《化工原理(A)》教学大纲
(学分 6 ,学时 96 )
一、课程的性质与任务
化工原理(A)是化学工程与工艺、电化学、应用化学、工业催化、高分子化工、环境与生物工程、化学工程与工艺英强等专业大类主干基础课程。本课程应用传递过程基础理论研究化工单元操作基本原理。该课程以过程工程为教学背景,使学生在理论和实践上掌握单元操作的过程与设备原理,进而完成相应的设计型和操作型过程与设备计算,提高分析问题和解决问题的能力。另外,该课程介绍过程工程研究领域的最新进展能够激励学生的创新精神。
二、课程内容、基本要求与学时分配
三大传递过程作为主线贯穿化工原理(A)课程主要内容,具体包括典型单元操作:基于动量传递的流体输送、机械分离等;基于热量传递的换热、蒸发等、基于质量传递的精馏、吸收等。
(一)绪论 1学时
1. 了解化工原理课程的形成、发展及其在化学工程学科中的地位。
2. 掌握化工单元操作与传递过程的概念、化工原理课程内容与性质。
(二)流体流动 16学时
1. 了解流体的特征;流体流动考察方法;流体的作用力和机械能。
2. 掌握流体静力学;静止流体受力平衡的研究方法;压强和势能的分布;压强的表示方法和单位换算;静力学原理的工程应用。
3. 掌握流体动力学;流量与流速;稳态和非稳态的概念;基于质量守恒的连续性方程;流动流体的机械能守恒(Bernoulli方程);压头;机械能守恒原理的应用;动量守恒原理及其应用。
4. 掌握流体流动阻力;Newton粘性定律;流体流动的内部结构 层流和湍流的基本特征;湍流强度和尺度的概念;流动边界层及边界层分离现象;管流数学描述的基本方法;剪应力分布;流体流动的机械能损失;沿程阻力损失计算(Fanning公式、Hangen-Poiseuille公式);局部阻力损失计算(当量长度法、局部阻力系数法)。
5. 了解非Newton流体的流动基本特性。
6. 掌握管路计算;管路设计型计算的特点、计算方法;管路操作型计算的特点、计算方法;阻力损失对流动的影响;简单管路和复杂管路的计算方法。
7. 了解可压缩流体管路阻力的计算方法。
8. 掌握流速和流量的测量;Pitot管、孔板流量计、Venturi流量计、转子流量计的原理和计算方法。
(三)流体输送设备 10学时
1. 掌握离心泵基本结构、工作原理和性能参数;离心泵基本方程;影响离心泵理论压头的主要因素;离心泵的功率、效率和实际压头。
2. 掌握离心泵特性曲线;管路特性方程;离心泵的工作点和流量调节方法;离心泵的并联和串联;理性泵组合运转工况分析;离心泵的安装高度;汽蚀余量;离心泵的选用。
3. 了解容积式泵的工作原理、特点和流量调节方法(以往复泵为主)。
4. 了解气体输送的特点及全风压的概念;气体输送机械的主要特性;不同风机终压或压缩比范围;压缩机和真空泵的工作原理;获得压缩空气和真空的方法。
(四)流体通过颗粒(床层)的流动及机械分离 8学时
1. 掌握颗粒与颗粒床层的特性;流体与颗粒间的相对运动;表面曳力和形体曳力;球形颗粒的曳力系数及Stokes定律;重力沉降;沉降速度及其计算;降尘室的流量、沉降面积和粒径的关系;颗粒分级概念;旋风分离器工作原理;影响旋风分离器性能因素;粒级效率的概念。
2. 掌握流体通过颗粒床层的流动;影响固定床压降的主要因素;过滤方法及常用过滤机的构造;过滤过程数学描述(物料衡算和过滤速率方程);过滤速率、推动力和阻力的概念;过滤速率方程应用(恒压过滤、恒速过滤);洗涤时间;过滤机的生产能力;加快过滤速率的途径。
3. 掌握流态化;流化床的工业应用和典型结构;流化床的主要特性;流化床的操作范围(临界流化速度和颗粒带出速度);气力输送的实际应用。
4. 了解气体净化的其他方法。
(五)传热 16学时
1. 了解工业生产过程中的传热过程;加热和冷却方法;传热速率概念。
2. 掌握热传导的概念;Fourier定律;常用工程材料的导热率;一维导热的计算。
3. 掌握对流传热的概念;热边界层;Newton冷却定律;表面传热系数。
4. 掌握流体无相变化时对流表面传热系数的经验关联;了解流体无相变化时对流表面传热系数的经验关联(蒸汽冷凝与液体沸腾)。
5. 了解辐射传热的基本概念、Stefan Boltzmann定律、Kirchhoff定律和辐射传热计算方法。
6. 掌握传热过程的计算;换热过程的数学描述方法;传热平均温度差;热阻和传热系数;传热设计型问题的参数选择和计算方法;传热操作型问题的分析讨论和计算方法。
7. 掌握列管式换热器的设计与选型;了解常用换热器的结构;换热设备的强化和其它类型。
(六)蒸发 3学时
1. 了解工业蒸发实例;蒸发过程的目的、方法及特点;常用蒸发器的结构。
2. 掌握管内气液两相流动型式;二次蒸汽和加热蒸汽的能位差别;沸点升高和传热温度差损失;加热蒸汽的经济性;蒸发设备的生产强度。
3. 掌握单效蒸发过程计算;物料衡算、热量衡算和传热速率方程。
4. 了解多效蒸发;提高加热蒸汽经济性措施;蒸发设备。
(七)蒸馏 16学时
1. 了解工业生产过程中的精馏操作;蒸馏操作的目的、原理及实施方法;蒸馏操作的经济性。
2. 掌握双组分溶液的汽液相平衡;相律应用和自由度分析;理想溶液的汽液相平衡;Raoult定律;泡点、露点计算;相对挥发度;了解非理想物系的活度系数计算。
3. 了解简单蒸馏和平衡蒸馏。
4. 掌握精馏过程原理;汽液传质设备;理论板和板效率;精馏过程数学描述;物料衡算与热量衡算;加料热状态;恒摩尔流简化假设;精馏过程计算方法。
5. 掌握双组分精馏的设计型计算;精馏设计型计算的命题;操作线方程;进料热状态对精馏操作的影响;理论板数的逐板计算法;理论板数的简捷计算法;用图解法分析精馏过程;全回流和最少理论板数;最小回流比;进料位置和回流比的选择。
6. 掌握双组分精馏的操作型问题讨论;精馏操作型问题的命题;分离能力和物料衡算对精馏操作的制约和调节。
7. 了解间歇精馏过程的特点及应用场合;掌握恒沸精馏和萃取精馏的基本概念;了解特殊精馏过程的特点及应用场合;掌握多组分精馏轻、重关键组分和清晰、非清晰分割等基本概念。
8. 掌握板式塔的结构性能和设计计算。
(八)吸收 14学时
1. 了解工业生产过程中的吸收过程;气体吸收的目的、原理及实施方法;吸收过程的经济性与吸收剂的选择原则。
2. 掌握传质基本机理;扩散与单相传质;分子扩散与Fick定律;扩散系数;等分子反向扩散、单向扩散概念;对流传质与传质分系数。
3. 掌握相际传质速率方程;传质分系数和总系数的关系;传质推动力与传质系数的关系;溶解度对两相传质阻力分配的影响;相际传质双膜模型。
4. 掌握气液相平衡;Henry定律;温度、总压对平衡的影响;相平衡与吸收过程的关系。
5. 掌握低浓度气体的吸收与计算;吸收过程数学描述;低浓度气体吸收的假定;物料衡算及操作线方程的含义; 传质单元高度HOG;传质单元数NOG;对数平均推动力法和吸收因数法。
6. 掌握吸收过程设计;吸收过程设计中参数的选择;指定分离要求下的最小液气比;返混对过程的影响。
7. 掌握吸收操作 操作型问题的命题和解法;影响吸收结果的操作因素分析。
8. 了解低浓度气体的吸收与计算、化学吸收与计算;多组分吸收过程;解吸操作。
9. 掌握填料塔的结构性能和设计计算。
(九)萃取 3学时
1. 了解液液萃取的工业实例;萃取的目的、原理和实施方法。
2. 掌握液—液平衡关系;三角形相图;物料衡算与杠杆定律;部分互溶物系的相平衡;分配系数与选择性系数。
3. 掌握萃取过程的计算;单级萃取;多级错流萃取;多级逆流萃取的解析计算方法;部分互溶物系的萃取计算;完全不互溶物系的萃取计算;溶剂的选择。
4. 了解其它萃取方法及萃取设备的工作原理;超临界萃取的原理、实施方法及工业实例。
(十)干燥 8学时
1. 了解化工产品干燥实例;固体干燥的目的、原理及实施方法。
2. 掌握湿空气的状态参数及其计算;湿度图及其应用;水分在气固两相间的平衡;恒定气流条件下物料的干燥速率及临界含水量。
3. 掌握干燥过程计算;间歇干燥过程的干燥时间;连续干燥过程的特点;物料衡算、热量衡算及热效率;干燥速率和干燥时间。
4. 了解常用干燥器的类型、性能、结构。
(十一)膜分离和吸附分离过程 1学时
1. 掌握膜分离和吸附分离定义、分类。
2. 了解膜分离和吸附分离过程的过程原理与应用情况。
三、课程的其它教学环节
化工原理(A)课程包括课堂教学、课程设计和实验教学三个环节。其中课程设计和实验教学分别另有独立教学大纲。
四、说明
本课程的先修课程为:《高等数学》、《工程数学》、《物理学》、《物理化学》等,本课程的后续课程为《化工单元过程与设备课程设计》、《化工原理实验》。
五、课程使用的教材和主要参考书
使用教材:《化工原理》(上、下)大连理工大学化工原理教研室 高等教育出版社(2002年)
主要参考书:1.陈敏恒、从德滋、方图南等编《化工原理》上、下册(第二版),北京:化学工业出版社,1999.6
2.天津大学化工原理教研室编《化工原理》上、下册(第二版),天津:天津科技出版社,1996.
求化工原理各年的考研真题，有的童鞋分享一下，谢谢了、、、、、、、、、、、、 |
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