生物技术-2023-8-化工原理课程教学大纲

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1、化工原理教学大纲课程编码：课程性质：专业基础课、技术基础课适用专业：生物技术学分：3学分学时：54学时开设学期：第3学期一、教学目的通过本课程的学习，要使学生掌握流体流动、流体输送、传热、吸收、蒸馏、干燥等单元操作的基本原理和典型设备的设计计算方法，为进一步学习后续专业课程及从事工程实践奠定必要的理论基础。同时，要求通过各个教学环节培养学生的工程观点，使学生理解流体流动、传热与传质的共性与特殊性，提高分析和解决化工实际问题的能力。1.掌握流体流动及传热等化工过程的基本原理和典型设备的构造及性能；2. 通过本课程知识的系统学习，培养学生的工程观点和解决工程实际问题的能力，包括对化工单元操作进行工

2、程计算的能力、正确运用工程图表的能力以及运用技术经济观点分析、解决工程实际问题的能力；3. 通过对基本原理、工程计算和典型设备的讲授，培养学生从过程的基本原理出发，观察、分析、综合、归纳众多影响因素，从中找出问题的主要方面，运用所学知识解决工程问题的科学思维能力和创新思维能力；4.通过本课程学习，培养学生的自学能力和独立工作能力，能根据所处理问题的需要，寻找、阅读有关手册、参考书、文献资料并理解其内容。 通过学习一些处理工程的基本方法，如因次分析法、数学模型法、过程分解法、试差计算法和图解计算法等，使学生具备在不同场合选用不同方法处理工程问题的能力；二、教学重点与难点1重点：流体流动的守恒原理

3、；流体流动的阻力计算；流体输送机械；低组成气体的吸收过程与计算；气（汽）传质分离设备；双组分精馏原理及计算；恒定条件下的干燥过程分析与计算。2难点：牛顿粘性定律；伯努利方程应用；流体阻力计算与分析；泵的工作点；吸收速率的计算；低组成气体吸收的计算；气液相平衡关系；两组分连续精馏的计算；适宜回流比的确定；理论板层数的计算；干燥速率与干燥时间的计算。三、教学方法建议在化工原理的教学过程中，建议教师大胆推行启发式、讨论式、研究式、问题法、导读法、案例法等教学方法，积极创设促使学生独立探索、质疑求异、实践应用的教学情境。具体如下：1. 采用多媒体教学与传统教学相结合模式，引入多媒体辅助教学手段，弥补传

4、统教学信息量不足的缺点；2. 运用对比式教学，促进概念理解；3. 理论联系实际，激发学生学习兴趣，结合工程实例，注重知识应用；4. 采用实体模型、动画演示设备结构，激发学生学习兴趣；5. 采用归纳、总结和对比式的教学法。四、教学内容绪 论（1学时）教学要求：掌握化工生产与单元操作概念；熟悉本课程内容和任务；掌握四个基本概念。01化工生产与单元操作02四个基本概念第一章 流体力学与应用（9学时）教学要求：了解流体的连续性和压缩性；熟悉流体的物性；掌握压强的定义、性质、单位及表示方法；学会静力学方程及应用，液柱压差计；理解流体流动及输送问题；掌握流体流动的守恒原理；了解流体流动的内部结构；学会流体

5、流动的阻力计算；懂得管路计算与流量测量方法。第一节概述1-1-1流体的连续性与特征1-1-2作用在流体上的力1-1-3非牛顿型流体第二节流体静力学1-2-1流体的密度1-2-2压强及其表示方法1-2-3流体静力学基本方程1-2-4流体静力学基本方程在工程中的应用第三节流体流动现象1-3-1流动过程与基本概念1-3-2流动型态1-3-3圆管内稳定流动过程数学分析1-3-4边界层简介第四节质量、能量和动量衡算1-4-1连续性方程1-4-2纳维尔-斯托克斯方程1-4-3机械能衡算第五节管内流动阻力与能量损失1-5-1流体阻力与范宁公式1-5-2层流时阻力损失的计算1-5-3量纲分析方法1-5-4湍流

6、时摩擦损失的计算1-5-5局部阻力损失第六节流体流动和静力学方程的应用1-6-1简单管路计算1-6-2复杂管路1-6-3可压缩流体管路计算1-6-4流量的测量第二章 流体输送机械（6学时）教学要求：了解流体输送机械的作用与分类；了解离心泵工作原理与主要部件；熟悉离心泵性能参数与特性曲线、管路特性方程；掌握离心泵工作点的概念和流量调节，安装高度计算与气蚀现象判断；学会离心泵的类型、选用、安装与操作；了解其它类型泵与气体输送机械：往复泵工作原理与结构、性能参数与流量调节、正位移泵特性；离心式通风机工作原理、性能参数与选型计算；离心式压缩机；真空泵与往复压缩机结构。第一节液体输送机械2-1-1离心泵

7、2-1-2离心泵的主要性能参数2-1-3离心泵的特性曲线2-1-4离心泵的工作点和流量调节2-1-5离心泵的安装高度2-1-6离心泵的型号与选用第二节其他类型的泵2-2-1往复泵2-2-2其他类型的泵第三节气体输送机械2-3-1离心式风机2-3-2旋转鼓风机和压缩机2-3-3往复式压缩机2-3-4真空泵第三章 非均相机械分离（4学时）教学要求：了解沉降分离原理及设备；掌握过滤分离原理及设备；学会恒压过滤基本方程式的应用及过程的计算。第一节概述3-1-1概述第二节颗粒与颗粒群的特性3-2-1颗粒与颗粒群的特点第三节颗粒的沉降3-3-1颗粒在流体中的沉降过程3-3-2重力沉降设备3-3-3离心沉降

8、与离心沉降设备第四节过滤3-4-1概述3-4-2过滤设备3-4-3过滤基本方程式3-4-4过滤生产能力及滤饼洗涤第四章 传热及传热设备（10学时）教学要求：了解传热过程在化工生产中的应用；传热的基本方式；熟悉一维定态热传导计算；熟悉对流传热过程；牛顿冷却定律；了解物体的辐射能力；斯蒂芬-波尔兹曼定律；克希霍夫定律；两灰体间的辐射传热；掌握传热过程的计算；掌握并学会间壁传热过程；热量衡算式；总传热系数计算与分析；串联热阻与控制热阻；污垢热阻；总传热速率方程；平均温度差计算与分析；间壁换热过程计算；熟悉各类工业换热器结构及应用；列管式换热器的参数与流程的选择原则；列管式换热器的设计与选型计算；工业

9、传热过程的强化。第一节概述第二节热传导4-2-1热传导基本概念4-2-2傅里叶定律4-2-3热传导系数4-2-4平壁的热传导4-2-5圆筒壁的热传导第三节对流传热4-3-1对流传热及其类型4-3-2对流传热速率与对流表面传热系数4-3-3对流表面传热系数的影响因素4-3-4与传热有关的特征数及特征数关联式的确定方法第四节流体无相变时的对流表面传热系数4-4-1流体在管内作强制对流4-4-2流体在管外强制对流传热第五节有相变流体的对流传热4-5-1蒸气冷凝对流传热4-5-2沸腾传热第六节辐射传热4-6-1基本概念和定律4-6-2两固体间的辐射传热4-6-3对流和辐射的联合传热第七节总传热速率和传

10、热过程的计算4-7-1总传热速率方程4-7-2热量衡算4-7-3总传热系数4-7-4平均温度差4-7-5传热效率法第八节换热器4-8-1常用换热器4-8-2强化传热技术及新型的传热设备4-8-3列管式换热器的设计与选择第五章 蒸 馏（10学时）教学要求：掌握两组分溶液的气液平衡；了解单级蒸馏过程；熟悉精馏原理和流程；掌握并学会两组分连续精馏的计算；了解间歇精馏和特殊精馏以及多组分精馏；熟悉并掌握板式塔的结构。第一节概述5-1-1蒸馏及其在工业中的应用5-1-2双组分连续精馏的流程及精馏塔第二节双组分溶液的气液相平衡5-2-1双组分溶液气液平衡的自由度5-2-2双组分理想溶液的气液平衡5-2-3

11、非理想溶液的气液平衡5-2-4总压对气液平衡的影响第三节平衡蒸馏和简单蒸馏5-3-1平衡蒸馏(闪蒸)5-3-2简单蒸馏第四节精馏的流程和原理5-4-1精馏原理5-4-2工业精馏装置第五节双组分混合液连续精馏的计算和操作分析5-5-1精馏塔操作压力的确定5-5-2全塔物料的衡算5-5-3精馏段物料衡算和操作线方程5-5-4提馏段物料衡算和操作线方程5-5-5进料板物料衡算、热量衡算和进料方程5-5-6理论塔板数的计算5-5-7回流比对精馏操作的影响及选择5-5-8理论塔板数的简捷计算5-5-9实际塔板数与塔板效率5-5-10其他类型的双组分连续精馏5-5-11连续精馏装置的热量衡算5-5-12双

12、组分连续精馏的操作分析和操作型计算第六节间歇精馏5-6-1间歇精馏的装置及特点5-6-2塔顶馏出液的组成恒定的间歇精馏计算5-6-3回流比不变时间歇精馏的计算第七节特殊精馏5-7-1恒沸精馏5-7-2萃取精馏5-7-3加盐萃取精馏5-7-4分子蒸馏第八节板式塔5-8-1工业生产对塔设备的要求5-8-2常用板式塔类型5-8-3板式塔的流体力学性能5-8-4板式塔的设计计算第六章 吸收（8学时）教学要求：了解气体吸收的分类、过程与流程；掌握吸收过程的气液相平衡关系；熟悉吸收过程的速率关系；学会低组成气体吸收和解吸的计算；了解填料塔的结构。第一节概述6-1-1概述第二节吸收中的气液相平衡6-2-1气

13、体在液体中的溶解度第三节吸收速度6-3-1分子扩散6-3-2分子扩散系数6-3-3涡流扩散与对流传质6-3-4吸收速率方程式第四节吸收(或解吸)塔的计算6-4-1物料衡算操作线方程6-4-2填料高度的计算6-4-3解吸6-4-4高浓度气体吸收第五节填料塔6-5-1填料塔的结构及填料特性6-5-2填料塔的流体力学特性第七章干燥（4学时）教学要求：掌握湿空气的性质及湿度图；掌握干燥过程的物料换算与热量换算；熟悉湿物料的性质；学会干燥速率与干燥时间的计算；了解干燥器的类型和结构。第一节概述7-1-1加热方法对干燥过程的影响7-1-2操作温度和操作压力对干燥过程的影响7-1-3干燥器中物料的处理方法第

14、二节湿空气的性质和湿物料的性质7-2-1湿空气的性质7-2-2湿空气的焓-湿图及应用7-2-3湿物料的性质第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算7-3-1物料衡算7-3-2热量衡算7-3-3空气通过干燥器时的状态变化7-3-4干燥器的热效率和干燥器的节能第四节干燥动力学及干燥时间7-4-1干燥动力学试验7-4-2干燥时间的计算第五节干燥器7-5-1干燥器的分类和选择7-5-2厢式干燥器7-5-3隧道干燥器(洞道式干燥器)7-5-4转筒干燥器7-5-5带式干燥机7-5-6转鼓干燥器7-5-7喷雾干燥7-5-8流化床干燥器7-5-9气流干燥器7-5-10微波和高频干燥第八章 新型分离技术（2学时）教学

15、要求：了解超临界流体萃取、膜分离技术等新型分离方法的原理和过程。第一节超临界流体萃取8-1-1超临界萃取原理8-1-2超临界流体萃取基本流程8-1-3超临界流体萃取的应用第二节膜分离技术8-2-1概述8-2-2膜分离的过程及基本原理8-2-3膜分离过程的特点8-2-4各种膜过程简介8-2-5膜分离设备-膜组件五、其他教学环节1参观认识化工原理实验室2化工原理课程设计目的与要求：化工原理课程设计是化工专业的学生在校期间第一次进行的设计，要求每个同学独立完成一个实际装置的设计。设计中应对过程原理、操作、流程及设备的结构、制造、安装、检修进行全面考虑，最终以简洁的文字、表格及图纸正确地把设计表达出来

16、。设计是在教师指导下，由学生独立进行的设计。因此，对学生的独立工作能力和实际工作能力是一次很好的锻炼机会，是培养化工技术人员的一个重要环节。设计内容：管式换热器、板式精馏塔、填料吸收塔、液-液萃取塔、离心泵、厢式干燥器、单效蒸发器的设计选型。3. 作 业每章讲完布置和收交作业，作业每章10-15题，总计80-120道题左右。作业是评价学生平时成绩的基本依据，要求学生必须独立完成。缺交作业的次数应少于总次数的1/3，否则不能参加期末考试。4. 辅导答疑每周一次，集中进行。六、考核要求采取平时测验与期末考试相结合的方式。平时测验随堂进行，重在考察学生学习的过程。期末考试时间为120分钟，采用全国化

17、工原理试题库统一命题、统一考试以及统一评分、流水阅卷的方式，并尽量实现教、考分离。课程总成绩依据下列权重评定：平时测验占20-30%，期末考试占70-80%。七、选用教材化工原理，华南理工大学编 黄少烈 邹华生主编，高等教育出版社，2002年8月第一版。八、参考书目1姚玉英等.化工原理，上、下册，新版.天津：天津大学出版社。19992陈敏恒等.化工原理，上、下册，北京：化学工业出版社.19853谭天恩等.化工原理，上、下册，北京：化学工业出版社.19844. 天津大学化工原理教研室.化工原理，上、下册，2版.天津： 天津科学技术出版社.19875. 王志魁，化工原理 ，化学工业出版社，19876. 天津大学化工原理教研室，化工原理，天津科学技术出版社，19877. 华东化工学院，化工原理 ，化学业出工版社，19858.化工原理，柴诚敬主编，高等教育出版社，2023年6月第二版。执笔人：李惠成审核人：王瑞瑞审定人：胡浩斌时间：2023年7月