化工原理 教学大纲 天津大学化工学院化工系 2003年4月
化 工 原 理 教 学 大 纲 天津大学化工学院化工系 2003 年 4 月
《化工原理》课程教学大纲 上册56学时,3.5学分 下册48学时,3.0学分 、课程性质、目的和任务 《化工原理》课程是化工类及相近专业的一门主要技术基础课,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 化工类及相近专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用 本课程属工科科学,用自然科学的原理(主要为动量、热量与质量传递理论)考察、解 释和处理工程实际问题,研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验硏宄,本课程强调 工程观点、定量运算和设计能力的训练、强调理论与实际相结合,提高分析问题、解决问题 的能力。学生通过本课程学习,应能够解决流体流动、流体输送、沉降分离、过滤分离、过程 传热、蒸发、蒸馏、吸收、萃取和干燥等单元操作过程的计算及设备选择等问题,并为后续 专业课程的学习奠定基础 二、教学基本要求 《化工原理》课程在第五、六学期(四年制)开设。教材内容分为课堂讲授、学生自学 和学生选读三部分,其中课堂讲授部分由教师在教学计划学时内进行课堂教学,作为基本 要求内容:学生自学部分由学生在教师的指导下,利用课外时间进行自学,作为一般要求 内容;学生选读部分由学生根据自己的兴趣及能力,进行课外选读,不作要求 本课程教学计划总学时104学时,其中上册56学时(课堂讲授54学时,机动2学时),课 程设计1周;下册48学时(课堂讲授46学时,机动2学时),课程设计1.5周 本课程采用课后习题,每次课后留2~3个练习题,由学生独立完成,教师可根据情况 布置综合练习题和安排习题讨论课。本课程每周安排课外答疑一次(3小时)。本课程的期 末考试试卷分为客观题和综合题两部分,客观题侧重对学生的基础知识的考核,采用选择填空 的闭卷考试形式,占45%;综合题侧重对学生的综合、创新能力的考核,采用分析推导结合 综合计算的开卷考试形式,占55%。 三、教学内容 本课程主要内容包括 1.流体流动。流体的重要性质:流体静力学基本方程式及其应用;能量衡算方程及其应 用:流体的流动现象:流动在管内的流动阻力:管路计算:流量测量。 2.流体输送机械。离心泵的工作原理、性能参数与特性曲线、流量调节以及安装:;其 他液体输送机械简介:气体输送机械简介。 3.机械分离与固体流态化。颗粒与颗粒床特性:重力沉降与离心沉降的原理和操作:过 滤分离原理与设备。 4.传热。传热概述:热传导;对流传热概述:传热过程计算;对流传热系数关联式;辐
1 《化工原理》课程教学大纲 上册 56 学时，3.5 学分 下册 48 学时，3.0 学分 一、课程性质、目的和任务 《化工原理》课程是化工类及相近专业的一门主要技术基础课，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 化工类及相近专业学生的业务素质和工程能力的培养起着至关重要的作用。 本课程属工科科学，用自然科学的原理（主要为动量、热量与质量传递理论）考察、解 释和处理工程实际问题，研究方法主要是理论解析和在理论指导下的实验研究，本课程强调 工程观点、定量运算和设计能力的训练、强调理论与实际相结合，提高分析问题、解决问题 的能力。学生通过本课程学习，应能够解决流体流动、流体输送、沉降分离、过滤分离、过程 传热、蒸发、蒸馏、吸收、萃取和干燥等单元操作过程的计算及设备选择等问题，并为后续 专业课程的学习奠定基础。 二、教学基本要求 《化工原理》课程在第五、六学期(四年制)开设。教材内容分为课堂讲授、学生自学 和学生选读三部分，其中课堂讲授部分由教师在教学计划学时内进行课堂教学，作为基本 要求内容；学生自学部分由学生在教师的指导下，利用课外时间进行自学，作为一般要求 内容；学生选读部分由学生根据自己的兴趣及能力，进行课外选读，不作要求。 本课程教学计划总学时 104学时，其中上册 56 学时（课堂讲授54 学时，机动 2 学时），课 程设计 1 周；下册 48 学时（课堂讲授 46 学时，机动 2 学时），课程设计 1.5 周。 本课程采用课后习题，每次课后留 2～3 个练习题，由学生独立完成，教师可根据情况 布置综合练习题和安排习题讨论课。本课程每周安排课外答疑一次（3 小时）。本课程的期 末考试试卷分为客观题和综合题两部分，客观题侧重对学生的基础知识的考核，采用选择填空 的闭卷考试形式，占 45%；综合题侧重对学生的综合、创新能力的考核，采用分析推导结合 综合计算的开卷考试形式，占 55%。 三、教学内容 本课程主要内容包括： 1．流体流动。流体的重要性质；流体静力学基本方程式及其应用；能量衡算方程及其应 用；流体的流动现象；流动在管内的流动阻力；管路计算；流量测量。 2．流体输送机械。离心泵的工作原理、性能参数与特性曲线、流量调节以及安装；其 他液体输送机械简介；气体输送机械简介。 3．机械分离与固体流态化。颗粒与颗粒床特性；重力沉降与离心沉降的原理和操作；过 滤分离原理与设备。 4．传热。传热概述；热传导；对流传热概述；传热过程计算；对流传热系数关联式；辐
射传热简介:换热器简介 5.蒸发。蒸发设备、流程与操作特点:单效蒸发计算:多效蒸发简介。 6.蒸馏。两组分理想溶液的气液平衡;精馏原理与流程:两组分连续精馏的计算(包 括理论板和恒摩尔流的概念、物料衡算和操作线方程、进料热状况的影响、理论板层数的计 算、回流比的影响及其选择、塔高和塔径的计算等)。 7.气体吸收。吸收过程的平衡关系;吸收过程的速率关系:低组成气体吸收的计算(包 括物料衡算与操作线方程、吸收剂用量的确定、塔径的计算、传质单元数法计算填料层高度 等);吸收系数简介。 8.蒸馏和吸收塔设备。板式塔的结构:板式塔的流体力学性能与操作特性:填料塔的 结构与特点;填料塔的流体力学性能。 9.液一液萃取。液一液萃取相平衡:单级萃取的计算 10.固体物料的干燥。湿空气的性质及湿度图:干燥过程的物料衡算与热量衡算:物料 中所含水分的性质;干燥曲线、干燥速率与干燥速率曲线 1].其它分离过程。结晶的基本概念、结晶过程的相平衡、结晶过程的动力学。 四、学时分配 注:★一课堂讲授内容 ☆一学生自学内容 ※一学生选读内容 《化工原理》(上册) 绪论(★) 1学时 第一章流体流动 学时 第一节流体静力学基本方程式(3学时) 1.1.1流体的密度(★) 1.1.2流体的静压强(★) 1.1.3流体静力学基本方程式(★) 1.14流体静力学基本方程式的应用(★) 第二节流体在管内的流动(5学时) 1.2.1流量与流速(★) 122定态流动与非定态流动(★) 1.23连续性方程式(★) 124能量衡算方程式(★) 1.25柏努利方程式的应用(★) 第三节流体的流动现象(3学时) 1.3.1牛顿粘性定律与流体的粘度(★) 1.32非牛顿型流体(☆) 1.33流动类型与雷诺准数(★)
2 射传热简介；换热器简介。 5．蒸发。蒸发设备、流程与操作特点；单效蒸发计算；多效蒸发简介。 6．蒸馏。两组分理想溶液的气液平衡；精馏原理与流程；两组分连续精馏的计算（包 括理论板和恒摩尔流的概念、物料衡算和操作线方程、进料热状况的影响、理论板层数的计 算、回流比的影响及其选择、塔高和塔径的计算等）。 7．气体吸收。吸收过程的平衡关系；吸收过程的速率关系；低组成气体吸收的计算（包 括物料衡算与操作线方程、吸收剂用量的确定、塔径的计算、传质单元数法计算填料层高度 等）；吸收系数简介。 8．蒸馏和吸收塔设备。板式塔的结构；板式塔的流体力学性能与操作特性；填料塔的 结构与特点；填料塔的流体力学性能。 9．液－液萃取。液－液萃取相平衡；单级萃取的计算。 10．固体物料的干燥。湿空气的性质及湿度图；干燥过程的物料衡算与热量衡算；物料 中所含水分的性质；干燥曲线、干燥速率与干燥速率曲线。 11．其它分离过程。结晶的基本概念、结晶过程的相平衡、结晶过程的动力学。 四、学时分配 注： ★—课堂讲授内容 ☆—学生自学内容 ※—学生选读内容 《化工原理》（上册） 绪论（★） 1 学时 第一章 流体流动 20 学时 第一节 流体静力学基本方程式 （3 学时） 1.1.1 流体的密度（★） 1.1.2 流体的静压强（★） 1.1.3 流体静力学基本方程式（★） 1.1.4 流体静力学基本方程式的应用（★） 第二节 流体在管内的流动（5 学时） 1.2.1 流量与流速（★） 1.2.2 定态流动与非定态流动（★） 1.2.3 连续性方程式（★） 1.2.4 能量衡算方程式（★） 1.2.5 柏努利方程式的应用（★） 第三节 流体的流动现象（3 学时） 1.3.1 牛顿粘性定律与流体的粘度（★） 1.3.2 非牛顿型流体（☆） 1.3.3 流动类型与雷诺准数（★）
1.3.4滞流与湍流(★) 1.3.5边界层的概念(★☆) 第四节流体在管内的流动阻力(4学时) 14.1流体在直管中的流动阻力(★) 142管路上的局部阻力(★) 14.3管路系统中的能量损失(★) 第五节管路计算(3学时)(★) 第六节流量测量(2学时)(★) 第二章流体输送机械 6学时 第一节液体输送机械(4学时) 2.1.1离心泵(★) 2.12往复泵(★) 2.1.3其它类型泵(★☆) 第二节气体输送和压缩机械(2学时) 2.2.1离心通风机、鼓风机与压缩机(★) 222旋转鼓风机与压缩机(★) 223往复式压缩机(★☆) 224真空泵(※) 第三章机械分离与固体流态化 8学时 第一节颗粒及颗粒床层的特性(1学时) 3.1.1颗粒的特性(★) 3.1.2颗粒床层的特性(★) 第二节沉降过程(2学时) 3.2.1重力沉降(★) 3.22离心沉降(★☆) 第三节过滤(3.5学时) 3.3.1过滤操作的基本概念(★) 3.32过滤基本方程式(★) 3.33恒压过滤(★) 334恒速过滤与先恒速后恒压过滤(★) 3.35过滤常数的测定(★) 3.3.6过滤设备(★☆) 3.37滤饼的洗涤(★) 3.38过滤机的生产能力(★) 第四节离心机(0.5学时) 34.1一般概念(★)
3 1.3.4 滞流与湍流（★） 1.3.5 边界层的概念（★☆） 第四节 流体在管内的流动阻力（4 学时） 1.4.1 流体在直管中的流动阻力（★） 1.4.2 管路上的局部阻力（★） 1.4.3 管路系统中的能量损失（★） 第五节 管路计算（3 学时）（★） 第六节 流量测量（2 学时）（★） 第二章 流体输送机械 6 学时 第一节 液体输送机械 （4 学时） 2.1.1 离心泵（★） 2.1.2 往复泵（★） 2.1.3 其它类型泵（★☆） 第二节 气体输送和压缩机械 （2 学时） 2.2.1 离心通风机、鼓风机与压缩机（★） 2.2.2 旋转鼓风机与压缩机（★） 2.2.3 往复式压缩机（★☆） 2.2.4 真空泵（※） 第三章 机械分离与固体流态化 8 学时 第一节 颗粒及颗粒床层的特性（1 学时） 3.1.1 颗粒的特性（★） 3.1.2 颗粒床层的特性（★） 第二节 沉降过程（2 学时） 3.2.1 重力沉降（★） 3.2.2 离心沉降（★☆） 第三节 过滤（3.5 学时） 3.3.1 过滤操作的基本概念（★） 3.3.2 过滤基本方程式（★） 3.3.3 恒压过滤（★） 3.3.4 恒速过滤与先恒速后恒压过滤（★） 3.3.5 过滤常数的测定（★） 3.3.6 过滤设备（★☆） 3.3.7 滤饼的洗涤（★） 3.3.8 过滤机的生产能力（★） 第四节 离心机 （0.5 学时） 3.4.1 一般概念（★）
342离心机的结构与操作(※) 第五节固体流态化(1学时) 3.51流态化的基本概念(★) 3.52流动阻力(★☆) 3.5.3流态设备简介(※) 3.54气力输送简介(※) 第四章传热 15学时 第一节概述(1学时) 4.1.1传热的基本方式(★) 41.2传热过程中热、冷流体(接触)热交换的方式(★) 4.1.3典型的间壁式换热器(★) 4.14热载体及其选择(★) 第二节热传导(3学时 42.1基本概念和傅立叶定律(★) 4.2.2导热系数(★) 42.3平壁的热传导(★) 424圆筒壁的热传导(★) 第三节对流传热概述(1学时) 43.1对流传热速率方程和对流传热系数(★) 43.2对流传热机理(★) 43.3保温层的临界直径(★☆) 第四节传热过程计算(4学时) 44.1能量衡算(★) 44.2总传热速率微分方程和总传热系数(★) 44.3平均温度差法(★) 444传热单元数法(★) 第五节对流传热系数关联式(3.5学时) 45.1影响对流传热系数的因素(★) 4.52对流传热过程的因次分析(★) 45.3液体无相变时的对流传热系数(★) 454液体有相变时的对流传热系数(★☆) 45.5壁温的估算(★) 第六节辐射传热(1学时 46.1基本概念(★) 4.6.2物体的辐射能力和有关定律(★) 46.3两固体间的辐射传热(※)
4 3.4.2 离心机的结构与操作（※） 第五节 固体流态化 （1 学时） 3.5.1 流态化的基本概念（★） 3.5.2 流动阻力（★☆） 3.5.3 流态设备简介（※） 3.5.4 气力输送简介（※） 第四章 传热 15 学时 第一节 概述（1 学时） 4.1.1 传热的基本方式（★） 4.1.2 传热过程中热、冷流体（接触）热交换的方式（★） 4.1.3 典型的间壁式换热器（★） 4.1.4 热载体及其选择（★） 第二节 热传导（3 学时） 4.2.1 基本概念和傅立叶定律（★） 4.2.2 导热系数（★） 4.2.3 平壁的热传导（★） 4.2.4 圆筒壁的热传导（★） 第三节 对流传热概述（1 学时） 4.3.1 对流传热速率方程和对流传热系数（★） 4.3.2 对流传热机理（★） 4.3.3 保温层的临界直径（★☆） 第四节 传热过程计算（4 学时） 4.4.1 能量衡算（★） 4.4.2 总传热速率微分方程和总传热系数（★） 4.4.3 平均温度差法（★） 4.4.4 传热单元数法（★） 第五节 对流传热系数关联式（3.5 学时） 4.5.1 影响对流传热系数的因素（★） 4.5.2 对流传热过程的因次分析（★） 4.5.3 液体无相变时的对流传热系数（★） 4.5.4 液体有相变时的对流传热系数（★☆） 4.5.5 壁温的估算（★） 第六节 辐射传热（1 学时） 4.6.1 基本概念（★） 4.6.2 物体的辐射能力和有关定律（★） 4.6.3 两固体间的辐射传热（※）