《化工原理（上册）》教学大纲

（学分 3 ，学时 48  ）

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（上册）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                                                       14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                                                                                   8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                               7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                                                            15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。

三、课程的其它教学环节

化工原理（上册）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：都建、王瑶 主编《化工原理》（第三版）（上）.高等教育出版社，2015