《化工原理》上课程教学大纲.docx

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1、化工原理（上）课程教学大纲一、课程基本信息英文名称PrincipleofChemicalEngineering(thefirstvolume)课程代码CHET1009课程性质专业必修课程授课对象化学工程与工艺专业学分3学时54主讲教师王文丰修订日期2022年11月指定教材夏清，化工原理（上册）第二版，天津大学出版社，2012年二、课程目标（一）总体目标：化工原理（上）是化学工程与工艺专业的专业必修课，它是综合运用数学、物理、化学等基础知识,分析和解决化工类型生产中各种物理过程（或单元操作）问题的工程学科，本课程担负着由理论到工程、由基础到专业的桥梁作用。该课程教学水平的高低，对化工类及相近专业

2、学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用，并为后续专业课程的学习奠定基础。（二）课程目标：通过本课程的学习，使学习者掌握动量和热量传递的基本理论，在此基础上，掌握流体流动、流体输送、沉降分离、过滤分离、过程传热、蒸发等化工单元操作的基本原理和计算方法，熟悉所用设备的结构特点、操作性能和设备选型等，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。具体课程目标如下：课程目标1能够运用数学、物理化学、化工热力学、等学科知识分析化工单元操作,掌握主要单元操作的特点、流程和典型设备结构与设计。课程目标2：能够在学习了物理化学等理论基础上，掌握常见单元操作的基本原理，工艺

3、计算设备选型的理论基础，并能在此基础上配合文献查阅等，具备单元过程在操作中发生故障时如何寻找的原因并加以解决的能力，能找出一些复杂工程问题的原因及解决方案等。课程目标3：掌握流体力学（动量传递）、热量传递、物料衡算和热量衡算等基本理论，并能在此基础上利用相关知识推导出的部分单元操作过程中的重要数学模型和实验研究方法。课程目标4：根据生产任务的要求选用相应的理论和模拟方法；对常见单元操作有操作管理、设计、强化与过程开发的本领。有自主学习和探索创新的能力。(三)课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1:课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求课程目标1基本概念、原

4、理和方法1-1能够将数学、物理及其他相关自然科学的基本概念运用到化学工程问题的解决方案中课程目标2常见单元操作的设计、分析和计算2-2能够运用工程基础和化学工程基本原理并通过文献研究，寻求复杂工程问题的解决方案及可替代方案课程目标3流体力学、传热和传质过程数学模型方法4-1掌握化学工程与工艺领域的理论分析方法和科学思维方法并理解其适用范围，能对复杂工程问题进行理论分析。课程目标4单元操作的设计和选型、质量传递过程数学模型的求解5-2能够根据化工过程的设计、控制要求选用相应的理论或模拟方法并理解其适用范围三、教学内容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

5、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。本课程主要任务是培养学生掌握各单元操作的基本原理，具有比较、选用和计算过程及设备的基本能力，以教师课堂讲授为主，以学生课堂讨论为辅。绪论1.教学目标掌握单元操作概念及其在化工过程中的地位，衡算原则和衡算方法，熟悉单位换算方法。2 .教学重难点物料衡算；热量衡算；单位制与单位换算。3 .教学内容化工过程的简介；化工过程的组成的简介；单元操作的概念、特点和分类；课程的研究对象、性质、任务和研究方法；传递过程在化工领域的地位；科学实验和化工生产的衔接;本学期讲授

6、的范围；单位制和单位换算；化工原理处理问题的方法：物料衡算、能量衡算。4 .教学方法课堂教学5 .教学评价作业批改和闭卷考试第一章流体流动1.教学目标掌握流体流动的基本原理、基本概念，能灵活运用流体静力学方程式、连续性方程以及实际流体机械能衡算式解决实际生产过程中工艺计算、管路计算等问题。掌握流体在管路中流动时流动阻力产生的原因、影响因素及计算方法。了解常用流量计的测量原理。6 .教学重难点流体静力学方程,连续性方程,伯努利方程及其应用7 .教学内容第一节流体的物理性质教学要点：流体密度的定义、影响因素；混合物密度的计算；牛顿黏度定律；黏度的物理意义；混合物的黏度。第二节流体静力学基本方程式教

7、学要点：静压力的定义、压力的表示方法；流体静力学方程的推导；压力与压力差的测量；液位的测定；液封高度的计算第三节流体流动的基本方程教学要点：流量、流速的定义；稳态流动与非稳态流动的定义；一维稳定流动的连续性方程；流体流动的总能量衡算、流动系统的机械能衡算式和柏努利方程；流体的流量、容器间的相对位置、输送设备的有效功率的确定；管道内流体的内压力及压力计的指示；流向的判断。第四节流体流动现象教学要点：雷诺实验、雷诺数Re、层流、湍流；流体内部质点的运动方式、流体在圆管内的速度分布、层流和湍流的平均速度、层流和湍流中的剪应力；边界层的形成、边界层的发展、边界层的分离。第五节流体在管内的流动阻力教学要

8、点：范宁公式、哈根-泊谡叶公式、滞流时摩擦系数、湍流时的摩擦系数、量纲分析法、摩擦因数图；阻力系数法、当量长度法；管路系统中总能量损失=直管阻力+局部阻力。第六节管路计算教学要点：设计型和操作型计算；串联管路、分支管路和并联管路的主要特点；简单管路、分支管路和汇合管路内阻力对管内流动的影响。第七节流量测量教学要点：测速管的结构、工作原理；孔板流量计和文丘里流量计的结构、工作原理和优缺点；转子流量计的结构及工作原理。8 .教学方法课堂教学9 .教学评价作业批改和闭卷考试第二章流体输送机械1.教学目标掌握离心泵的基本构造、工作原理、主要性能参数、特性曲线及其应用、离心泵安装高度的计算,能够根据工艺

9、需要正确选择和使用离心泵。了解常见的流体输送机械的工作原理。10 教学重难点离心泵的特性曲线及其影响因素；管路特性曲线方程式。离心泵的工作点的改变；离心泵安装高度的计算。11 教学内容第一节离心泵教学要点：离心泵的工作原理；气缚现象；离心泵的基本部件、构造和分类；离心泵的基本方程式的导出；实际压头；离心泵的性能参数：流量、压头、效率、轴功率及有效功率；特性曲线图；液体性质的影响、转速对离心泵特性的影响；叶轮直径的影响；气蚀现象；离心泵的允许安装高度、允许吸上真空度、气蚀余量、实际安装高度：管路特性曲线与泵的工作点；离心泵的流量调节、并联和串联；离心泵的选择、安装和使用。第二节其他类型液体输送机

10、械教学要点：往复泵、计量泵和旋转泵的结构及工作原理第三节气体输送和压缩设备教学要点：离心、旋转气体输送和压缩设备的结构及工作原理12 教学方法课堂教学13 教学评价作业批改和闭卷考试第三章非均相物系的分离和固体流态化14 教学目标了解非均相物系的性质、分离目的及分离方法，掌握重力沉降和离心沉降的基本原理、沉降速度的定义、计算方法及应用；熟悉降尘室生产能力的数学描述和旋风分离器的主要性能；掌握过滤操作的基本概念、过滤基本方程式及恒压过滤方程、过滤常数的测定方法；掌握常用过滤设备的结构、特点及生产能力的计算。15 教学重难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。过滤基本方程及其应用

11、；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。16 教学内容第一节概述教学要点：非均相混合物的分离方法、颗粒的特性第二节沉降分离教学要点：球形颗粒自由沉降速度方程式；颗粒沉降阻力系数与雷诺数的关系式和关系曲线；不同流动类型下的沉降速度方程式；非球形颗粒的沉降速度；沉降速度的应用；降尘室的生产能力；沉聚过程；沉降槽的构造、操作与计算；离心力作用下的沉降速度；旋风分离器的结构、操作原理；旋风分离器的性能、型式与选用。第三节过滤教学要点：过滤操作的基本概念；过滤基本方程式；恒压过滤；恒速过滤与先恒压后恒速的过滤；过滤常

12、数的测定；过漉设备的结构、操作过程及生产能力的计算。第四节离心机教学要点：一般概念；沉降离心机和分离离心机；过滤离心机。第五节固体流态化教学要点：固体流态化的基本概念；流化床的特征；流化床的不正常现象；流化床的操作范围；影响流化质量的因素；流化床的浓相区高度与分离高度；气力输送的基本概念；气力输送的流动特征；稀相输送的计算。17 教学方法课堂教学18 教学评价作业批改和闭卷考试第四章传热19 教学目标了解热量传递的三种基本方式，掌握傅里叶定律及一维稳定热传导的计算；掌握对流传热的基本原理以及影响对流传热的主要因素；掌握牛顿冷却定律、对流传热系数的物理意义及准数关联式的应用条件；掌握传热过程的计

13、算和强化传热过程的途径；了解换热器的类型和结构以及辐射传热的基本定律，能够应用传热过程的一般规律分析和解决实际生产过程中常见问题。20 教学重难点傅立叶定律；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。21 教学内容第一节概述教学要点：传热的三种基本方式、两种流体热交换的基本方式、传热速率与热通量第二节热传导应学要点：温度场和等温面；温度梯度；傅里叶定律：导热系数的定义；单层、多层平壁的稳定热传导计算；接触热阻；单层、多层圆筒壁的热传导计算。

14、第四节对流传热概述教学要点：对流传热现象；热阻；牛顿冷却定律；对流传热系数；热边界层（温度边界层）。第五节传热过程计算教学要点：换热器的热量衡算式：传热基本方程；总传热系数的来源及其计算；污垢热阻；逆流、并流、错流和折流时的平均传热温差计算；传热系数为常数时的传热面积计算；传热效率、传热单元数NTU以及两者的关系；试差法求壁温；保温层的临界直径的推导。第六节对流传热系数关联式教学要点：对流传热系数的影响因素；对流传热过程的量纲分析；流体无相变时和有相变时的对流传热系数。第七节辐射传热教学要点：黑体、镜体、透热体和灰体；斯蒂芬-玻耳兹曼定律；普朗克定律；克希霍夫定律；两平行灰体壁面之间的辐射辐射

15、传热速率计算；设备的热损失的计算。第八节换热器教学要点：管式、板式、翅片式换热器；换热器传热过程的强化方法；管壳式换热器的设计和选型的步骤。22 教学方法课堂教学23 教学评价作业批改和闭卷考试第五章蒸发24 教学目标掌握单效蒸发过程及其计算，如蒸发水量、加热蒸汽消耗量及传热面积计算；有效温度差及各种温度差损失的来由及其计算；蒸发器的生产能力和生产强度及其影响因素。了解蒸发操作的特点及其在工业生产中的应用；各种蒸发器的特点、性能及应用范围；蒸发器的选型原则。25 教学重难点掌握单效蒸发中关于溶液的沸点和温度差及生产能力和生产强度的计算。26 教学内容第一节蒸发设备教学要点：蒸发操作过程和特点；蒸发器类型、结构、操作过程；蒸发器选型的基本原则；第二节单效蒸发教学要点：溶液的沸点和温度差损失；单效蒸发过程的蒸发量、蒸汽消耗量及传热面积计算；蒸发器的生产能力和生产强度。第三节多效蒸发教学要点：多效蒸发流程；多效蒸发过程的总蒸发量与各效蒸发量、蒸汽消耗量、各效传热面积的计算方法；多效蒸发中效数的限制及最佳效数；第四节蒸发器的工艺设计教学