《化工原理》教学大纲

《化工原理》教学大纲

一、课程目标

1．课程性质

《化工原理》是化学工程与工艺类及相近专业的一门主干课，是学生在具备了必要的《高等数学》、《线性代数》、《物理》、《机械制图》、《算法语言》、《物理化学》等基础知识之后必修的技术基础课，也是学生学习《化工原理实验》、《化工原理课程设计》、《化工传递过程》、《化工分离工程》、《化工系统工程》等课程的先修课程。《化工原理》是研究和探讨化工生产中大规模改变物质物理性质的工程技术学科，它以化工生产中的物理加工过程为背景，研究物理加工过程的基本规律，应用这些规律解决化工生产中的实际问题，并将这些规律按其操作原理的共性归纳成若干单元操作。《化工原理》是化学工程这一学科中最早形成、基础性最强、应用面最广的学科分支。

2．教学方法

以课堂讲授为主，讨论、自学、设备实物或模型现场教学、计算机辅助教学为辅。

3．课程学习目标与基本要求

（1）单元操作的理论基础是流体力学（动量传递）、热量传递和质量传递理论。通过课程教学，

应使学生掌握流体力学、热量传递和质量传递的基本理论知识；掌握主要单元操作的基本原理、工艺计算和典型设备结构与设计；掌握本课程的主要研究方法，如数学模型方法和实验研究方法。

（2）通过课程教学，培养学生具备根据各单元操作在技术上和经济上的特点，进行“单元过程和设备”选择的能力、过程的计算和设备设计的能力；具备进行单元过程的操作和调节以适应不同生产要求的能力；具备单元过程在操作中发生故障时如何寻找故障的原因并加以解决的能力；具备应用计算机进行单元操作辅助计算的能力；具备通过自学获取新知识的能力等。

（3）通过课程教学，应着重培养学生具备以下两方面的良好素质。一是针对现有生产过程单元操作中存在的问题，能够善于运用所学的基本理论和知识动脑分析、动手解决；二是针对现有单元操作中技术上不合理的地方，能够发现并提出改进措施，达到节能、降耗、提高效率的目的。

4．课程总学时：

化学工程与工艺及制药类专业110学时，其中化工原理（一）A 55学时，化工原理（一）B 55学时。

过程装备与控制专业90学时, 其中化工原理（二）A 45学时，化工原理（二）B 45学时。

生物化工、食品工程及环境工程类专业90学时, 其中化工原理（三）A 45学时，化工原理（三）B 45学时。

化学专业54学时，其中授课48学时，实验6学时。

5．课程类型：必修课

6．先修课程：高等数学、线性代数、机械制图、物理、算法语言、数值方法、物理化学

7．后续课程：化工传递过程、化工分离工程、化工系统工程

二、课程结构

[(一)A的内容为1~6点、(一)B的内容为7~13（除去11）点]

[(二)A的内容为1~6点、(二)B的内容为7~12（除去11）点]

生物化工、食品工程类专业[(三)A的内容为1、2、3、6点、(三)B的内容为4、5、7、9、12、13点]

环境工程类专业[(三)A的内容为1、4、5、6、7、12点、(三)B的内容为8~11点]

1．绪论（1学时）

知识点：课程性质、内容、特点及研究学习方法；物料衡算；热量衡算；单位制与单位换算。

重 点：物料衡算；热量衡算；单位制与单位换算。

难 点：热量衡算；单位换算。

2．流体流动（18学时）

知识点：流体主要物性（粘度、密度）与压强定义、单位与换算；流体静力学平衡方程及其应用；连续性方程及其应用；柏努利方程及其应用；稳定流动与不稳定流动；层流和湍流的基本特征与判别；雷诺准数计算；流体管内流速分布；湍流特性与边界层概念；当量直径概念与计算；圆管与非圆管内流动阻力计算；局部阻力计算；简单管路与复杂管路设计型问题和操作型问题的定量计算；管路操作型问题的定性分析；管路设计型及操作型问题的计算机辅助计算；变截面、变压头流量计基本结构、特点、测量原理及使用方法；最优管径的确定。

重 点：流体静力学平衡方程及其应用；连续性方程及其应用；柏努利方程及其应用；层流和湍流的基本特征与判别；流动阻力计算；简单管路与复杂管路设计型问题和操作型问题的定量计算；管路操作型问题的定性分析。

难 点：复杂管路设计型和操作型问题的定量计算；管路操作型问题的定性分析。

新知识点：管路操作型问题的定性分析；管路设计型和操作型问题的计算机辅助计算；最优管径的确定。

3．流体输送机械（8学时）

知识点：离心泵基本原理、构造；离心泵基本方程式；离心泵主要特性参数、特性曲线、安装高度、工作点与流量调节；离心泵选用、安装与操作；流体输送设计型和操作型问题的定量计算；流体输送操作型问题的定性分析；往复泵、旋涡泵、旋转泵等其他类型泵的结构原理、特点与应用；离心式风机、旋转式鼓风机、往复式压缩机、真空泵等气体输送机械的基本结构、工作原理及应用。

重 点：离心泵主要特性参数；特性曲线；安装高度；工作点与流量调节；离心泵选用、安装与操作；流体输送设计型和操作型问题的定量计算；流体输送操作型问题的定性分析。

难 点：安装高度；工作点与流量调节；流体输送操作型问题的定性分析。

新知识点：流体输送操作型问题的定性分析。

4．流体通过颗粒层的流动（7学时）

知识点：过滤基本理论及基本参数；过滤基本方程及其应用；板框过滤机、叶滤机与转鼓真空过滤机基本结构、工作原理及计算；过滤操作型问题的定性分析；间歇过滤机的最佳生产周期的定量计算；连续过滤机最佳转速的确定；滤饼的可压缩性；恒速过滤；离心分离原理与离心机；其他分离设备构造、原理。

重 点：过滤基本方程及其应用；板框过滤机、叶滤机与转鼓真空过滤机设计型和操作型问题的

定量计算；过滤操作型问题的定性分析；间歇过滤机的最佳生产周期的定量计算。

难 点：过滤基本方程及其应用；板框过滤机、叶滤机与转鼓真空过滤机设计型和操作型问题的定量计算；过滤操作型问题的定性分析。

新知识点：连续过滤机最佳转速的确定；过滤操作型问题的定性分析。

5．颗粒的沉降（3学时）

知识点：重力沉降与离心沉降基本公式；降尘室、沉降槽、旋风分离器的结构、工作原理及降尘室生产能力，旋风分离临界直径的计算；颗粒分级概念；粒级效率的概念。

重 点：重力沉降与离心沉降基本公式；旋风分离器结构、工作原理。

难 点：颗粒分级概念；粒级效率的概念。

6．传热（18学时）

知识点：傅立叶定律；平壁和圆筒壁定常热传导的计算；传热推动力与热阻的概念；对流给热方程及对流给热系数；传热速率方程；热量衡算方程；总传热系数；平均温差；传热效率与传热单元数；强制对流、自然对流、冷凝和沸腾给热系数的计算；热辐射基本概念；波尔兹曼定律；克希霍夫定律；固体间热辐射；传热的设计型和操作型问题定量计算；传热操作型问题定性分析；壁温的计算；列管

换热器的结构、特点、工艺计算与选型；换热器优化设计概念；强化传热过程的途径；其他各种类型传热器的结构与特点。

重 点：傅立叶定律；对流给热方程及对流给热系数；传热速率方程；热量衡算方程；总传热系数；传热的设计型和操作型问题定量计算；传热操作型问题定性分析；换热器优化设计概念；强化传热过程的途径；列管换热器结构、工艺计算与选型。

难 点：总传热系数；传热操作型问题的定量计算与定性分析；强化传热过程的途径。

新知识点：传热操作型问题的定性分析；换热器优化设计概念；

7．蒸发（8学时）

知识点：蒸发过程基本原理；溶液沸点升高与杜林规则；液柱静压对溶液沸点的影响；温差损失；单效蒸发计算（包括水分蒸发量、蒸汽消耗量、有效温度差及传热面积）；多效蒸发操作流程及原理；多效蒸发设计型问题的新计算方法（矩阵法）；多效蒸发优化设计概念；蒸发器的生产能力、生产强度；强化蒸发过程及提高加热蒸汽经济程度的措施；蒸发器的分类、结构、特点及选用。

重 点：溶液沸点升高与杜林规则；单效蒸发原理及计算；多效蒸发原理设计型问题新计算法（矩阵法）；提高加热蒸汽经济程度的措施；蒸发器的结构及选用。

难 点：单效蒸发计算；多效蒸发设计型问题新计算法（矩阵法）。

新知识点：多效蒸发优化设计概念。

创新知识点：多效蒸发设计型问题新计算法（矩阵法）

8．气体吸收（16学时）

知识点：吸收过程基本原理及流程；吸收的气液相平衡关系及其应用；扩散基本原理与概念；费克定律；等摩尔反向扩散和单向扩散；扩散系数的估算；湍流中对流传质和双膜理论；温度、压力对气液相扩散系数的影响。传质系数；总传质系数；总传质速率方程；传质阻力概念与计算；各种形式传质速率方程、传质系数与传质推动力的对应关系；各种传质系数间关系；吸收与解吸的物料衡算；操作线方程；传质推动力及其图示方法；吸收剂最小用量、适宜用量的确定；传质单元的概念；传质单元数的计算（吸收因数法和对数平均推动力法）；计算机数值积分法求解传质单元数；吸收塔和解吸塔的设计型（求填料层高度）与操作型问题的定量计算；吸收塔和解吸塔操作型问题定性分析；吸收塔优化设计概念；吸收剂、解吸剂的选择；非等温吸收、多组分吸收、化学吸收简介。

重 点：费克定律；等摩尔反向扩散和单向扩散；吸收与解吸的物料衡算；操作线方程；传质推动力及其图示方法；吸收塔和解吸塔的设计型与操作型问题的定量计算；吸收塔和解吸塔操作型问题定性分析。

难 点：吸收塔和解吸塔的操作型问题定量计算与定性分析。

新知识点：数值积分法求平衡线为曲线的吸收传质单元数；吸收塔优化设计概念。

9．液体精馏（12学时）

知识点：理想溶液与非理想溶液；二元理想溶液汽液相平衡关系及图示；挥发度与相对挥发度；精馏原理；精馏过程物料衡算；操作线方程；q线方程；最小回流比的计算；适宜回流比的确定；理论塔板数计算（图解法、捷算法、逐板计算法、计算机辅助计算）；塔板效率的计算；回流比、进料状况等参数对精馏过程的影响；精馏操作型问题定性分析；精馏塔优化设计概念；全回流操作与计算；多股进料与侧线出料精馏原理及计算；平衡蒸馏、简单蒸馏、间歇蒸馏、恒沸蒸馏、萃取蒸馏的工作原理、基本流程和特点。

重 点：二元理想溶液汽液相平衡关系及图示；精馏过程物料衡算；操作线方程；q线方程；最小回流比的计算；回流比、进料状况等参数对精馏过程的影响；理论塔板数计算；精馏操作型问题定性分析。

难 点：回流比、进料状况等参数对精馏过程的影响；精馏操作型问题定性分析；多股进料与侧线出料精馏原理及计算。

新知识点：精馏操作型问题定性分析；精馏塔优化设计概念；理论塔板数的计算机辅助计算。

10．气液传质设备（4学时）

知识点：板式塔主要类型与结构特点；板式塔气液相接触状况；板式塔水力学性能；塔板结构尺寸的常规设计；塔板结构尺寸的新设计方法（负荷性能图法）；负荷性能图的绘制；填料塔结构及水力

学性能；填料类型与特性。

重 点：板式塔水力学性能；塔板结构尺寸的常规设计；塔板结构尺寸的新设计方法（负荷性能图法）；负荷性能图的绘制。

难 点：塔板结构尺寸的设计。

新知识点：塔板结构尺寸的新设计法（负荷性能图法）。

11．萃取（8学时）

知识点：三角形相图、物料衡算与杠杆定律、部分互溶物系的相平衡、分配系数与选择性系数，单级萃取，多级错流、多级逆流萃取的物料衡算与平衡关系，液—液传质过程的特点及其对设备的要求。

重点：三角形相图、物料衡算与杠杆定律、部分互溶物系的相平衡、分配系数与选择性系数，单级萃取，多级错流、多级逆流萃取的物料衡算与平衡关系。

难点：多级错流、多级逆流萃取的物料衡算与平衡关系。

12．干燥（11学时）

知识点：湿空气的性质与计算；空气湿度图及其应用；湿空气性质的计算机辅助计算；空气干燥器工作原理；干燥过程物料衡算和热量衡算；干燥过程的工艺计算；湿物料中水分存在形态与分类；恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间的计算；数值积分法求降速阶段干燥时间；提高干燥器热效率的措施；干燥器优化设计概念；各类干燥器的主要结构、工作原理与特点。

重 点：湿空气的性质与计算；干燥过程物料衡算；热量衡算；恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间的计算；提高干燥器热效率的措施；常用干燥器的结构与原理。

难 点：干燥过程热量衡算；恒定干燥条件下干燥时间的计算。

新知识点：干燥器优化设计概念；湿空气性质的计算机辅助计算；数值积分法求降速阶段干燥时间。

13．其它传质分离方法(4学时)

知识点：结晶原理；溶解度曲线；形成过饱和度的方法；结晶速率及影响因素；结晶过程的物料衡算和热量衡算；结晶设备。吸附原理；常用吸附剂；吸附相平衡；吸附机理及吸附速率；吸附设备。膜分离 反渗透原理及工业应用；超滤原理及工业应用；电渗析原理及工业应用；气体膜分离原理；膜分离设备。

重 点：结晶原理；结晶速率及影响因素；结晶过程的物料衡算和热量衡算；吸附机理及吸附速率；反渗透原理及工业应用；超滤原理及工业应用；电渗析原理及工业应用；气体膜分离原理。

难 点：吸附机理及吸附速率。

三、课程资料

1．教科书：陈敏恒，丛德滋，方图南，齐鸣斋编，《化工原理》（上、下册），化学工业出版社，北京，2001.（化学工程与工艺及制药类专业用）

2．教科书：谭天恩、麦本熙、丁惠华编著，《化工原理》（上、下册），化学工业出版社，北京，1998.（过程装备与控制、生物化工、食品工程及环境工程类专业用）

3．教科书：北京大学化学系《化学工程基础》编写组，王济群，金韵等修订.《化学工程基础》（第二版）. 北京：高等教育出版社，1983.9（1998重印）.高等学校规划教材。（化学专业用）

4．参考书：阮 奇、叶长燊、黄诗煌编著，《化工原理优化设计与解题指南》，化学工业出版社，北京，2001

4．参考书：天津大学化工原理教研室编，《化工原理》，天津科学技术出版社，天津，1990.

5．参考书：丛德滋，方图南编，《化工原理示例与练习》，华东化工学院出版社，上海，1988.

6．参考书：姚玉英等编，《化工原理例题与习题》，化学工业出版社，北京，1990.

7．参考书：何洪朝、窦梅、钱栋英编著，《化工原理操作型问题的分析》，化学工业出版社，北京，1998.

8．参考书：陈世醒、张克铮、郭大光编，《化工原理学习辅导》，中国石化出版社，北京，1998.

9．参考书：大连理工大学化工原理教研室，《化工原理》，大连理工大学出版社，大连.

10．参考书：郭慧生编，《化工原理》，西南师范大学出版社.

11．参考书： McCabe, W. L., and Smith, J. C.《Unit operaions of Chemical Engineering》4th ed. McGraw-Hill, Inc., 1985。

12．参考书：Coulson , J. M. And Richardson, J. F.《Chemical Engineering》Vol One 3rd ed., 1977。

13．参考书： Foust, A. S.,《Principes of Unit operations》2nd ed. John wiley and Sons, Inc. 1980。