化工原理_中国矿业大学_中国大学MOOC(慕课)

SPOC学校专有课程

化工原理

开课时间： 2024年08月30日 ~ 2024年11月23日

学时安排： 4-6小时每周

当前开课已结束已有 44 人参加

老师已关闭该学期，无法查看

spContent=化工原理课程是中国矿业大学化学工程与工艺、应用化学、过程装备与控制、矿物加工工程、环境工程、生物工程等化工类及相关本科专业的重要专业基础主干课，课程建设得到教育部、江苏省和学校多方面支持，二十余年来连续被评为校级精品课程，并获得江苏省精品课程称号。教学特色显著，教学成果丰富。

化工原理课程是中国矿业大学化学工程与工艺、应用化学、过程装备与控制、矿物加工工程、环境工程、生物工程等化工类及相关本科专业的重要专业基础主干课，课程建设得到教育部、江苏省和学校多方面支持，二十余年来连续被评为校级精品课程，并获得江苏省精品课程称号。教学特色显著，教学成果丰富。

—— 课程团队

课程概述

化工原理课程是化工类各专业的一门重要的技术基础课程，在国内外各高校化工类专业的业务课程学习中都居于首要地位，属于支柱性课程和标志性课程。该课程既有基础理论性，又具有实践性和操作性，是融基础理论与实验实训为一体、学校教育与企业实训为一体的课程，在学生由基础课学习向专业课学习过渡、建立和培养学生的工程观念、培养学生以工程思维方式和方法分析解决工程实际问题的能力等方面具有十分重要的作用。化工原理课程的主要任务是研究化工生产中具有共同规律的各种单元过程的基本原理、典型的设备结构、性能与操作原理；研究单元过程及其典型设备的计算方法；通过各种单元过程的操作因素分析，寻找适宜的操作条件，探索强化过程的方向及改进设备的途径。

通过本课程学习，不仅要使学生牢固地掌握单元过程的基本理论，同时更要培养学生具有从工程技术角度出发，灵活地运用基本理论，分析和解决各种单元过程中的工程技术问题的能力；熟练地进行单元过程和设备的基本计算能力；有一定的实际操作技能和独立工作的能力。课程目标：“以大化工为基础，以煤化工为特色，分层次、分阶段、渐进式培养学生的工程观念、环境意识、经济头脑和创新能力”。

授课目标

通过本课程的学习，学生要掌握各个单元操作的基本原理和计算方法，掌握典型过程设备的工艺计算或选型，学会分析、解决生产过程中常见问题。包括：

1.使学生能够针对蒸馏、吸收、萃取、干燥等典型化工单元操作中的传质传热问题建立相应的相平衡关系、速率关系、物料衡算关系和热量衡算关系等模型，并利用单元操作过程中的相应条件对模型进行求解，获得判别化工问题优化途径的相应知识。

2.培养学生能够依据上述知识从一个复杂化工生产系统中识别和表达出所包含的主要传质单元操作过程，并能够通过分析从中判别出关键的单元操作环节并获取相应的操作参数。

3.培养学生能够根据设计目标对相应的传质单元操作和单元设备进行工艺计算、设备计算和选型，为将来设计和解决生产过程中复杂化工工程问题打下坚实基础。

成绩要求

本课程考核成绩主要由课程考试、单元测验、作业和讨论情况等四部分构成。

课程考试即期末大考，采用闭卷方式，考试内容应能合理地支撑本课程教学目标，即能够考察对蒸馏、吸收、萃取、干燥等单元操作的模型建立与求解能力，识别、表达、理解和分析主要传质单元操作过程的能力，对传质单元设备的结构、性能、计算及选型的能力等。

单元测验主要以选择题的方式，在单元学习完成后，考察同学对相关知识的理解、掌握以及分析解决问题的能力。

作业主要以计算题的形式，考察、巩固和提高同学对相关单元操作知识的理解及掌握水平，并通过所学知识分析和解决实际化工单元操作的计算问题。

讨论题主要来自老师的教学实际，主要考察同学对所学知识的融会贯通能力，促进同学对化工原理知识的“系统性和联系性”把握，从原理出发对各单元操作的相关内容吃透，并联系授课内容体会到“万变不离其宗”的深刻内涵。

作业成绩是在每个单元知识学习过程中，通过完成老师发布的作业题及作业质量来获得；讨论成绩是在单元知识学习过程中，通过对老师发布的讨论题进行讨论的参与度和讨论质量（比如点赞情况）来获得；单元测验是在完成每个单元知识学习后，在规定时间里完成老师发布的测验题及完成质量来获得；课程考试是课程结课后的期末大考试，采用闭卷方式，内容涵盖本课程学习的所有知识点，题型一般包括概念题、问答题和计算题等，通过考试成绩来体现。

总成绩的构成关系为：课程考试60% + 单元测验20% + 作业10% + 讨论10%。

课程大纲

绪论

课时目标：了解化工厂的典型装置和设备特征，了解化工生产过程的基本概念、构成及常用化工单元操作，熟悉分析化工单元操作的基本方法，了解本课程的基本学习要求。

0.1 化工企业简介

0.2 化工生产过程

0.3 常用单元操作

0.4 学习内容与方法

0.5 学习要求

第一章蒸馏

课时目标：熟悉分离过程，均相物系的分离；蒸馏概念，蒸馏分类；掌握双组分溶液的气液平衡：相律，拉乌尔定律；饱和蒸气压法，相对挥发度法；两组分（理想溶液与非理想溶液下）气液平衡图、温度-组成图；了解平衡蒸馏和简单蒸馏：概念，原理，特点，计算；掌握精馏过程，精馏操作原理—多次部分气化和多次部分冷凝；普通精馏塔及操作流程；掌握双组分连续精馏塔的计算：理论板概念与恒摩尔流假定，物料衡算和操作线方程，理论板层数的求法（逐板计算法、梯级图解法和简捷计算法），加料位置、回流比、进料热状况的变化对理论板层数的影响及选择，特殊情况（水蒸气直接加热，多侧线塔）时理论板数的计算；单板效率及实际板数，操作型精馏计算；熟悉连续精馏装置的热量衡算；熟悉间歇精馏，包括回流比恒定变馏出物组成，馏出物组成恒定变回流比；了解特殊精馏，包括恒沸精馏和萃取精馏等。注：适当补充讲授并要求学生掌握塔顶设有分凝器、冷液回流、提馏塔等特殊情况下的操作原理与计算，了解精馏过程的节能途径等。（支撑课程目标1、2、3）

1.0 蒸馏简介（均相与非均相物系、传质过程、蒸馏分类）

1.1 两组分溶液的气液平衡

1.1.1 相律和拉乌尔定律（相平衡、相律、理想溶液与非理想溶液、拉乌尔定律、泡点方程、露点方程、非理想溶液气液平衡）

1.1.2-3 平衡常数和相对挥发度（平衡常数、挥发度、相对挥发度）

1.1.4 理想溶液气液平衡相图（等温相图、等压相图）

1.1.5非理想溶液的气液平衡相图（恒沸液、恒沸点、恒沸组成）

1.2 平衡蒸馏与简单蒸馏

1.2.1 平衡蒸馏（原理、物料衡算、热量衡算、计算产品组成和加热温度）

1.2.2 简单蒸馏（自学）

1.3 精馏原理和流程

1.3.1 精馏原理（多次部分气化和多次部分冷凝）

1.3.2 精馏塔和精馏操作流程（精馏塔、连续精馏、间歇精馏、提馏塔、加热与回流、再沸器、分凝器）

1.4 两组分连续精馏的计算

1.4.1 理论板的概念及恒摩尔流假设（计算内容、理论板、恒摩尔流动）

1.4.2 物料衡算及操作线方程（全塔物料衡算、精馏段物料衡算、提馏段物料衡算、操作线方程、回流比、回收率、采出率）

1.4.3 进料热状况的影响（影响过程、热状况参数q及计算、q的范围、两段蒸汽量和液体量关系）

1.4.4 理论板层数的求法

1.4.4.1 逐板计算法

1.4.4.2 图解法（图解求理论板数、R和q对操作线及理论板数的影响）

1.4.5 几种特殊情况下理论板层数的求法

1.4.5.1 直接蒸汽加热

1.4.5.2 多侧线的塔

1.4.5.3 分凝器、冷液回流与提馏塔

1.4.6 回流比的影响及选择

1.4.6.0 回流比的影响及选择

1.4.6.1 全回流和最少理论板层数

1.4.6.2 最小回流比和适宜回流比

1.4.7 简捷法求理论板层数（吉利兰图）

1.4.8 塔高和塔径的计算（总板效率、单板效率、点效率）

1.4.9 连续精馏的热量衡算（冷凝器、再沸器）

1.4.10 精馏过程的节能途径（减少回流比、降低塔釜温度、热泵精馏、多效精馏、原料预热）

1.5 间歇精馏

1.5.1 回流比恒定时的间歇精馏计算

1.5.2 馏出液组成恒定时的间歇精馏计算

1.6 恒沸精馏和萃取精馏

1.6.1 恒沸精馏

1.6.2 萃取精馏

蒸馏习题课（1）（2）（3）

第二章吸收

课时目标：熟悉吸收的概念、条件、目的与分类；掌握吸收过程的相平衡关系，包括气体在液体中的溶解度，亨利定律；掌握传质机理及吸收速率，包括传质机理--分子扩散与菲克定律，吸收机理--双膜理论、溶质渗透理论和表面更新理论，单相中稳定的分子扩散，扩散系数，对流扩散，吸收系数，传质速率方程式；掌握吸收塔的计算，包括吸收塔的物料衡算及操作线方程，吸收剂用量，填料层高度（传质单元高度-传质单元数法）和理论板层数的计算；熟悉吸收系数的测定方法，了解吸收系数的经验计算式；了解脱吸及其它条件下的吸收。（支撑课程目标1、2、3）

2.0 吸收简介（概念、吸收条件、吸收目的与吸收分类）

2.1 气-液相平衡

2.1.1 气体的溶解度

2.1.2 亨利定律

2.1.3 吸收剂的选择

2.2 传质机理与吸收速率

2.2.1 分子扩散与菲克定律

2.2.2 气相中的稳定分子扩散（等分子反方向扩散、一组分通过另一停滞组分的扩散）

2.2.3 液相中的稳态分子扩散

2.2.4 扩散系数

2.2.5 对流传质

2.2.6 吸收过程的机理（对流传质模型）

2.2.7 吸收速率方程式（膜的方程式与总的方程式）

2.3 吸收塔的计算

2.3.1 吸收塔的物料衡算及操作线方程

2.3.2 吸收剂用量的确定

2.3.3 塔径和填料层高度的计算

2.3.3.1 料层高度的基本计算式

2.3.3.2 传质单元高度和传质单元数

2.3.3.3 传质单元数的求法（逐板计算法、梯级图解法、解析法）

2.3.4 吸收理论板层数的计算

2.4 吸收系数

2.4.1 吸收系数的测定

2.4.2 吸收系数的经验公式

2.4.3 吸收系数的准数关联式

2.5 脱吸

吸收习题课（1）（2）（3）（4）

第三章蒸馏和吸收塔设备

课时目标：熟悉传质设备的分类；掌握板式塔的塔板类型，板式塔流体力学性能，浮阀塔设计，塔板效率（全塔效率、点效率）；掌握填料塔的填料类型，填料塔的流体力学性能；了解填料塔的附件。注：适当补充介绍并要求学生了解目前工业上生产和应用的部分新式塔板与填料。（支撑课程目标2、3）

3.0 塔设备简介

3.1 板式塔

3.1.1-1 塔板类型

3.1.1-2 目前工业上其它类型塔板介绍

3.1.2-1 板式塔的流体力学性能

3.1.2-2 负荷性能图

3.1.3 浮阀塔设计

3.2 填料塔

3.2.1 填料（特性、类型和选择）

3.2.2 填料塔的流体力学性能

3.2.3 填料塔的计算

3.2.3填料塔的附件

第四章液液萃取

课时目标：熟悉萃取操作流程及特点；掌握萃取过程的相图，包括液-液相平衡关系在三角相图上的表示（溶解度曲线、混溶点、共轭线和辅助曲线），分配曲线；掌握萃取剂的选用，包括溶剂的选择性及选择性系数、分配系数，溶剂S与稀释剂B的互溶度，萃取剂的物性及回收难易；掌握萃取过程的计算，包括最大萃取液浓度的求取，单级萃取过程、多级错流和多级逆流萃取过程在三角相图上的表示及计算、最少萃取剂用量；了解液-液萃取设备的主要型式及工作原理。（支撑课程目标1、2、3）

4.1 萃取简介（概念、分类与应用）

4.2 三元体系液-液相平衡与萃取操作原理

4.2.1 组成在三角相图上的表示方法

4.2.2 液-液相平衡关系在三角相图上的表示

4.2.3 萃取剂的选择

4.3 萃取过程的计算

4.3.1 萃取的流程

4.3.2 单级萃取的计算

4.3.3 多级错流接触萃取的流程和计算

4.3.4 多级逆流接触萃取的流程和计算

4.3.5 连续（微分接触）逆流萃取

4.4 液-液萃取设备

萃取习题课（1）（2）（3）（4）（5）

第五章干燥

课时目标：熟悉干燥概念、目的；物料去湿方法；供热干燥分类；掌握湿空气的性质和H-I湿度图；掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算，包括湿物料中含水量的表示法、物料水分的分类，物料衡算、热量衡算，空气通过干燥器时的状态变化，非等焓干燥过程操作线的求取，干燥器的热效率；掌握固体物料干燥过程的平衡关系和速率关系，包括物料的平衡含水量与空气之间关系，干燥曲线和干燥速率曲线，恒定干燥条件下干燥时间的计算；了解干燥设备的主要型式及工作原理。注：适当补充介绍并要求学生了解喷雾干燥器与微波干燥器等相关知识。（支撑课程目标1、2、3）

5.0 物料干燥方法

5.1 湿空气的性质及湿度图

5.1.1 湿空气的性质

5.1.2 湿空气的H-I图

5.2 干燥过程的物料衡算与热量衡算

5.2.1 干燥过程的物料衡算与热量衡算

5.2.2 空气通过干燥器时的状态变化

5.2.3 干燥过程的计算示例（1）

5.2.4 干燥过程的计算示例（2）

5.3 固体物料在干燥过程中的平衡关系与速率关系

5.3.1 物料中的水分

5.3.2 干燥实验和干燥曲线

5.3.3 干燥的工作机理

5.3.4 干燥时间的计算

5.4 干燥器

干燥习题课

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参考资料

1．夏清、贾绍义主编．化工原理（第2版）．天津大学出版社，2012

2．陈敏恒、丛德滋、方图南、齐鸣斋．化工原理（第3版）．化学工业出版社，2014

3．蒋维钧等．化工原理（第3版）．清华大学出版社，2009

4．丁曙光、丁玉、刘建周、秦志宏等．化工原理辅导．中国矿业大学出版社，2007.12

5．课程网站．化工原理．中国矿业大学．网址：https://www.nclass.org/book-show/ flex/book.html?courseNumber=675136

2 位授课老师

秦志宏

教授

肖剑

讲师

秦志宏

肖剑

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