《化工原理》教学大纲

The Principles of Chemical Engineering

课程编码: , 课程类型: 专业课

课程学时：112 课程学分：7 一、课程性质及任务

化工原理课程是应用化学的专业核心课程。学生在具备了必要的高等数学、物理、物理化学、计算技术等基础知识之后必修的技术基础课。

化工原理课程的主要内容是以生产中物理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳为若干“单元操作”，主要研究各单元操作的基本原理、典型设备的原则结构和工艺尺寸的设计计算以及选型。化工原理属于工程科学，用自然科学的原理考察、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。本课程强调理论与实际相结合，培养学生分析和解决单元操作中各种问题的能力，即在科学研究和生产实践中对设备具有操作管理、设计、强化和过程开发的本领。 二、学时分配

章 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

三、课程内容及要求

绪论

1.教学目的

了解本课程的性质、地位及任务；了解化工原理课的研究对象，研究内容与主要研究方法；了解化工原理课的发展历程；熟悉法定计量单位和单位换算；掌握物料衡算与能量衡算的基本概念。 2.重点难点

化工原理课程中三大单元操作的分类和过程速率的重要概念的内涵；物料衡算与能量衡算。 3.教学方法

本章节的主要教学手段是多媒体教学，通过电子图片使学生通过对课程性质有所了解，把基础课程的学习思维逐步转移到对专业技术课程的学习上，在经济效益观点的指导下建立起\"工程\"观念。

课程内容 绪论 流体流动 流体输送设备

颗粒流体力学基础与机械分离 传热与换热器 蒸发 气体吸收 液体蒸馏 塔设备 液液萃取 固体干燥 吸附 膜分离技术

学时 2 16 8 10 14 8 12 16 6 8 8 4 自学

第一章 流体流动

1.教学目的

理解流体密度及静压强的概念，熟练掌握流体静力学方程及其应用； 理解流量与流速、定态流动与非定态流动的概念，理解流体流动的质量衡算和机械能衡算的概念，熟练掌握连续性方程和柏努利方程式及其应用；

理解牛顿粘性定律及流体粘度的概念，了解非牛顿型流体的特点，理解流体流动类型与雷诺数的关系，掌握滞流与湍流的特点；理解边界层的概念；

理解直管阻力、局部阻力的概念，了解因次分析方法，掌握管路系统总能量损失的计算方法。 掌握简单管路、分支管路、并联管路的特点及其计算方法。

了解测速管、孔板、文丘里、转子流量计的基本结构，掌握流速、流量的测定原理和方法。 2.重点难点

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。 3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握柏努利方程的建立和应用，通过电子图片来讲不同流体输送系统的流体力学特点。

第一节 流体流动概述与流体静力学

1. 了解：流体的密度、比容、压力的意义及计算 2. 掌握：流体静力学方程及应用。

第二节 流体流动的基本概念

1. 了解：流量、流速、稳定流动和不稳定流动

2. 理解：粘度、牛顿粘性定律、流体的流动形态、流体流动边界层

3. 掌握：流体流动系统的物料衡算，机械能衡算及柏努利方程的物理意义和应用。

第三节 流体流动的计算

1. 掌握：流体流动系统的物料衡算,机械能衡算及柏努利方程的物理意义和应用。

第四节 流体流动的阻力计算

1. 了解：因次分析法

2. 理解：阻力产生的原因

3. 掌握：阻力计算通式，直管阻力和局部阻力的计算。

第五节 管路计算 1. 理解：管路的分类与管路计算图表 2. 掌握：简单管路的计算，复杂管路的计算。

第六节 流速与流量测定

1. 理解：毕托管、孔板流量计、文丘里流量计和转子流量计的测量原理 2. 掌握：毕托管、孔板流量计、文丘里流量计和转子流量计的测量应用。

第七节 章节复习与习题课 第二章 流体输送设备

1.教学目的

液体输送机械的结构，工作原理，流量方程式，使用及选型；气体输送和压缩机械的结构，工作原理，流量方程式，使用及选型。 2.重点难点 重点：离心泵

难点：离心泵的基本方程式；离心泵的安装高度。

3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握柏努利方程的建立和应用，通过电子图片来讲不同流体输送系统的流体力学特点。

第一节 概述与离心泵的操作性能

1. 了解：流体输送机械的作用

2. 理解：离心泵基本方程式及其建立过程 3. 掌握：离心泵与离心式风机。

第二节 离心泵的性能曲线、操作与安装

1. 了解：离心泵的工作原理、性能参数

2. 理解：离心泵的气蚀现象与气缚现象，离心泵的允许吸上真空度和气蚀余量的概念，离心泵性能的改变和换算方法

3. 掌握：离心泵的特性曲线的实验测定、影响因素，离心泵安装高度的计算，掌握管路特性曲线与离心泵的工作点，掌握离心泵的流量调节方法，掌握离心泵并联和串联操作的特点及其计算方法

第三节 离心泵的类型与选型 1. 理解：离心泵的类型

2. 掌握：离心泵的选型原则与使用方法。

第四节 其他类型的泵与风机

1. 了解：计量泵、旋转泵、漩涡泵的结构、工作原理、特点及选用原则；了解离心式通风机、鼓风机、压缩机与往复式压缩机的基本结构、工作原理及特点；了解往复泵的结构与工作原理 2. 掌握：往复泵的结构与工作原理，掌握往复泵的流量方程，掌握往复泵的特性曲线和工作点，掌握往复泵的流量调节方法

第三章 颗粒流体力学基础与机械分离

1.教学目的

了解重力沉降和离心沉降的基本原理，沉降速度基本计算方法及沉降室，旋风分离器的主要性能。掌握过滤操作的基本概念，过滤和过滤速率，恒压过滤，恒速过滤，固体流态化，掌握恒压过滤常数的计算方法和测定方法。

2.重点难点

重点：恒压过滤，恒速过滤的计算；沉降速度的概念和计算。

难点：固体流态化，过滤操作的基本概念；旋风分离器的工作原理及影响性能的主要因素，粒级效率的概念。 3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握恒压过滤，恒速过滤的计算，通过电子图片来讲不同沉降设备和过滤设备的特点。

第一节 固体颗粒特性

1. 理解：颗粒相对于流体的运动

2. 掌握：颗粒及颗粒床层的特性；颗粒及颗粒床层的特性，颗粒床层的特性，流体通过床层的压降

第二节 颗粒沉降与沉降设备

1. 了解：球形颗粒的自由沉降，阻力系数，影响沉降速度的因素 2. 理解：重力沉降和离心沉降的基本原理

3. 掌握：沉降速度的计算方法；除尘室的计算、影响旋风分离器性能的主要因素及其选型

第三节 悬浮液过滤的计算

1. 了解：过滤操作的基本概念；过滤基本方程式

2. 理解：影响过滤的因素；过滤常数的测定；过滤设备：板框过滤机，转筒真空过滤机，离心过滤机的工作原理，简单结构，操作及使用范围

3. 掌握：恒压过滤方程及其应用（包括间歇、连续过滤机的过滤时间，洗涤时间、生产能力的计算）；

恒速过滤与先恒压后恒速的过滤的计算

第四节 固体流态化

1. 理解：流化床压降与速度关系、流化类型与不正常现象、流化床的操作范围 2. 掌握：固体流态化的基本概念，流动阻力，流化设备

第五节 章节复习与习题课 1. 重点：恒压过滤，恒速过滤的计算

第四章 传热及换热器

1.教学目的

了解热传导的基本原理，掌握傅立叶定律及平壁和圆筒壁的热传导计算；理解对流传热的基本原理，牛顿冷却定律及影响对流传热系数的因素；掌握对流传热系数的物理意义及经验关联式的用法，使用条件及注意事项；理解辐射传热的基本概念及两固体辐射传热的计算；掌握传热过程的计算，传热速度方程式，传热负荷，平均温度差，总传热系数计算及了解强化传热过程，途径；了解工业生产中常用换热器的类型，结构，并能进行列管式换热器的选型计算。

2.重点难点

重点：传导传热，对流传热，传热计算，强化传热的途径。 难点：（1）总传热速率方程各项的意义及其计算；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。 3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握传导传热，对流传热，总传热的计算，通过电子图片来讲述不同传热设备的特点。 第一节 传热过程概述及热传导

1. 了解：传热的基本方式，热交换的方式 2. 理解：傅立叶定律，导热系数

3. 掌握：单层及多层平壁的稳定热传导，单层及多层圆筒壁的稳定热传导。

第二节 对流传热及计算1 1. 了解：牛顿冷却定律，准数方程式和各准数的物理意义（不推导） 2. 理解：对流传热过程分析，对流传热系数关联式

3. 掌握：对流传热系数，影响对流传热系数的主要因素，对流传热的计算。

第三节 对流传热及计算2

1. 理解：管内强制对流传热，管外垂直绕流传热，自然对流传热，蒸汽冷凝传热，液体沸腾传热。 第四节 热辐射及传热过程的计算1 1. 了解：热辐射基本概念，克希霍夫定律，斯蒂芬—波尔兹曼定律 2. 理解：两固体间的辐射传热，热损失计算——对流和辐射的联合传热 3. 掌握：传热速率方程式，传热量的计算。

第五节 传热过程的计算2

1. 掌握：平均温度差的计算，总传热系数的计算，壁温的确定，污垢热阻的确定。

第六节 换热器

1. 了解：间壁式换热器的类型简介——夹套式，套管式，蛇管式，列管式，板式，螺旋板式，板翅式，热管，空气冷却器，远红外加热器，微波加热器

2. 理解：换热器的类型，列管式换热器的结构，型式及选用原则 3. 掌握：各种间壁式换热器的比较和传热的强化途径。

第七节 章节复习与习题课

1. 重点：总传热方程与热负荷之间的联系，传热的计算。

第五章 蒸发

1.教学目的

蒸发操作及其在工业中的应用，蒸发操作的特点，单效、多效蒸发的计算，各种蒸发器的工作原理、结构、操作特点和应用范围。 2.重点难点

重点：蒸发的计算包括蒸发水量的计算，加热蒸气消耗量的计算，蒸发器传热面积的计算、蒸发器的生产能力与生产强度。

难点：加热蒸气消耗量的计算，蒸发器的生产能力与生产强度。 3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握蒸发水量的计算，加热蒸气消耗量的计算，蒸发器传热面积的计算，通过多媒体教学来讲述各种蒸发器的工作原理、结构、操作特点。

第一节 概述及单效蒸发

1. 了解：蒸发操作及其在工业中的应用，蒸发操作的特点 2. 理解：蒸发操作的分类，单效蒸发的热量衡算 3. 掌握：单效蒸发的物料衡算。

第二节 单效蒸发2

1. 理解：蒸发器中的温度差损失，真空蒸发，蒸发器的生产能力和生产强度 2. 掌握：单效蒸发蒸发水量的计算，蒸发器传热面积的计算。

第三节 多效蒸发

1. 了解：蒸发过程的节能措施

2. 理解：多效蒸发中效数的

3. 掌握：多效蒸发的操作流程，多效蒸发的计算方法。

第四节 蒸发设备

1. 了解：蒸发器的结构，特点及选型

2. 理解：标准式，悬筐式，强制循环式，列文式，液膜式，刮板式蒸发器。

第六章 气体吸收

1.教学目的

通过本章学习，掌握气体吸收的基本概念（包括吸收的原理与流程，吸收过程的平衡关系与速率关系等）、掌握低组成气体吸收过程的计算方法以及填料塔的基本知识（包括填料的类型与性能评价，填料塔的流体力学性能与操作特性等）。

2.重点难点

重点：亨利定律及其在吸收中的应用；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；常压下单组分，低浓度吸收的工艺计算。

难点：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；总传质数和气膜，液膜传质分系数的关系；改变参量对吸收塔的设计和操作结果所产生的影响。 3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握传质机理和常压下单组分，低浓度吸收的工艺计算，通过多媒体教学来讲述各种吸收塔的工作原理、结构、操作特点。

第一节 概述及气液相平衡

1. 理解：亨利定律、平衡溶解度，相平衡与吸收过程的关系 2. 掌握：相组成表示法及换算。

第二节 分子扩散与对流传质

1. 了解：分子扩散和费克定律

2. 理解：扩散系数，涡流扩散，相间传质速率方程、总传质系数与分传质系数 3. 掌握：传质机理及双膜理论，吸收速率方程式。

第三、四节 低浓度气体吸收计算

1. 理解：吸收系数的测定，吸收系数的经验公式和准数关联式

2. 掌握：物料衡算与操作线方程，吸收剂用量的确定，塔径的计算，吸收塔有效高度的计算。 第五节 其他吸收与解吸

1. 理解：高浓度气体吸收，非等温吸收，解吸，化学吸收。

第六节 吸收塔与章节复习

1. 了解：塔填料，填料塔的内件，气液两相在填料层内的流动，填料塔的压降、液泛现象 2. 理解：填料塔的流体力学性能与操作特性

3. 掌握：重点复习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。

第七章 液体蒸馏 1.教学目的

通过本章学习，掌握蒸馏的原理，精馏过程的计算和优化，板式塔的基本结构、特性、操作和调节。

2.重点难点 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。 3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握精馏过程的计算和优化，通过多媒体教学来讲述各种精馏塔的工作原理、结构、操作特点。

第一节 概述与双组分物系的相平衡

1. 了解：蒸馏过程的分类，蒸馏分离的特点，非理想溶液的气液相平衡

2. 理解：双组分理想物系的相平衡一拉乌尔定律、露点方程、泡点方程、气液平衡图、相对挥发度 3. 掌握：气液平衡图、相对挥发度。

第二节 平衡蒸馏和简单蒸馏 1. 理解：平衡蒸馏、简单蒸馏原理 2. 掌握：平衡蒸馏、简单蒸馏计算

第三、四、五节 双组分连续精馏及计算 1. 了解：理论板的概念和恒摩尔流的假设 2. 理解：精馏原理，加料热状态

3. 掌握：全塔物料衡算，精馏段操作线方程式，提馏段操作线方程式，加热板的物料衡算，热量衡算和q线方程式，理论塔板数的计算逐板计算法和（Y-X）图解法，最小回流比，适宜回流比及其选择。

第六节 其他精馏及板式塔

1. 了解：恒沸精馏，萃取精馏，塔板的类型及性能评价，精馏操作节能途径 2. 理解：塔板的结构，板式塔的流体力学特性和操作性能

3. 掌握：回流比恒定的间歇精馏，馏出液组成恒定的间歇精馏。

第七节 章节复习与习题课

1. 重点：全塔物料衡算，精馏段操作线方程式，提馏段操作线方程式的计算，q线方程式和理论塔板数的计算。

第八章 塔设备

1.教学目的

通过本章学习，了解塔板效率的不同表示方法及其应用，掌握填料塔、板式塔、筛板塔、浮阀塔的基本结构、特性、操作和调节。 2.重点难点

重点：填料塔和筛板塔的基本结构、特性、操作和调节 难点：塔板效率的不同表示方法。 3.教学方法

本章节的主要教学手段是多媒体教学，通过多媒体教学来讲述各种填料塔、板式塔、筛板塔、浮阀塔的工作原理、结构、操作特点。

第一节 填料塔和板式塔

1. 了解：填料的种类与特性，几种主要板式塔型

2. 掌握：填料塔和板式塔的基本结构、特性、操作和调节。

第二节 筛板塔与浮阀塔

1. 了解：筛板塔正常操作的气液流量范围，浮阀塔正常操作的气液流量范围 2. 掌握：筛板塔与浮阀塔的基本结构、特性、操作和调节。

第三节 塔板效率

1. 了解：塔板效率的不同表示方法，总板效率的经验图线。

第九章 液液萃取

1.教学目的

通过本章学习，掌握三元体系的液－液相平衡与萃取操作原理；萃取剂的选择；单级萃取，多级错流萃取，多级逆流萃取的流程，特点及其设计计算；微分接触逆流萃取计算；液－液萃取设备的分类，结构，特点。 2.重点难点

重点：（1）萃取过程的计算；（2）部分互溶物系的相平衡及其萃取操作的关系 难点：（1）单级萃取的图解法；（2）多级错流萃取图解法，多级逆流萃取图解法。 3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握萃取过程的计算和优化，通过多媒体教学来讲述各种萃取塔的工作原理、结构与类型。

第一节 概述与液液相平衡原理

1. 了解：液液萃取原理，工业萃取过程，萃取过程经济性

2. 理解：液液相平衡，三角形相图及其性质，部分互溶物系的相平衡及其萃取操作的关系。

第二、三节 萃取过程计算

1. 理解：多级错流萃取图解法，求取萃取级数的实验方法，连续接触逆流萃取，最小熔剂比与适宜熔剂比

2. 掌握：单级萃取的图解法，多级逆流萃取图解法，两相不溶物系的萃取过程的计算。

第四节 萃取设备

1. 了解：萃取设备的类型，萃取过程新进展 2. 掌握：各种萃取塔的工作原理和结构。

第十章 固体干燥

1.教学目的

通过本章学习，掌握描述湿空气性质的参数及其计算方法，能熟练进行干燥过程的计算（包括物料衡算、热量衡算、干燥速率与干燥时间）。了解干燥器的类型、选型依据及提燥过程热效率的方法。 2.重点难点

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 3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握干燥过程的计算和优化，通过多媒体教学来讲述各种干燥设备的工作原理、结构与类型。 第一节 湿空气的性质及温度图

1. 理解：理解湿空气的性质及其计算

2. 掌握：掌握湿空气的湿度图及湿度图的应用。

第二、三节 干燥过程计算

1. 理解：干燥机理及物料所含水分性质

2. 掌握：干燥过程的物料衡算和热量衡算，恒速、降速干燥阶段的特点及影响因素，恒定干燥条件下干燥时间的计算。

第四节 干燥器

1. 了解：常用典型干燥器的工作原理及特点、选型原则。

第十一章 吸附

1.教学目的

通过本章学习，了解吸附现象，吸附平衡、吸附速率及吸附计算，掌握吸附机理、吸附设备。 2.重点难点

重点：吸附平衡，吸附机理 难点：吸附速率及吸附计算 3.教学方法

本章节的主要教学手段是板书式结合多媒体教学，通过理论推导要求学生掌握吸附过程的计算和优化，通过多媒体教学来讲述各种吸附设备的工作原理、结构与类型。

第一节 概述及吸附平衡

1. 了解：吸附现象及工业应用，吸附剂，吸附等温线。 第二节 吸附机理、设备与计算

1. 理解：吸附速率，吸附的传质速率方程，吸附过程的计算 2. 掌握：吸附机理与吸附设备。 四、实验部分

《化工原理实验》单独设课，请参见《化工原理实验教学大纲》。 五、教材与教学参考

教材：《化工原理》（第二版），管国锋等编，化学工业出版社，2003

参考书：1.《化工原理》（上、下册），大连理工大学化工原理教研室编，大连理工大学出版社，2005 2.《化工原理》（上、下册），蒋维钧等编，清华大学出版社，2005 3.《化工原理详解与应用》，丛德滋等编，化学工业出版社，2002 4.《化工原理例题与习题》，姚玉英编，化学工业出版社，1996