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。