化工原理 第十五期
化工原理 第十五期
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更新日期:2025/07/02
开课平台学银在线
开课高校浙江师范大学
开课教师滕波涛刘亚胡鑫蒋永福代伟
学科专业工学化工与制药类
开课时间2025/02/16 - 2025/08/16
课程周期26 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

在化工、医药、食品、环境等领域,生产过程通常包含若干物理单元操作,例如流体流动、传热、蒸馏、吸收等等。同一类单元操作具有共性:制药厂小巧的精馏塔与石化企业宏伟的精馏塔具有相同的工作原理、相似的结构和操作方式;用管道输送番茄汁与用管道输送油品的方法在本质上是相似的。在化工工艺学家那里,这些物理单元和化学反应单元像搭积木一样,被以不同方式组合,形成生产各种化学品的、千差万别的工艺流程。

《化工原理》课程以化工生产中的物理单元操作为研究对象,讲授的主要内容如下。

1)常用物理单元操作的原理。这些原理往往包含动量、热量和质量的传递原理,即所谓的“三传”,它们与物理学、物理化学有密切联系,通常表示为某种数学模型。

2)单元操作使用的设备。单元操作在具体的设备中进行。本课程将介绍各类单元操作使用的设备类型,不同类型设备的适用范围,着重介绍典型设备的工作原理、基本结构、性能参数、设备的选型,使用方法,以及操作条件和调节方式。

3)设计型问题和操作型问题。这是工程问题的两种基本类型。典型的设计型问题,例如根据生产任务完成设备的工艺设计和标准设备的选型,确定操作条件。典型的操作型问题,例如根据操作条件的变化确定生产任务或者其他过程参数的变化。本课程要引导学生识别这两类问题,并掌握典型问题的解决方法。

4)解决复杂工程问题的方法。工程科学,例如化学工程学,发展了特殊的方法来解决复杂的工程问题。本课程将对其中的一些方法进行介绍。例如,对于影响因素众多、又难以采用理论分析求解的工程问题,常常通过实验建立数学模型,为了减少变量个数和实验次数,应用因次分析”的方法将单个变量整合为由几个变量组成的无因次数群,在实验中改变数群的值而不是单个变量的值,然后根据实验结果得到具有实用价值的经验公式


课程大纲

第一单元 绪论

  • 1.1 化工原理课程介绍
  • 1.2 单元操作简介
  • 1.3 化工原理的研究方法
  • 1.4 化工数据单位制与数据转换

第二单元 流体流动

  • 2.1 流体流动简介
  • 2.2 流体力学的研究方法
  • 2.3 作用在流体上的力
  • 2.4 流体的性质
  • 2.5 流体静力学基本方程
  • 2.6 流体静力学方程的应用
  • 2.7 流量、流速和连续性方程
  • 2.8 伯努利方程
  • 2.9 伯努利方程的应用
  • 2.10 实际流体的机械能衡算
  • 2.11 流体的流动形态
  • 2.12 圆直管内的流动
  • 2.13 边界层分离
  • 2.14 圆直管阻力计算通式和层流阻力计算
  • 2.15 摩擦系数的因次分析
  • 2.16 圆直管湍流阻力计算
  • 2.17 局部阻力计算
  • 2.18 简单管路的设计型计算
  • 2.19 简单管路的操作型计算
  • 2.20 复杂管路的计算
  • 2.21 流速与流量的测量
  • 2.22 习题课-伯努利方程
  • 2.23 拓展-可以行走的非牛顿型流体

第三单元 流体输送机械

  • 3.1 流体输送机械简介
  • 3.2 离心泵的结构与工作原理
  • 3.3 离心泵的性能参数和理论分析
  • 3.4 离心泵的特性曲线
  • 3.5 离心泵的工作点和流量调节
  • 3.6 气蚀和离心泵的安装高度
  • 3.7 离心泵的选型
  • 3.8 其他化工用泵
  • 3.9 拓展-用软件辅助选泵

第四单元 非均相物系分离

  • 4.1 沉降
  • 4.2 过滤
  • 4.3 固体流态化与气力输送

第五单元 传热

  • 5.1 传热简介
  • 5.2 热传导及傅里叶定律
  • 5.3 平壁计算
  • 5.4 单层与多层圆筒稳态传热计算
  • 5.5 对流传热机理与牛顿冷却定律
  • 5.6 对流传热的因次分析
  • 5.7 管内强制流动的传热系数计算
  • 5.8 管外强制对流的表面传热系数计算
  • 5.9 自然对流
  • 5.10 蒸汽冷凝的传热系数计算
  • 5.11 液体沸腾的表面传热系数计算
  • 5.12 辐射传热
  • 5.13 对流和辐射联合传热
  • 5.14 传热速率方程
  • 5.15 总的传热系数与传热的平均温差
  • 5.16 列管式换热器
  • 5.17 换热器设计型计算
  • 5.18 换热器操作型计算
  • 5.19 换热器强化
  • 5.20 习题课-平板壁模型
  • 5.21 习题课-换热器计算
  • 5.22 拓展-CPU散热器

第六单元 蒸馏

  • 6.1 蒸馏简介
  • 6.2 理想体系气液相平衡
  • 6.3 非理想体系气液相平衡
  • 6.4 平衡蒸馏(闪蒸)
  • 6.5 简单蒸馏
  • 6.6 精馏过程原理
  • 6.7 全塔物料与能量衡算
  • 6.8 恒摩尔流假定与进料热状态对进料板物料流率分配的影响
  • 6.9 精馏塔操作线方程与q线方程
  • 6.10 双组分体系连续精馏计算-逐板法
  • 6.11 双组分体系连续精馏计算-图解法
  • 6.12 进料热状态与进料位置对精馏塔设计及操作的影响
  • 6.13 精馏塔设计与操作中回流比的影响和选择
  • 6.14 全回流与最少理论板数计算
  • 6.15 双组分体系连续精馏计算—简捷法
  • 6.16 双组分精馏的特殊操作
  • 6.17 精馏操作型计算
  • 6.18 精馏塔的单板效率和总板效率
  • 6.19 间歇精馏
  • 6.20 多组分精馏
  • 6.21 特殊精馏简介
  • 6.22 拓展-蒸馏法提取玫瑰精油
  • 6.23 拓展-用软件辅助设计精馏塔

第七单元 气体吸收

  • 7.1 吸收绪论
  • 7.2 气液平衡
  • 7.3 传质的基本方式
  • 7.4 等分子反方向扩散
  • 7.5 伴有总体流动的单向扩散
  • 7.6 对流传质和双膜理论
  • 7.7 传质速率方程
  • 7.8 相际传质速率分析
  • 7.9 吸收塔操作线方程
  • 7.10 吸收剂用量的确定
  • 7.11 吸收过程的数学描述
  • 7.12 传质单元数的计算
  • 7.13 理论级及极式吸收塔的计算
  • 7.14 吸收塔的设计型计算
  • 7.15 吸收的操作型计算
  • 7.16 高浓度气体吸收简介
  • 7.17 化学吸收简介
  • 7.18 解吸简介

第八单元 传质设备

  • 8.1 板式塔简介
  • 8.2 塔板上的流体力学现象分析
  • 8.3 填料塔简介
  • 8.4 填料塔性能及工艺设计

第九单元 其他化工单元操作

  • 9.1 蒸发
  • 9.2 萃取
  • 9.3 干燥

第一单元

  • 10.1 第一课时
  • 10.2 第二课时
  • 10.3 第三课时
  • 10.4 第四课时
  • 10.5 第五课时