化工原理(上)
化工原理(上)
5000+ 人选课
更新日期:2025/04/28
开课时间2025/02/24 - 2025/07/18
课程周期21 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介

化工原理是化学工程与工艺及相近专业的主干课程,该课程是综合运用数学、物理和化学等自然科学的原理考察、解释和处理化工生产中内在的共同规律的课程,具有极强的工程性和应用性,在基础课和专业课之间起着承前启后,由理及工的桥梁作用。本课程的主要研究内容是以化工生产中的物理加工过程为背景,按其操作原理为共性归纳成的若干典型单元操作,包括流体输送、搅拌、过滤、沉降、传热、蒸发、气体吸收、液体精馏、萃取、干燥等。以统一的研究对象(动量、热量和质量传递过程)和研究工程问题的方法论为两条主线,系统介绍典型单元操作的基本原理、计算方法和工程应用,突出各单元共性规律。通过本课程的学习,使学习者能够解决化工及相关过程提出的实际问题,包括(1)为了安全、经济而有效地满足工艺要求,如何根据各单元操作在技术经济上的特点,进行过程和设备的选择,以适应指定物系的特征,充分调动设备的积极因素,抑制设备的不利因素;(2)如何进行过程计算和设备设计,在缺乏数据的情况下,如何组织实验以获得有用的设计数据;(3)为了适应生产的不同要求,如何进行操作和调节,在操作中当设备出现故障时,如何找出发生故障的原因并能提出排除故障的措施。总之,化工原理作为一门应用性课程,教学环节包括理论课、实验课、课程设计和认识实习等,讲述的是化工单元操作中的基本原理和规律,研究方法主要是试验研究法和数学模型法。着重培养学习者从工程的角度分析、解决化工生产中有关实际问题的能力,特别注意培养学生的工程观点、定量计算、实验技能、设计开发能力和创新理念。本课程教材分上、下两册,共108学时,上册60学时(绪论、流体流动、流体输送机械、流体通过颗粒层的流动、颗粒的沉降和流态化、传热),下册48学时(气体吸收、液液精馏、气液传质设备、热质同时传递、固体干燥)。

课程大纲
绪论
1、化工生产过程
2、化工单元操作
3、课程得两条主线
4、课程的任务与性质
5、学习本课程需具备的基础知识
流体流动
1、流体主要物性(粘度、密度)与压强定义、单位与换算;
2、流体静力学平衡方程及其应用;连续性方程及其应用;
3、柏努利方程及其应用;稳定流动与不稳定流动;
4、层流和湍流的基本特征与判别;雷诺准数计算;流体管内流速分布;湍流特性与边界层概念;
5、当量直径概念与计算;圆管与非圆管内流动阻力计算;局部阻力计算;
6、简单管路与复杂管路设计型问题和操作型问题的定量计算;管路操作型问题的定性分析;管路设计型及操作型问题的计算;
7、变截面、变压头流量计基本结构、特点、测量原理及使用方法。
流体输送机械
1、流体输送机械的分类
2、离心泵基本原理、构造;离心泵基本方程式;离心泵主要特性参数、特性曲线、安装高度、工作点与流量调节;离心泵选用、安装与操作;流体输送设计型和操作型问题的定量计算;流体输送操作型问题的定性分析;
3、往复泵、旋涡泵、旋转泵等其他类型泵的结构原理、特点与应用;
4、离心式风机、旋转式鼓风机、往复式压缩机、真空泵等气体输送机械的基本结构、工作原理及应用。
流体通过颗粒层的流动
1、颗粒床层特性;
2、固定床的压降;
3、过滤基本理论及基本参数;过滤基本方程及其应用;板框过滤机、叶滤机与转鼓真空过滤机基本结构、工作原理及计算;过滤操作型问题的定性分析;间歇过滤机的最佳生产周期的定量计算;连续过滤机最佳转速的确定。
颗粒的沉降与流态化
1、颗粒的沉降运动,流体对固体颗粒的绕流;静止流体中颗粒的自由沉降;重力沉降与离心沉降基本公式;
2、降尘室、沉降槽、旋风分离器的结构、工作原理及降尘室生产能力,旋风分离临界直径的计算;颗粒分级概念;粒级效率的概念;
3、流化现象;流化床的主要特性;流化床的操作范围。
传热
1、传热过程;
2、傅立叶定律;平壁和圆筒壁定常热传导的计算;传热推动力与热阻的概念;
3、对流给热方程及对流给热系数;传热速率方程;热量衡算方程;总传热系数;平均温差;传热效率与传热单元数;
4、强制对流、自然对流、冷凝和沸腾给热系数的计算;
5、热辐射基本概念;波尔兹曼定律;克希霍夫定律;固体间热辐射;
6、传热的设计型和操作型问题定量计算;传热操作型问题定性分析;壁温的计算;
7、列管换热器的结构、特点、工艺计算与选型;换热器优化设计概念;强化传热过程的途径;其他各种类型传热器的结构与特点。
气体吸收
1、吸收过程基本原理及流程;
2、吸收的气液相平衡关系及其应用;
3、扩散基本原理与概念;费克定律;等摩尔反向扩散和单向扩散;扩散系数的估算;湍流中对流传质和双膜理论;温度、压力对气液相扩散系数的影响。
4、传质系数;总传质系数;总传质速率方程;传质阻力概念与计算;各种形式传质速率方程、传质系数与传质推动力的对应关系;各种传质系数间关系;
5、吸收与解吸的物料衡算;操作线方程;传质推动力及其图示方法;吸收剂最小用量、适宜用量的确定;传质单元的概念;传质单元数的计算(吸收因数法和对数平均推动力法);数值积分法求解传质单元数;吸收塔和解吸塔的设计型(求填料层高度)与操作型问题的定量计算;吸收塔和解吸塔操作型问题定性分析;吸收塔优化设计概念;吸收剂、解吸剂的选择;
6、非等温吸收、多组分吸收、化学吸收简介。
液液精馏
1、蒸馏操作的目的、原理及实施方法;蒸馏操作的费用及操作压强的选择;
2、双组分溶液的汽液相平衡;相律的应用;理想溶液的汽液相平衡及泡、露点计算;相对挥发度,平衡蒸馏与简单蒸馏的数学描述及过程计算;
3、精馏原理;回流及其对精馏过程的影响;过程数学描述;恒摩尔流的简化假设,理论板和板效率,加料板上的过程分析;控制体物料衡算和操作线方程。
4、精馏设计型计算的命题;理论板数的逐板计算法;用图解法分析精馏过程的方法;全回流和最少理论板数;最小回流比,加料热状态和回流的选择;双组分精馏的其它类型;
5、精馏操作型计算的命题及计算方法;分离能力和物料衡算对精馏操作的制约和调节;灵敏板的概念;
6、间歇精馏过程的特点及应用场合;过程的数学描述,过程的计算方法,恒沸精馏与萃取精馏的基本概念。
气液传质设备
1、板式塔主要类型与结构特点;板式塔气液相接触状况;板式塔水力学性能;塔板结构尺寸的常规设计;塔板结构尺寸的新设计方法(负荷性能图法);负荷性能图的绘制;
2、填料塔结构及水力学性能;填料类型与特性,填料塔附件;填料塔的计算。
热质同时传递
1、传热、传质过程的相互影响及传递方向的递转;过程的传递方向;过程的极限(湿球温度与绝热饱和温度);
2、凉水过程的数学描述及逐段计算法。
固体干燥
1、湿空气的性质与计算;空气湿度图及其应用;湿空气性质的计算;
2、干燥过程物料衡算和热量衡算;干燥过程的工艺计算;湿物料中水分存在形态与分类;恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间的计算;数值积分法求降速阶段干燥时间;
3、空气干燥器工作原理;各类干燥器的主要结构、工作原理与特点;提高干燥器热效率的措施;干燥器优化设计概念。