分析法 Moody圖及其使用
                6.管路計算
                簡單管路與復雜管路 簡單管路計算的方程組
                管路的設計型計算 管路的操作型計算
                空氣、水在管中的常用流速范圍 簡單管路的典型試算法
                7.流速和流量的測量
                皮托管 孔板流量計 文丘里流量計 轉子流量計
                基本要求:
                熟練掌握流體靜力學基本方程式500wan彩票网,連續性方程式和柏努利方程式及其應用500wan彩票网;正確理解流體的流動類型和流動阻力的概念500wan彩票网;掌握流體流動阻力的計算,簡單管路的設計型計算和輸送能力的核算。了解測速管500wan彩票网,文丘里流量計,孔板流量計和轉子流量計的工作原理和基本計算500wan彩票网。
                重 點:
                流體流動過程中的基本原理及流體在管內的流動規律;柏努利方程式的應用;流體在管道內的流動阻力產生的原因和摩擦阻力的計算500wan彩票网;簡單管路的計算。
                難 點:
                流體的不同流型的摩擦系數及其計算,簡單管路的設計型計算和輸送能力的核算。
                第二章 流體輸送機械(12 學時)
                1. 概述
                離心泵的結構和工作原理 速度三角形
                2.離心泵的基本方程
                歐拉方程
                3.離心泵的特性曲線及影響因素
                泵的流量、揚程、軸功率和效率參數 升揚高度 揚程500wan彩票网、軸功率、
                效率與流量的關系曲線 泵的設計點和離心泵的銘牌參數
                液體物理性質對特性曲線的影響 泵的轉速和葉輪直徑對特性曲線的影響。
                4.離心泵的工作點和流量調節
                管路特性曲線方程式 改變閥門的開度 改變泵的轉速及葉輪外徑
                對離心泵工作點的影響 離心泵的串聯和并聯
                5.離心泵的安裝和選型
                汽蝕現象 安裝高度計算 離心泵的類型 離心泵的選型 
                6.離心式風機
                風機分類 性能參數 特性曲線 風機選型
                7.其他類型的流體輸送機械
                往復泵 噴射泵 齒輪泵 旋渦泵等
                風機
                基本要求:
                了解離心泵的結構及基本方程式;掌握離心泵的性能參數及影響因素500wan彩票网、泵的特性曲線、工作點和流量調節;掌握離心泵安裝高度的確定原則;正確選用離心泵、風機的型號500wan彩票网。了解其它類型流體輸送機械。
                重 點:
                離心泵的特性曲線及其影響因素 ; 管路特性曲線方程式。
                難 點:
                離心泵的基本方程式 ;離心泵的工作點的改變 500wan彩票网; 離心泵安裝高度的計算。
                第三章 顆粒流體力學基礎與機械分離(14學時)
                1.概 述
                非均相物系 非均相物系分離的理論依據 
                顆粒流體力學的研究內容 非均相分離的方法和用途 機械分離
                2.顆粒的幾何特性
                單顆粒的特性 顆粒群的特性 顆粒床層的特性
                3.液體過濾與過濾設備
                固定床層的流動現象 毛細管束流動模型 模型參數的估值
                柯士尼公式和歐根公式 過濾的分類 過濾速度基本計算式
                過濾常數和過濾基本方程式及其應用 常見過濾設備的結構 
                和操作與計算
                4.顆粒沉降與沉降設備
                重力沉降過程和沉降速度的基本概念 顆粒重力自由沉降計算式
                沉降室的工藝計算 離心沉降的基本原理 
                旋風分離器的工藝計算
                5.固體流態化
                固體顆粒床層的分類 流態化操作特點 固體流態化的
                流體力學特性曲線 流化床的流化空速范圍的計算
                基本要求 :
                球形顆粒和均勻床層的特性的理解;一維固定床層的流動壓降的計算500wan彩票网。正確理解液體過濾操作的基本原理500wan彩票网;掌握過濾基本方程式及其應用;掌握過濾過程及設備的計算和過濾常數的測定方法500wan彩票网。了解重力沉降運動的基本原理500wan彩票网,掌握重力沉降設備的計算。
                重 點:
                影響固定床層流動壓降的主要因素500wan彩票网;恒壓過濾基本方程式及其應用;板框過濾機的操作和工藝計算;球形顆粒的重力自由沉降速度的計算;斯托克斯公式;除塵室的生產能力計算500wan彩票网。
                難 點:
                可壓縮濾餅的過濾常數的理解與應用;濾布阻力的確定與當量濾餅層概念的引入;顆粒沉降的因次分析法的應用500wan彩票网;應用直接判據法計算沉降速度500wan彩票网。
                第四章 傳熱及換熱器(18學時)
                1.概 述
                傳熱的基本方式 冷500wan彩票网500wan彩票网、熱流體熱交換的形式 傳熱速率和熱通量及其相互關系
                傳熱在化工生產中的應用
                2.熱傳導
                溫度場與傅立葉定律 導熱系數的物理意義 溫度和壓力對導熱系數的影響 
                平壁和圓筒壁的熱傳導過程的特點 壁內溫度分布形式 接觸熱阻 
                熱傳導速率的計算式 
                3.對流傳熱
                對流傳熱過程分析 對流傳熱過程的分類 牛頓冷卻定律
                影響對流傳熱系數的主要因素 無相變化流體的對流傳熱系數準數關聯式 
                有相變化流體的傳熱系數關聯式 對流傳熱系數的一般范圍
                傳熱系數計算公式中的解析方法、因次分析法和純經驗法的應用 
                4.輻射傳熱
                物體的輻射能力 普朗克定律 斯蒂芬--波爾茨曼定律 
                克?500wan彩票网;舴蚨?nbsp;固體壁面間的輻射傳熱 對流與輻射的串聯傳熱
                對流與輻射的并聯傳熱
                5.傳熱過程計算
                冷500wan彩票网、熱流體間壁傳熱過程的分解 傳熱速率方程式及其物理意義
                無相變化與有相變化時熱負荷的計算 恒溫傳熱與變溫傳熱平均溫差的計算
                推導對數平均溫度差的簡化假設條件 總傳熱系數的意義和計算
                傳熱面積的計算與壁溫的估算 
                換熱器的設計型計算 換熱器的核算型計算 傳熱效率法計算
                式及其應用
                6.換熱器
                換熱器的分類 傳熱過程的強化途徑 換熱器的設計與選型
                基本要求:
                熟練掌握熱傳導的基本原理,傅立利定律,平壁與圓筒壁的穩定熱傳導及計算500wan彩票网,掌握對流傳熱的基本原理,牛頓冷卻定律,對流傳熱系數關聯式的用法和條件;熟練運用傳熱速率方程并對熱負荷、平均溫度差、總傳熱系數進行計算;要求能夠根據計算結果及工藝要求選用合適的換熱器500wan彩票网500wan彩票网。了解列管換熱器的結構特點及其應用500wan彩票网500wan彩票网。 
                重 點:
                傅立葉定律及其一維穩態熱傳導應用;牛頓冷卻定律和影響對流傳熱系數的主要因素;流體在圓形直管內強制湍流傳熱及對流傳熱系數的計算500wan彩票网;換熱器的熱負荷計算,對數平均溫度差的計算;總傳熱系數的計算500wan彩票网;換熱器的設計型計算。
                難 點:
                傳熱過程中傳熱速率、傳熱推動力和熱阻的基本概念;流體的相態的物理性質500wan彩票网,流動狀況和類型以及傳熱設備的型式對對流傳熱過程的影響;對流傳熱系數的類比法的應用500wan彩票网,換熱器的總傳熱系數與對流傳熱系數的關系及其簡化應用;換熱器的核算型計算。
                第五章 吸 收(14學時)
                1.概述
                吸收與傳質 物理吸收與化學吸收 吸收與解吸 溶劑的選擇
                2.汽液相平衡
                平衡溶解度 過程方向判斷與過程推動力
                3.分子擴散
                分子擴散速率(菲克定律) 分子擴散傳質速率 
                組分在氣相、液相中的分子擴散系數
                4.對流傳質
                吸收過程 吸收機理模型 對流傳質速率 總傳質系數
                5.填料塔中低濃度氣體吸收過程的計算
                填料塔簡介 低濃度氣體吸收的特點 物料衡算 填料層高層的計算 
                傳質單元高度的計算 傳質單元數的計算 填料吸收塔的設計型計算 
                填料吸收塔的操作型計算
                基本要求:
                掌握吸收的概念、類型和目的500wan彩票网500wan彩票网;了解解吸的概念;掌握溶劑選擇的原則;掌握亨利定律三種表達形式及相關的計算;掌握吸收與解吸的過程方向判斷及過程推動力的計算500wan彩票网。了解菲克定律的適用范圍500wan彩票网;掌握等摩爾相向分子擴散和分子單向擴散時,分子擴散速率與傳質速率之間的關系;掌握摩爾相向分子擴散和分子單向擴散傳質速率積分式的區別;了解氣、液相分子擴散系數。了解吸收過程;掌握雙膜理論500wan彩票网;掌握汽、液相總傳質系數的計算方法,以及推動力與阻力的關系500wan彩票网;掌握氣膜控制和液膜控制;掌握物料衡算和操作線方程;掌握汽、液相總傳質單元高度及總傳質單元數常用的計算方法500wan彩票网;掌握設計型和操作型計算;了解其它吸收流程500wan彩票网。
                重 點: 
                溶劑選擇 , 亨利定律 , 菲克定律 , 雙膜理論 , 汽、液相總傳質系數 , 操作線 , 平衡線 , 設計型和操作型計算500wan彩票网。
                難 點: 
                分子擴散傳質速率積分式 ; 操作型的計算及判斷題500wan彩票网。

                第六章 液 體 蒸 餾(14學時)
                1.概述
                蒸餾原理與蒸餾操作 閃蒸
                2.雙組分體系的汽液平衡
                理想體系的汽液平衡 非理想體系的汽液平衡
                3.雙組分簡單蒸餾
                簡單蒸餾
                4.雙組分連續精餾
                連續精餾原理與過程分析 基本型連續精餾塔的設計型和操作型計算 
                其它類型的連續精餾
                5.間歇精餾
                間歇精餾特點與計算
                6.特殊精餾
                萃取精餾 恒沸精餾
                基本要求: 
                了解蒸餾與蒸發的區別500wan彩票网;掌握相對揮發的定義;了解閃蒸的原理500wan彩票网;掌握用安托因方程計算平衡的汽液相組成;掌握 "t~x~y"圖線、泡點線和露點線;了解總壓對泡點線和露點線的影響500wan彩票网;了解正、負偏差溶液的形成和特點500wan彩票网。了解簡單蒸餾的計算500wan彩票网;掌握精餾原理及回流的定義;掌握全塔物料衡算;掌握恒摩爾流假設;掌握五種進料狀態;掌握平衡線、q線、精餾段操作線和提餾段操作線;掌握理論板的定義及全塔效率的概念。掌握全回流、最小回流比和最佳加料板位置的概念;掌握進料狀態對理論塔板數的影響500wan彩票网;掌握設計型計算中圖解法、逐板計算法求解理論塔板數的方法;了解吉利蘭快速估值法和芬斯克方程求最少理論塔板數。在操作型計算中500wan彩票网,掌握進料濃度500wan彩票网、回流比的變化對塔頂產品和塔底產品的影響。了解直接蒸汽加熱500wan彩票网、分凝器、冷液回流、側線出料和回收塔各自的特點。了解間歇精餾的特點與計算,了解特殊精餾的特點。
                重 點: 
                相對揮發度 , "t~x~y"圖線 , 精餾原理 , 恒摩爾流假設 , 進料狀態 , 操作線方程 , 操作型計算和設計型計算。 
                難 點: 
                "t~x~y"圖線 , 精餾原理 , 操作型計算與判斷。
                第七章 氣 液 傳 質 設 備(2學時)
                1. 概述
                塔設備的分類 塔設備的性能指標
                2. 填料塔
                填料塔的結構 填料的種類 填料塔的流體力學性能和氣液傳質
                填料塔附件 等板高度
                3. 板式塔
                板式塔的結構 塔板的型式 塔板的流體力學性能 塔板效率
                4. 填料塔和板式塔的比較
                兩種塔型的異同點 塔型的選擇
                基本要求:
                了解填料塔和板式塔的主要構件;掌握塔內氣液兩相的流動狀況和傳質特性;了解常見的不正常操作情況和評價設備的基本性能;熟悉常規塔設備的一般計算方法500wan彩票网。
                重 點:
                氣體通過填料層的壓力降;影響泛點氣速的主要因素500wan彩票网。板式塔的負荷性能圖;篩板塔的設計。
                難 點:
                填料塔壓降通用關聯圖及其應用;板式塔的操作參數與塔板結構尺寸的關系。
                第八章 固 體 干 燥(10學時)
                1.概述
                2.濕空氣的性質和濕度圖
                濕空氣的性質 濕空氣的"I-H"圖及其應用
                3.干燥過程的物料衡算和熱量衡算
                物料衡算 熱量衡算 干燥器出口空氣狀態的確定 干燥器的熱效率和干燥效率
                4.干燥速率和干燥時間
                物料中所含水分的性質 干燥速率及其影響因素 恒定干燥條件下干燥時間的計算 
                5.干燥器
                干燥器的類型 
                基本要求:
                了解濕分的定義500wan彩票网、去濕的方法及干燥的分類500wan彩票网;了解干燥過程的必要條件和干燥推動力。掌握濕空氣的主要性質,它們的定義和計算公式;掌握濕空氣的"I-H"圖及其中的五種線500wan彩票网;掌握確定濕空氣狀態的三種條件及由狀態點確定空氣有關參量。掌握物干燥過程的物料衡算和熱量衡算;掌握等焓和非等焓干燥過程確定干燥器出口狀態空氣;掌握干燥器的熱效率和干燥效率的定義500wan彩票网500wan彩票网。了解物料中所含水分性質;掌握平衡水分與自由水分、結合水分與非結合水分的概念;掌握干燥速率的定義及干燥速率曲線;掌握臨界水含量的概念500wan彩票网;了解影響恒速干燥和降速干燥的因素500wan彩票网。掌握恒速和降速段干燥時間的計算方法。了解干燥器的主要型式及它們的特點500wan彩票网。
                重 點: 
                濕空氣性質 , 物料衡算和熱量衡算 , 干燥速率和干燥速率曲線 , 臨界水含量 , 干燥 時間的計算500wan彩票网。
                難 點: 
                露點 , 濕球溫度 , 絕熱飽和溫度, 影響恒速干燥和降速干燥的因素。
                《化工原理》(A)實驗
                1.流體流動阻力的測定(4學時)
                基本要求:
                測定流體流過光滑管與粗糙管的直管阻力,作出實測的摩擦系數與雷諾數曲線,并與教材中推薦的經驗曲線或理論關系曲線相比較500wan彩票网;測出一定開啟度的閘閥的局部阻力系數數值。
                重 點:
                保證實驗中的流動穩定500wan彩票网,正確讀取轉子流量計讀數和U型壓差計及壓差傳感器的讀數。
                難 點:
                實驗系統的氣體排除,倒U型管壓差計及壓差傳感器的的使用。
                2.離心泵性能曲線的測定(4學時)
                基本要求:
                測定離心泵在一定轉速下輸送水的特性曲線,即壓頭500wan彩票网、軸功率和泵效率與流量曲線。
                重 點:
                了解離心泵的結構,操作要點;儀器的使用方法各操作參數的測定方法。
                難 點:
                離心泵的灌泵和啟動500wan彩票网;真空表和壓力表的正確讀數500wan彩票网;渦輪流量計的正確使用和倍率設置;扭矩儀及壓差傳感器的正確讀數。
                3.過濾實驗(4學時)
                基本要求:
                熟悉板框壓濾機的結構與操作500wan彩票网,對碳酸鈣與水懸浮液作恒壓過濾實驗,測出恒壓下的過濾常數,并根據不同壓力下的過濾常數值回歸出壓縮性指數值500wan彩票网。
                重 點:
                懸浮液的配制和輸送;過濾過程管路中的閥門正確操作;濾液計量的準確可靠。
                難 點:
                控制懸浮液的濃度均勻500wan彩票网,防止固體顆粒沉淀。
                4. 固定床與流態化實驗(4學時)
                基本要求:
                熟悉固體顆粒床層的結構與操作,測出氣固相床層的流體力學特性曲線500wan彩票网500wan彩票网,即流動壓降與表觀氣速關系曲線500wan彩票网。 
                重 點:
                顆粒床層的均勻性;流動壓降的正確測定。
                難 點:
                控制流量均勻500wan彩票网,防止顆粒床層嚴重的溝流和節涌500wan彩票网。
                5.傳熱實驗(4學時)
                基本要求:
                觀察水蒸氣在管外壁面冷凝的現象;學會用熱電阻測量內管壁溫的原理及測定方法,測出"水與水蒸汽"或"空氣與水蒸汽"體系的傳熱膜系數500wan彩票网500wan彩票网,并與由經驗式計算值相比較。
                重 點:
                了解套管換熱器的結構500wan彩票网;蒸汽中冷凝水和不凝性氣體排放;流體流量的穩定;熱電阻的溫度正確讀取500wan彩票网。
                難 點:
                保持蒸汽壓力恒定;使傳熱處于穩定狀態;冷凝液的液面恒定。
                6.填料塔的傳質性能實驗(4學時)
                基本要求:
                觀察填料塔內的氣液流動現象;學會氣相色譜儀500wan彩票网、二氧化碳氣敏電極的測定方法及原理,測出"二氧化碳、空氣與水"體系的體積傳質系數500wan彩票网。
                重 點:
                了解填料塔的結構,氣液流量的穩定500wan彩票网500wan彩票网;二氧化碳濃度的正確測定500wan彩票网。
                難 點:
                二氧化碳氣敏電極的熟練使用;使傳質處于穩定狀態;塔底液位的恒定。
                7.精鎦實驗(4學時)
                基本要求:
                掌握雙組分連續精餾塔的實驗原理及測定方法,測定"乙醇與水"體系的全塔效率或等板高度。
                重 點:
                了解精鎦塔的結構;全回流條件下的總板效率或等板高度的測定。 
                難 點:
                非理想物系的理論塔板數的求取。
                8.干燥曲線測定實驗(4學時)
                基本要求:
                在恒定干燥條件下測定干燥曲線500wan彩票网,求出"濕空氣500wan彩票网,濕氈與水體系"的臨界含水量及臨界干燥速率;了解稱重傳感器、自動記錄儀和電加熱控溫儀的原理和使用方法。
                重 點:
                恒定干燥條件的建立500wan彩票网;濕物料的正確配制和秤量。干燥過程中濕物料的含水量隨時間的變化規律。
                難 點:
                準確掌握濕物料的加入水量500wan彩票网;正確調節和使用稱重傳感器。
                9.仿真實驗(4學時)
                基本要求:
                掌握每個實驗的模擬演示,要求自動評分達到額定標準500wan彩票网。
                重 點:
                實驗步驟的正確性500wan彩票网,分析模擬實驗數據的合理性。
                難 點:
                準確回答思考題。
                10.演示實驗(2學時)
                基本要求:
                通過實物實驗的直觀教學,對化工單元設備有一個感性認識,加深對化工原理課程理論的理解。
                重 點:
                掌握單元操作過程中的能量轉換、流動現象。
                難 點:
                能量轉換現象分析。
                11.實驗儀表(2學時)
                基本要求:
                了解常見儀表的使用原理,熟悉實驗儀器的使用方法和操作步驟。
                重 點:
                熱電阻的測定要點,渦輪流量計的操作范圍500wan彩票网。
                難 點:
                干燥數據測定儀的正確使用500wan彩票网。
                12.數據處理(2學時)
                基本要求:
                通過實驗數據處理方法的介紹,掌握數據有效位數、精確度500wan彩票网、準確度、誤差500wan彩票网、誤差分析及實驗結果的數據處理500wan彩票网。
                重 點:
                實驗數據的誤差分析及數據處理500wan彩票网。
                難 點:
                實驗數據結果表達法。
                預修課程:
                高等數學、普通物理500wan彩票网、物理化學。
                考試方式:
                理論課閉卷考試。
                實驗課采用口試結合筆試形式。
                考題出自全國《化工原理》專業指導委員會編制的試題庫。
                參考教材:
                1.南京化工大學《化工原理》,化學工業出版社,1995
                2.華東化工學院《化工原理》,化學工業出版社,1991
                3.天津大學《化工原理》500wan彩票网500wan彩票网,天津科學技術出版社500wan彩票网,1987
                4.南京化工大學《化工原理實驗》500wan彩票网,東南大學出版社,1996

                 


                 
                 

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