2021《化工原理》实施教学大纲

安徽理工大学化工原理课程实施教学大纲化工原理实施教学大纲前言化工原理课程是研究化工生产过程中常用物理单元操作理论及典型设备的课程。是化工类专业的一门重要的技术基础课程，在化工行业素有“万金油”之美称。通过学习本课程可使学生对相关化工单元操作的有关基本理论及典型设备有较为全面的掌握，培养学生的工程观念。为保证本课程的教学，现根据工科化工类专业的特点及培养目标，本着理论够用为度、强化实践技能培养的原则，特制定本教学大纲，望各位任课老师参照执行。一、本课程的性质与任务本课程是化工类专业继高等数学、物理化学、工程力学、化工制图等课程的后续课程，是化工类专业的一门极为重要的技术基础课程。可起到基础课程与专业课程间的桥梁作用，也就是我们通常所说的“平台课程”。本课程是研究化工单元操作的课程；是直接服务于化工生产第一线的课程。该课程强调工程观念、经济观念、定量运算化工过程及设备的工艺尺寸；强调实际技能的训练，强调理论与实践相结合、提高分析问题、解决问题的能力。培养学生对单元操作设备的操作与调控能力、标准设备的选型设计能力、生产运营管理能力、系统优化及新产品开发能力。由于单元操作是在特定的机器或设备内进行的，且设备在技术上的先进程度，对这些单元操作能否有效进行的影响极大。研究相关单元操作的基本原理和规律，熟悉实现这些操作的设备结构、工作原理、操作方法、主要性能和有关技术问题，并掌握一定的运算能力、选型及设计能力，以便于学生在工程实践中能运用这些知识去分析和解决实际问题，使各项操作在最优化条件下进行，并创造较好的经济效益，这是我们学习本课程的目的与任务。二、教学基本要求通过本课程的教学，学生应达到下列基本要求：1、熟悉常见单元操作设备的构造、工作原理；2、掌握常见单元操作设备的操作、安装及调试方法；3、具备常见单元操作的工艺计算能力；4、了解、掌握常见单元操作设备的选型设计方法；5、了解、掌握过程强化及节能的基本原理和基本方法；6、具备单元操作流程的规划、管理能力；7、具备综合所学知识进行单元操作系统技改的能力。三、教学内容的设置原则为体现工科学校的教学特点，强化对学生的应用技能培养，实施目标教学，使学生毕业后能迅速适应工作岗位的要求，在教学内容安排上一是要充分贯彻“三实精神”（即实践、实际、实用），本着理论够用为度的原则，力求深入浅出，加大应用知识比重；二是要力求从我国的国情出发，着重介绍当前化工生产过程中常用单元操作设备，并注意新知识点的契入，介绍国内外单元操作的先进技术及设备。四、教学内容（160学时）绪论（讲授4学时）1、 本课程的起源与发展；2、 本课程的性质与任务；3、 基本概念（1）稳定系统与不稳定系统（系统分类、稳定系统的特性连续性、质量守恒、能量守恒）（2）过程平衡与过程速率（3）经验关联式（实验关联方法、对数坐标系、特征数与因次）第一章 流体力学 （ 24学时）第一节 流体的基本物性（讲授4学时）1、流体的密度、质量体积与比重（定义、换算关系、计算方法）2、流体的静压强（定义、特性、计量与测量方法）3、流量与流速（体积流量与质量流量、体积流速与质量流速、换算关系）4、流体的粘度（牛顿粘性定律、粘度及粘度计算）第二节 流体静力学（讲授4学时）1、流体静力学基本方程式（静力学方程的推导、讨论）2、静力学基本方程式的应用（1）系统压强差或表压强的测量液柱压差计（液柱压差计的特点与适用范围、正U形管压差计、倒U形管压差计、双液柱微差计、单管压差计及斜管压差计）（2）液位的测量（近程测量、远程测量）（3）液封高度的计算（液封的作用与分类、液封计算）第三节 柏努利方程式及其应用（讲授4学时）1、稳定流动系统中的能量类型2、柏努利方程及其讨论（方程式的推导、讨论）3、柏努利方程的应用（1）计算截面与基准面的选择原则（2）应用示例（高位槽供液系统及计算、确定流体输送设备的有效功率、确定送液系统的气体压强、系统流量的测量）第四节 管流过程（讲授2学时）1、流体阻力的表现及形成原因2、流体的流动型态及判定（流动型态划分、雷诺数与流动型态判定）3、流动边界层概念（定义、形成与发展、分离）第五节 管网基础（讲授2学时）1、管网的分类2、管网的基本构成（管材、管件与阀门）3、流速与管规格选择4、管网运行第六节 管流系统的阻力损失计算（讲授4学时）1、直管阻力损失计算（计算通式的推导、摩擦因数及其确定）2、局部阻力损失计算（当量长度法、阻力系数法）3、系统阻力损失计算第七节 管路计算（讲授2学时）1、简单管路计算（解决问题的类型、试差法、系统流量估算、配管计算）2、复杂管路计算原则（并联管路、分支管路）第八节 流量测量（讲授2学时）1、测速管（构造与装配、测量基本原理）2、孔板流量计（构造与装配、测量基本原理、选用与校核）3、文氏流量计（构造与装配、测量原理）4、转子流量计（构造与装配、测量原理、校核方法）第二章 流体输送（14学时）第一节 离心泵（讲授8学时）1、离心泵的构造与工作原理（1）离心泵的主要构造与工作原理（泵体、叶轮、工作原理）（2）离心泵的配套构造（轴封装置、平衡装置）2、离心泵的性能（1）离心泵的主要性能（2）离心泵的特性曲线（特性曲线及其讨论、应用）3、离心泵的吸上高度（1）离心泵的吸上高度（2）极限吸上高度与气蚀现象（3）离心泵吸上高度的确定方法（允许气蚀余量法）4、离心泵的型号与选用5、离心泵的操作与调节（1）离心泵的操作步骤（2）离心泵的工作点及调节（工作点的确定、调节方法）（3）离心泵的串、并联操作（串联、并联、组合操作选择）第二节 其它生产用泵（讲授2学时）1、往复泵（1）往复泵的构造与工作原理（主要构造、工作原理、空气室）（2）往复泵的性能（3）正位移系统的流量调节方法（4）比例泵（构造、工作原理）2、旋液泵（构造、工作原理、性能）3、轴流泵（构造、工作原理、性能）4、混流泵（构造、工作原理、性能、型号与选用）5、各类生产用泵的性能比较第三节 气体输送设备（讲授4学时） 1、离心式通风机、鼓风机、压缩机（构造、性能及选用）2、萝次鼓风机（构造与工作原理、性能及选用）3、液环压缩机（构造、工作原理及选用）4、往复式压缩机（构造、工作原理、分类、配套设置、性能、多级压缩及流程）5、气体输送设备的性能比较第三章 非均相系统的分离（16学时）第一节 重力沉降（讲授4学时）1、自由沉降与自由沉降速度（1）自由沉降（2）自由沉降速度（3）阻力系数2、重力沉降设备及计算（1）基本要求（分离效率、生产能力、停留时间）（2）降尘室（降尘气道、浅层沉淀原理、多层隔板式降尘室）（3）沉淀池（平流式、辐射流式、斜板式沉淀池）第二节 离心沉降（讲授4学时）1、离心沉降与离心沉降速度（1）离心沉降（2）离心沉降速度与分离因数2、离心沉降设备及计算（1）旋风分离器（构造与操作原理、分离性能、型号与选用）（2）旋流澄清器（构造、操作原理、分离性能及适用范围）（3）离心机（构造、分类、操作原理、性能及适用范围）第二节 过滤（讲授6学时）1、基本概念（过滤的定义、基本原理、分类及相关名词术语）2、过滤速率与过滤速率方程3、恒压过滤（恒压过滤方程、恒压过滤计算）4、过滤设备（1）袋滤器（构造、工作原理及流程）（2）转鼓真空过滤机（构造、工作原理及流程、工艺计算）（3）快滤池（构造、工作原理及流程）第四节 其它气体净化设备（讲授2学时）1、惯性分离（构造、工作原理及流程）2、电除尘器（构造、工作原理及流程）3、文氏除尘器（构造、工作原理及流程）4、泡沫除尘器（构造、工作原理及流程）5、洗气塔（构造、工作原理及流程）6、非均相物系分离方案的选择第四章 传热（26学时）第一节 概述（讲授2学时）1、传热学研究解决的问题2、传热的基本方式3、工业换热设备的类型4、传热名词第二节 传热基本方程式（讲授1学时）1、传热速率2、传热推动力3、传热壁面积4、传热基本方程式第三节 传热速率与热负荷（讲授3学时）1、热负荷的定义2、热负荷与传热速率间的关系3、热负荷计算方法（1）焓差法（2）显热法（3）潜热法（4）二步法第四节 传热平均温度差（讲授2学时）1、恒温传热2、变温传热（1）传热壁两侧流体的相对运动（2）并、逆流过程的平均温度差计算（3）错、折流过程的平均温度差计算第四节 一维稳定热传导（讲授4学时）1、传导的定义、基本原理及分类2、傅立叶定律3、傅立叶定律的应用（1）平壁导热计算（2）空心圆柱体导热计算（3）空心球体导热计算第五节 对流传热（讲授4学时）1、间壁式换热机理2、牛顿冷却定律3、对流传热系数及其影响因素4、无相变传热过程的对流传热膜系数计算。第六节 传热系数与传热壁面积（讲授2学时）1、传热系数K计算公式的推导2、K计算公式的简化及传热面积计算第七节 传热计算示例（讲授2学时）第八节 换热器（讲授6学时）1、换热器简介（1）夹套式（2）蛇管式（3）套管式（4）列管式（5）螺旋板式（6）波纹板式（7）板翅式2、换热器的性能比较3、非标准列管式换热器的工艺设计方法4、标准列管式换热器的选型设计方法第五章 蒸发（10学时）第一节 概述（讲授2学时）1、蒸发的定义、基本原理及分类2、蒸发专用名词3、典型蒸发流程简介第二节 单效蒸发（讲授6学时）1、单效蒸发器的物料衡算与热量衡算2、单效蒸发器的沸点升高与tm计算3、管内沸腾过程的计算4、单效蒸发器的传热面积计算5、单效蒸发器的选型设计第三节 多效蒸发（讲授2学时）1、多效蒸发流程2、蒸发系统的热效率与节能第六章 蒸馏与精馏技术（24学时）第一节 概述（讲授4学时）1、基本概念（定义、基本原理及分类）2、二元溶液的气液相平衡（1）溶液的分类（2）理想溶液的气液相平衡（3）非理想溶液的气液相平衡3、蒸馏方式（简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏原理及流程）第二节 二元板式连续精馏塔的物料衡算（讲授4学时）1、恒摩尔流假设2、全塔物料衡算产品流量的确定3、精馏段的物料衡算与精馏段操作线方程4、提馏段的物料衡算与提馏段操作线方程5、加料板的物料衡算两段气液相流量的确定6、精、提馏段操作线的交点轨迹方程7、操作线的画法第三节 二元板式连续精馏塔的塔板数（讲授4学时）1、理论塔板数（1）理论塔板的概念（2）理论塔板数的确定（逐板计算法、图解法）2、实际塔板数（1）板效率（单板效率、塔效率）（2）实际塔板数的确定第四节 操作回流比（讲授2学时）1、操作回流比对精馏操作的影响2、全回流与最少理论塔板数3、最小回流比及其确定4、适宜操作回流比的确定5、进料状态对精馏操作的影响第五节 特殊精馏（讲授2学时）1、水蒸汽精馏（基本原理、流程）2、恒沸精馏（基本原理、典型流程）3、萃取精馏（基本原理、典型流程）第六节 多元精馏（讲授2学时）1、多元精馏的特点2、多元精馏系统的气液相平衡3、多元精馏系统的简化计算方法第七节 板式塔（讲授6学时）1、板式塔简介（1）板式塔的主要构造（2）塔板结构与性能