化工原理课程
教学大纲
广东工业大学轻工化工学院
2002.3
目 录
第一部分 化工原理教学大纲 1
理论教学部分 1
绪论 1
上册 1
第一章 流体流动 1
第二章 流体输送机械 1
第三章 机械分离和固体流态化 2
第四章 传热 2
下册 3
第一章 蒸馏 3
第二章 吸收 3
第三章 蒸馏和吸收塔设备 3
第四章 液—液萃取（选讲内容） 4
第五章 干燥 4
第二部分 “化工原理实验”教学大纲 6
第三部分 化工原理课程设计教学大纲 8
第四部分 化工原理教学实施细则 9
上册 9
第一章 流体流动 9
第二章 流体输送机械 10
第三章 机械分离和固体流态化 10
第四章 传热 10
下册 11
第一章 蒸馏 11
第二章 吸收 11
第三章 蒸馏和吸收塔设备 11
第四章 液—液萃取 12
第五章 干燥 12
第一部分 化工原理教学大纲
理论教学部分
绪论
本课程的性质、任务、内容、物料衡算与能量衡算关系，单位制与单位换算。
上册
第一章 流体流动
1、流体静力学基本方程式：流体的密度；流体静压强；流体静力学基本方程式及其应用。
2、流体在管内的流动：流量与流速；稳定流动与稳定流动；连续性方程式；柏努利方程式；柏努利方程式的应用。
流体的流动现象：牛顿粘性定律与液体的粘度；流动类型与雷诺准数；滞流与湍流；边界层的概念。
流体在管内的流动阻力：液体在直管中的流动阻力；管路上的局部阻力；管路总能量损失的计算。
管路计算。
流量测量。
第二章 流体输送机械
流体输送机械：
离心泵：离心泵的结构、原理、气缚现象，离心泵基本方程式；离心泵的主要性能参数及特征曲线；离心泵的气蚀现象与安装高度；离心泵的工作特点与流量调节；离心泵的类型及其选择。
往复泵。
其它类型泵：计量泵，齿轮泵，螺杆泵和旋涡泵。
气体输送设备：
离心通风机、鼓风机与压缩机。
旋转鼓风机、压缩机与真空泵。
往复压缩机。
真空泵
第三章 机械分离和固体流态化
1. 颗粒及颗粒床层的特性
2. 沉降过程
（1）重力沉降：沉降速度的概念及计算；降尘室；悬浮液的沉聚过程；沉降槽的构造与操作；浓悬浮溶液的沉聚过程；分级器。
（2）离心沉降：惯性离心力作用下的沉降速度；旋风分离器的操作原理；旋风分离器的性能；旋风分离器的结构型式与选用；旋液分离器。
（3）过滤：过滤操作的基本概念；过滤基本方程式；恒压过滤；恒速过滤和先恒速后恒压的过滤；过滤常数的测定；过滤设备；滤饼的洗涤；过滤机的生产能力。
（4）离心机（简单介绍）。
（5）固体流态化（选讲或自学内容）。
第四章 传热
概述：传热的基本方程式；传热过程中热、冷流体（接触）热交换的方式；典型的间壁式换热设备；载热体及其选择。
热传导：热传导的基本概念和傅立叶定律；导热系数；平壁的热传导；圆筒壁的热传导。
对流传热：对流传热速率方程和对流传热系数；对流传热机理；保温层的临界直径。
传热过程计算：能量衡算；总传热速率微分方程和总传热系数；平均温度差法；传热单元数法。
对流传热系数关联式：对流传热系数的影响因素；对流传热过程的因次分析；流体无相变时的对流传热系数；流体有相变时的对流传热系数；壁温的估算。
辐射传热：（选讲内容）
换热器：间壁式换热器的类型；列管式换热器的设计和选用；各种间壁式换热器比较和传热的强化途径。
下册
第一章 蒸馏
两组分理想溶液的气液平衡：两组分理想物系的气液平衡；两组分非理想物系的气液平衡。
平衡蒸馏和简单蒸馏
精馏原理和流程：多次部分汽化和多次部分冷凝；精馏塔操作流程。
双组分连续精馏塔的计算：理论板的概念和恒摩尔流的假定；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；几种特殊情况时的理论板层数的计算；回流比的影响及其选择；简捷法求理论板层数；塔高和塔径的计算；连续精馏装置的热量衡算；精馏塔的操作与调节。
间歇精馏：回流比恒定时的间歇精馏计算；馏出液组分恒定时的间歇精馏计算。
恒沸精馏与萃取精馏。
多组分精馏（自学内容）。
第二章 吸收
气－液相平衡：气体中的溶解度；亨利定律；吸收剂的选择。
传质机理和吸收速率：分子扩散与菲克定律；气相中稳定分子扩散；液相中稳定分子扩散；扩散系数；对流传质；吸收过程的机理；吸收速率方程式。
吸收塔的计算：吸收塔的物料衡算与操作线方程；吸收剂用量的决定；塔径的计算；填料层高度的计算；理论板层数的计算。
吸收系数：吸收系数的测定；吸收系数的经验公式；吸收系数的准数关联式。
脱吸及其它条件下的吸收：脱吸；高浓度气体吸收；非等温吸收；多组分吸收；化学吸收。
第三章 蒸馏和吸收塔设备
板式塔：塔板类型；板式塔的流体力学性能；浮阀塔设计；塔板效率。
填料塔：填料；填料塔的流体力学性能；填料塔的计算；填料塔附件。
第四章 液—液萃取（选讲内容）
三元体系的液－液相平衡与萃取操作原理：组成在三角形相图上的表示方法；液－液相平衡关系在三角形相图上的表示；萃取过程在三角形相图上的表示；萃取剂的选择。
萃取过程的计算：单级萃取的计算；多级错流接触萃取的计算；多级逆流接触萃取的计算：微分接触逆流萃取；带回流的逆流萃取。
液－液萃取设备：混合－澄清槽；塔式萃取设备；离心萃取器；液－液传质设备的流体流动和性质特性；萃取设备的选择。
第五章 干燥
湿空气的性质与湿度图：湿空气的性质；湿空气的H—I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方法；干燥系统的物料衡算；干燥系统的热量衡算；空气通过干燥器时的状态变化。
固体物料干燥过程的平衡关系和速率关系：物料中的水分；干燥时间的计算。
干燥器：干燥器的主要型式；干燥器的设计。
使用说明：
本大纲使用于“多课时”教学计划，理论教学学时为108小时，可通过课堂讲述、习题课、讨论课、多媒体教学、模型教学等方式进行教学。自学部分根据学生个人意愿和时间自行安排，选讲部分根据各专业的不同特点由授课老师安排，各章的学时数安排见附表，在保证总学时的前提下，根据各专业的不同特点授课老师可作适当调整。
使用教材：天津大学：（化工原理）
课内外学时的比例： 1：2
教学内容
课内总学时
习题讨论课所占学时
第
一
学
期
绪 论
流体流动
流体输送机械
机械分离与
固体流态化
传 热
（机动）
20
8
10
14
2
4
2
2
2
第
二
学
期
蒸 馏
吸 收
塔 设 备
萃 取
干 燥
（机动）
方 案
4
2
2
2
1
2
14
14
6
8
12
2
16
16
8
0
14
2
总
计
第一学期
54
14
第二学期
54
10
总计
108
24
第二部分 “化工原理实验”教学大纲
一、讲授部分
1、绪论：化工原理实验课的特点；实验进行的方式；做好实验必须注意的问题。
2、误差和数据处理：误差概论；测量结果的正确记录与有效数字；数据的表达；图线的绘制与关联式的整理。
数测量和各实验有关内容（此部分分散到各具体实验中讲授）。
二、实验部分：
1、管道流体流动阻力的测定
测定水通过圆形直管的直管阻力，并确定λ—Re之间关系，在双对数坐标纸上绘出曲线。测定流体流经闸阀等管件的局部阻力ξ。学会压差计及流量计的使用方法。
2、离心泵特性曲线的测定
了解离心泵的构造、操作及有关测量仪表的使用方法；测定离心泵的各个性能参数并作出特性曲线。离心泵串、并联后特性曲线的变化。
3、过滤机过滤常数的决定
熟悉过滤机的构造和操作；测定恒压过滤方程式中的K、qm、θe值；测定滤饼压缩性指数S。
4、传热实验——对流给热系数的测定
测定空气在圆形直管中作强制湍流流动时的对流传热系数α，把测得的数据整理成Nu=αRem的关联式；并与教材中相应公式进行比较；根据实验数据分析壁温及K值与主要热阻的关系。
5、精馏塔操作及板效率的测定
了解板式精馏的结构、流程和操作；观察气液流动状况及改变加热功率，回流比对流动状况的影响；测定全回流和部分回流时的全塔效率；测定全回流时的单板效率。
6、吸收实验
了解填料吸收塔的构造及操作、观察填料塔流体力学现象，测定不同操作条件下的总吸收系数。
7、 干燥实验
测定物料在恒定干燥工况下的干燥速率曲线及传质系数KH；研究风速对物料干燥速率的影响；研究气流温度对物料干燥速率曲线的影响。
8、综合设计型实验
三、.学时分配
1.“多学时”实验教学安排（表1）。
表1 “多学时”实验教学安排
序号
实验内容（含教学内容）
实验（教学）学时
实验仿真
1
2
3
4
5
6
7
8
9
绪论
误差及数据处理
流体阻力测定实验
离心泵特性曲线测定
过滤实验
传热
精馏
吸收
干燥
设计型实验
4
3
3
3
3
3
3
3
4
1
1
1
1
1
1
1
合计
30
6
说明：
参数测量的教学内容包含于各实验的学时之中。
打*的选做实验根据各专业具体情况选定。
上机学时包括了实验仿真及实验数据处理，预习及课后实验报告时间与课时比例为1：1。
“多学时”实验课时为36小时，实验单独设课。选择实验由授课教师根据专业性质决定。
附：提高性实验未列入正式教学学时，可酌情执行，学时为8学时。
五.考核办法
1. 单独设课的考核包括实验操作两部分，并根据实验报告以五级记分制评定总分。
2. 不单独设课的考核方法主要是口试及操作考核，并根据实验评出成绩以一定比例记入化工原理总成绩，缺做实验或考核不及格者不准参加理论课考试。
第三部分 化工原理课程设计教学大纲
一、课程设计的目的和任务
“课程设计”是化工原理课程的一个重要的教学环节,是在学生具备了“化工原理” 、“物理化学” 、“工程力学”、“计算技术”等基础知识后的一次综合性的实践性环节教学.
本课程设计的目的:
1、学生综合运用所学知识,特别是本门课程的有关知识,解决化工实际问题的能力，学生得到一次化工设计的初步训练，（包括查阅资料，正确选取工艺数据，完成复杂运算及使用计算机辅助设计，并用简洁文字，正确的工程图纸表达其结果）为今后从事化工设计工作打下了基础。
2、培养学生用技术经济的观点去解决工程问题的能力，（要求做到优质、高产、低耗能、节能）和实事求是，认真负责的工作作风。
本课程设计要求学生独立完成一个化工单元装置的设计任务。
二、课程设计的内容和要求
1、设计方案的确定论证—包括主体设备的选型；附属设备的配置；操作参数的选取等等，并绘制能表明各设备相互关系，标有物料流动方向和主要控制点的工艺流程图。
2、主体设备的设计计算—包括物料衡算与热量衡算；设备工艺尺寸的计算；设备结构尺寸的计算及确定；流体力学的校核。
3、附属设备的设计与选型—包括主要附属设备参数的计算；规格型号的选定。
4、绘制主体设备图—包括必要的视图，正确的尺寸的标注，主要零部件的明细表；技术特性表；接管表和标题栏。
5、编写设计说明书—包括设计题目，目录，设计方案说明书；（附工艺流程图）主体设备的设计计算；辅助设备的选型计算；设计结果汇总；设计评述；结束语和参考资料目录。
三、课程设计的主要环节
设计动员，下达任务。
阅读设计指导书，查阅资料，拟定设计步骤和进度。
现场调查或下厂参观。
设计计算，绘图，编写说明书。
设计考核（答辩），总结，评定成绩。
四、课程设计单独设课，考核的内容包括设计方案是否正确，独立完成的情况及分析问题能力的强弱，设计说明书及图纸的质量，答辩情况，时间为2周。
五、主要参考资料
华南理工大学编写的《化工过程及设备设计》
《常用化工单元设计》及CAI课件;李功样 陈兰英 崔英德编
第四部分 化工原理教学实施细则
教学目标和教学方法：
化工原理的教学目的是培养学生应用自然科学的原理观察、解释和处理工程实际问题的能力，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，实验技能和设计能力的训练，强调理论与实际的结合，提高分析问题、解决问题的能力。
实现教学目标的措施：
化工原理教学分三个环节：课堂教学，实验教学和课程设计。
1.课堂教学：采用课堂讲授，各种多媒体教学，习题讨论课，形象教学（演示，事物，模型……）方式。在课堂教学中强调加强工程观点的教育，采用启发式、类比法、多练习多讨论等方法增强教学效果。
2.实验教学：强调独立思考及独立操作能力的培养，实验前必须交出预习报告，并通过仿真实验，回答问题通过以后才能正式操作，实验结束后按规定的内容和深度交出实验报告，为保证实验能力的培养，每次每套设备人数不超过3—4人；通过仿真实验和处理数据，增加上机训练时间，加强操作训练；提高型设计型实验是为了进一步提高其工程能力。
3.课程设计：强调综合能力的训练，包括了从事化工设计所需的各种技术基础知识和技能，可以说是进行工程师的训练，要求一人一题单独完成。由指导老师下达设计任务，提供主要参考资料目录，鼓励学生推行计算机辅助设计和AUTOCAD画图，根据学生设计的质量（包括计算书、说明书、图纸）、设计过程能力的表现和答辩情况来进行考核。在以上三个环节中，特别是在课程设计和实验环节中，注意培养学生的计算机能力，包括实验仿真，实验数据处理，运用程序进行设计乃至自行编写程序进行计算机辅助设计和计算机绘图的能力。
考试和考核：
理论教学按教学计划要求进行考试，一般采用笔试方式进行，采用试题库试卷，以提高考试成绩的客观性。评分办法是：作业和期中考试成绩占20%，期末考试占80%，作业训练是学好本课程的重要环节之一，课内外学时比为1：2，其中课外学时中70—80%用于完成作业，平均每次课课外作业量为2—4题，要求学生按时独立完成，不得抄袭，要求教师全批全改，并适当作些作业讲评，及时纠正作业的错误。
实验、课程设计单独另行考核记分。
课程的重点和难点：
应该说，根据目前学时量所规定的学习章节都是在化工单元操作中的重要章节，从学时数分配看，又以流体流动、传热、蒸馏、吸收这四章为重头章节，所谓重点和难点都是相对而言，尤其是“难点”又因人而异，这里仅是一般性划分，仅供参考。
上册
第一章 流体流动
重点：柏努利方程及其应用（包括延伸式；连续性方程；阻力计算）。
难点：（1）柏努利方程的建立和应用，即机械能的守恒和转换在工程上的应用。
（2）边界层的概念，阻力产生的原因分析，计算方法。
（3）复杂管路的动态分析问题。
处理：本章由于内容多，学生又是初次接触工程问题，学习方法尚未适应，工程观点尚未建立，加上单位换算多，学生很容易由概念模糊到分析错误，计算错误，因而有些惘然，解决的办法是“多做练习”，“上讨论课”，在讨论课中应以讨论为主，讲授和讨论相结合。
第二章 流体输送机械
重点：离心泵
难点：离心泵的基本方程式；离心泵的安装高度。
处理：应讲清楚推导离心泵基本方程式的目的是建立理论压头与流量及结构尺寸之间的关系，实际上是通过实验来测定。泵的流量与扬程、功率、效率的关系（即性能曲线），分清楚允许吸上真空度，安装高度和气蚀余量之间的相互关系，通过实例剖析影响安装高度的因素，熟练运用公式进行计算。
第三章 机械分离和固体流态化
重点：沉降速度的概念和计算；过滤基本方程式和恒压过滤方程式。
难点：过滤速率方程式及应用。
处理：（1）应讲清楚，重力沉降速度与离心泵速度具有相似的关系式，重力沉降只受重力场强度g的影响，它不受所在位置的影响，而离心沉降是受离心力场强度U2T/R的影响，其大小随颗粒的位置而变化。
（2）过滤速率方程剖析了影响过滤的诸因素，除作一般性讨论外，应联系工程实际讲解（着重于恒压过滤过程）。
（3）进行现场或模型教学，讲清各种类型过滤设备的构造。
（4）开展讨论，从而总结过滤计算中容易产生的错误。
第四章 传热
重点：传导传热，对流传热，传热计算，强化传热的途径。
难点：（1）总传热速率方程：
A：总传热方程各项的意义及其计算。
B：总传热方程与热负荷之间的联系，传热计算。
（2）因次分析法在建立对流传热系数关联式的应用；影响对流传热系数的因素及不同情况下的几种准数关联式。
（3）传热单元数法。
处理：1.根据传热模型分析传热过程及其在工程中的应用，在定态传热中，热阻越大，温差越大。
2.传导传热、传热速率的方程及其与总传热速率方程的联系和区别。K值的计算。
3.多练习根据热负荷计算和传热速率方程式联立求解的传热计算问题，使学生进一步理解传热计算在工程的应用。
4.分析传热单元数法的概念及其在工程的应用并懂得传热单元数法的引入是为了简化工程上传热有关问题的处理。特别是操作型的传热计算。
5.以列管式换热器为例，讲授换热器的设计思想，设计方法和设计步骤。
下册
第一章 蒸馏
重点：1.双组分连续精馏塔的工艺计算。
2.影响精馏的诸因素的分析。
难点：1.精馏原理。
2.参量改变对塔的设计或操作结果的影响。
处理：1.从多次部分气化和多次部分冷凝可以实现均相液相分离的现象分析：塔釜上升蒸汽和塔顶回流是实现精馏塔连续稳定操作的必要条件。
2.组织讨论参量的变化对精馏塔设计及操作的结果的影响，提高学生分析问题的能力。
3.对比简单蒸馏与平衡蒸馏，对比连续精馏与间歇精馏，并分析不稳定操作过程的特点。
第二章 吸收
重点：1.亨利定律及其在吸收中的应用。
2.传质机理，扩散速率方程，传质速率方程和吸收速率方程的联系和区别。
3.常压下单组分，低浓度吸收的工艺计算。
难点：1.扩散速率方程，传质速率方程和吸收速率方程的联系和区别。
2.总传质数和气膜，液膜传质分系数的关系。
3.改变参量对吸收塔的设计和操作结果所产生的影响。
处理：1.使用类比法，从大家已熟悉的传热单元操作讲起，对比传热速率方程与传质速率方程，总传热速率方程与吸收速率方程，更进一步明确任何传递过程：传递速率=推动力/阻力，及其在吸收过程的体现和应用。
2.组织讨论参量的变化对吸收塔的设计及操作塔结果的影响并做出总结。
第三章 蒸馏和吸收塔设备
重点：板式塔和填料塔的结构；流体力学性能，操作极限和设计方法。
难点：流体力学性能及操作极限。
处理：利用电化教学及现场教学方式，使学生对塔设备的结构及操作有较深刻的认识，分析塔的结构及操作对塔的流体力学性能的影响，各种不正常操作现象及其克服的方法。
第四章 液—液萃取
重点：1.平衡关系与物料衡算。
2.萃取过程及其计算。
难点：1.三元相图及其在萃取单元操作中的应用。
2.萃取塔内的传质以及流体流动特性。
处理：1.反复练习三元相图的阅读极其在萃取中的应用。
2.对照其它单元操作，讲明萃取的特点及其流体流动的特性，萃取的设备。
第五章 干燥
重点：1.湿空气的性质，湿度图及其应用。
2.干燥过程的物料衡算和热量衡算。
3.干燥曲线和干燥速率曲线。
4.干燥速度和干燥时间的计算。
难点：1.预热及干燥过程中，湿空气性质的变化及其计算。
2.干燥速度的变化及其干燥时间的计算。
处理：1.干燥过程是热质同时传递的过程，根据传递机理，分析湿空气在预热及干燥过程的性质变化，学会用公式及湿度图进行定量分析。
2.分清临界含水量，平衡含水量的概念及其影响因素，进一步分析干燥过程中速率的变化，所需干燥时间的计算。
