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
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－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）
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（★）
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（※）
4.6.4 对流和辐射联合传热（※）
第七节 换热器（1.5学时）
4.7.1 间壁式换热器的类型（★）
4.7.2 列管式换热器的设计与选用（☆）
4.7.3 各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径（★）
第五章 蒸发 4学时
第一节 蒸发设备 （0.5学时）
5.1.1 蒸发器的结构（★☆）
5.1.2 蒸发器的选型（★☆）
第二节 单效蒸发 （2.5学时）
5.2.1 溶液的沸点和温度差损失（★）
5.2.2 单效蒸发的计算（★）
5.2.3 蒸发器的生产能力和生产强度（★）
第三节 多效蒸发 （1学时）
5.3.1 多效蒸发的操作流程（★）
5.3.2 多效蒸发的计算（※）
5.3.3 多效蒸发和单效蒸发的比较（※）
5.3.4 多效蒸发中效数的限制和最佳效数（※）
第四节 蒸发器的工艺设计 （0学时）
5.4.1 蒸发器的工艺设计举例（※）
5.4.2 蒸发器的辅助装置（※）
《化工原理》（下册）
第一章 蒸馏 13学时
第一节 概述（0.5学时）
第二节 两组分溶液的气液平衡（2学时）
1.2.1 两组分理想溶液的气液平衡（★）
1.2.2 两组分非理想溶液的气液平衡（※）
第三节 平衡蒸馏与简单蒸馏（1.5学时）
1.3.1 平衡蒸馏（★）
1.3.2 简单蒸馏（★）
第四节 精馏原理和流程 （1学时）
1.4.1 精馏过程原理和条件（★）
1.4.2 精馏操作流程（★）
第五节 两组分连续精馏的计算 （7学时）
1.5.1 理论板的概念及恒摩尔流假定（★）
1.5.2 物料衡算和操作线方程（★）
1.5.3 进料热状况的影响（★）
1.5.4 理论板层数的求法（★）
1.5.5 几种特殊情况时理论板层数的求法（★）
1.5.6 回流比的影响及其选择（★）
1.5.7 简捷法求理论板层数（★）
1.5.8 塔高和塔径的计算（★）
1.5.9 连续精馏装置的热量衡算（★）
1.5.10 精馏塔的操作和调节（★）
第六节 间歇精馏 （1学时）
1.6.1 回流比恒定时的间歇精馏计算（★）
1.6.2 馏出液组成恒定时的间歇精馏计算（★）
第七节 恒沸精馏和萃取精馏（0学时）
1.7.1 恒沸精馏（☆）
1.7.2 萃取精馏（☆）
第八节 多组分精馏 （0学时）
1.8.1 流程方案的选择（※）
1.8.2 多组分物系的气液平衡（※）
1.8.3 关键组分的概念及各组分在塔顶和塔底产品中的预分配（※）
1.8.4 最小回流比（※）
1.8.5 简捷法确定理论板层数（※）
第二章 气体吸收 10学时
第一节 气－液相平衡（1.5学时）
2.1.1 气体的溶解度（★）
2.1.2 亨利定律（★）
2.1.3 吸收剂的选择（★）
第二节 传质机理与吸收速率 （3学时）
2.2.1 分子扩散与菲克定律（★）
2.2.2 气相中的定态分子扩散（★）
2.2.3 液相中的定态分子扩散（★）
2.2.4 扩散系数（★）
2.2.5 对流传质（★）
2.2.6 吸收过程的机理（★）
2.2.7 吸收速率方程式（★）
第三节 吸收塔的计算 （3.5学时）
2.3.1 吸收塔的物料衡算与操作线方程（★）
2.3.2 吸收剂用量的决定（★）
2.3.3 塔径的计算（★）
2.3.4 填料层高度的计算（★）
2.3.5 理论板层数的计算（★）
第四节 吸收系数 （1学时）
2.4.1 吸收系数的测定（★）
2.4.2 吸收系数的经验公式（☆）
2.4.3 吸收系数的准数关联式（★☆）
第五节 脱吸及其它条件下的吸收（1学时）
2.5.1 脱吸（★）
2.5.2 高浓度气体吸收（☆）
2.5.3 非等温吸收（※）
2.5.4 多组分吸收（※）
2.5.5 化学吸收（※）
第三章 蒸馏和吸收塔设备 6学时
第一节 板式塔（3学时）
3.1.1 塔板类型（★）
3.1.2 板式塔的流体力学性能（★）
3.1.3 浮阀塔的设计（※）
3.1.4 塔板效率（★）
第二节 填料塔（3学时）
3.2.1 填料（★）
3.2.2 填料塔的流体力学性能（★）
3.2.3 填料塔的计算（★）
3.2.4 填料塔内件（☆）
第四章 液—液萃取 7学时
第一节 三元体系的液—液相平衡与萃取操作原理（2学时）
4.1.1 组成在三角形相图上的表示方法（★）
4.1.2 液—液相平衡关系在三角形相图上的表示（★）
4.1.3 萃取过程在三角形相图上的表示（★）
4.1.4 萃取剂的选择（★）
第二节 萃取过程的计算（4学时）
4.2.1 单级萃取的计算（★）
4.2.2 多级错流接触萃取的计算（★）
4.2.3 多级逆流接触萃取的计算（★☆）
4.2.4 微分接触逆流萃取（★）
4.2.5 带回流的逆流萃取（☆）
第三节 液—液萃取设备（1学时）
4.3.1 混合－澄清槽（☆）
4.3.2 塔式萃取设备（☆）
4.3.3 离心萃取器（☆）
4.3.4 液－液传质设备的流体流动和传质特性（★）
4.3.5 萃取设备的选择（★）
第五章 干燥 8学时
第一节 湿空气的性质及湿度图 （2学时）
5.1.1 湿空气的性质（★）
5.1.2 湿空气的H-I图（★）
第二节 干燥过程的物料衡算与热量衡算（3学时）
5.2.1 湿物料含水量的表示方法（★）
5.2.2 干燥系统的物料衡算（★）
5.2.3 干燥系统的热量衡算（★）
5.2.4 空气通过干燥器时的状态变化（★）
第三节 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系（2.5学时）
5.3.1 物料中的水分（★）
5.3.2 干燥时间的计算（★☆）
第四节 干燥器（0.5学时）
5.4.1 干燥器的主要型式（★☆）
5.4.2 干燥器的设计（※）
第六章 其它分离过程 2学时
第一节 结晶 （2学时）
6.1.1 基本概念（★）
6.1.2 结晶过程的相平衡（★）
6.1.3 结晶过程的动力学（★）
6.1.4 溶液结晶过程与设备及产量的计算（※）
6.1.5 熔融结晶与设备（※）
6.1.6 其它结晶方法（※）
第二节 膜分离 （0学时）
6.2.1 各种膜过程简介（※）
6.2.2 膜分离过程的主要传递机理（※）
6.2.3 分离膜（※）
6.2.4 膜组件（※）
第三节 超临界萃取 （0学时）
6.3.1 超临界萃取简介（※）
6.3.2 超临界萃取的传质（※）
6.3.3 超临界萃取的流程和应用（※）
