《化工原理》教学大纲 
总学时：144 学分：9 
适用专业：化学工程与工艺 
开课学期：5、6
 教 材：《化工原理》 天津大学 
一、 课程的性质与任务 
     本课程是化学工程与工艺专业的一门技术基础课书，属工程学科，具有工程性和应用性。 
     本课程的任务，是使学生掌握化工流体力学、传热学及传质过程等单元操作的基本概念、基本理论和基本规律；掌握分析计算方法，并能进行过程的选择、设备工艺尺寸的计算及设备的选型计算；掌握强化过程的途径，培养学生分析、解决工程实际问题能力。同时使学生得到一定的实验技能的训练，为学习专业课打好基础。 
二、 课程的基本要求 
学习本课程必备的前修课程为: 高等数学、物理化学 
学生学完本门课程之后，应达到以下基本要求： 
1．掌握流体平衡和运动的基本规律，并用其进行化工过程的流体计算。 
2．掌握流体输送机械的工作原理、结构、主要性能参数及选型。 
3．掌握非均相物系操作（机械分离、固体流态化）的原理及主要设备的结构性能。 
4．掌握传热过程的基本原理，影响传热速率的因素、控制传热速率的规律、强化 （或削弱）热量传递的途径及传热设备的选型计算。 
5．掌握传质单元操作（蒸馏、吸收、萃取、干燥等）所遵循的基本规律，能熟练地应用相平衡、物料平衡和能量平衡对各传质单元操作进行分析计算。 
6．掌握传质设备设计的基本方法。了解工程上解决复杂问题的方法，如简化模型法、类比分析法、当量法、因次分析法等；能正确使用工程计算图表。 
三、 教学内容、要求及学时分配 
                                  绪论 
    《化工原理》课程的性质、研究对象、任务与基本内容；本课程的特点及学习方法；因次、单位制和单位换算；物料衡算与能量衡算。 
                             第一章 流体流动 
基本要求： 
1．了解流体的主要物性（密度、粘度）的定义、物理意义、影响因素及确定方法； 
2．掌握流体静止平衡和运动的基本规律，正确理解连续性、定态与非定态流动、两种流动类型及其判别、边界层概念； 
3．掌握流体静力学方程式、连续性方程式和柏努利方程式的内容及其应用，流体适宜流速的选择及管路直径的确定； 
4．掌握流体在管路中流动时流动阻力的产生原因、影响因素及计算方法； 
5．了解简单管路和复杂管路的特点，了解两种不同情况--设计型和操作型管路的计算方法；
6．掌握管路中流体的压力、流速和流量的测定原理及方法，各种流量计的测量原理、结构和性能。 
   教学内容： 
      1．流体性质及作用在流体上的力 连续介质的概念；流体的密度；流体的可压缩与不可压缩；流体的粘度与牛顿粘性定律；牛顿型流体和非牛顿型流体；作用于流体上的体积力和表面力；理想流体和实际流体。 
      2．流体静力学 流体的静压强及特性；压强表示方法；等压面概念；流体静力学基本方程式；流体静力学基本方程式的应用--压强、压差的测定、液封高度计算等。 
      3．流体动力学 流体的流量和流速；定态与非定态流动；流体流动的物料平衡--连续性方程式；流体流动的能量平衡--柏努利方程式；柏努利方程式的能量意义及应用。 
      4．流体在管内的流动阻力 流体流动类型--层流和湍流；流动类型的判据--雷诺准数；边界层的概念；流体在圆形直管内的流动阻力通式；层流时的速度分布与摩擦系数；湍流时的速度分布与摩擦系数；因次分析与实验相结合的方法；非圆形管内的流动阻力；局部阻力计算的当量长度法和阻力系数法；减少局部阻力的措施。 
     5．管路计算 简单管路的设计型和操作型计算；复杂管路--分支管路和并联路的特点及计算。 
     6．流量测量 测速管、孔板流量计、文秋里流量计、转子流量计等。 
                                 第二章 流体输送设备 
基本要求： 
1．了解流体输送机械在化工生产中的作用； 
2．掌握离心泵的结构、工作原理、主要性能参数、特性曲线及其应用、泵的安装、操作注意事项、泵的选型； 
3．掌握离心泵的流量调节、串并联特征； 
4．了解其它类型的液体输送设备，如往复泵、旋转泵、计量泵等。 
5．了解气体输送设备的工作原理、特点及主要性能参数。 
教学内容： 
液体输送设备 
1．离心泵 离心泵的主要部件、构造和工作原理；简介离心泵的基本方程式；离心泵的主要性能参数和特性曲线；离心泵性能的改变与换算；汽蚀现象与离心泵安装高度；离心泵工作点和流量调节；离心泵的串联和并联操作；离心泵的类型和选择。 
2．其它类型泵：往复泵、旋转泵、计量泵、旋涡泵。 
气体输送和压缩设备 
1．离心式通风机、鼓风机和压缩机； 
2．旋转鼓风机、压缩机； 
3．往复式压缩机； 
4．真空泵。 
                           第三章 非均相物系的分离 
基本要求： 
1．了解非均相物系的性质、分离目的及分离方法； 
2．掌握重力沉降和离心沉降的基本原理、沉降速度的定义、意义、计算方法和应用； 
3．掌握降尘室、沉降槽处理能力的数学描述以及旋风分离器的主要性能； 
4．掌握过滤操作的基本概念、过滤基本方程式及恒压恒速过滤方程式；了解过滤常数的测定方法； 
5．掌握过滤设备的结构、特点及生产能力的计算； 
6．了解气体净化的其它方法、特点及应用。 
教学内容： 
1．重力沉降 球形颗粒自由沉降速度方程式；颗粒沉降阻力系数与雷诺数的关系式和关系曲线；不同流动类型下的沉降速度方程式；非球形颗粒的沉降速度；沉降速度的应用；降尘室的生产能力；沉聚过程；沉降槽的构造、操作与计算。 
2．离心沉降 离心力作用下的沉降速度；旋风分离器的结构、操作原理；旋风分离器的性能、型式与选用。 
3．过滤 过滤操作的基本概念；过滤基本方程式；恒压过滤；恒速过滤与先恒压后恒速的过滤；过滤常数的测定；过滤设备的结构、操作过程及生产能力的计算。 
                            第四章 固体流态化 
基本要求： 
1．了解流态化技术在化工生产中的应用。 
2．掌握流化现象、流化形式及流化床的特征、操作范围和影响流化质量的因素。 
3．了解气力输送的基本过程、流动特点及稀相输送计算。 
教学内容： 
1．固体流态化 固体流态化的基本概念；流化床的特征；流化床的不正常现象；流化床的操作范围；影响流化质量的因素；流化床的浓相区高度与分离高度。 
2．气力输送 气力输送的基本概念；气力输送的流动特征；稀相输送的计算。 
                            第五章 传热 
基本要求： 
1．掌握热量传递的三种基本方式及特点、传热过程所遵循的基本规律及传热过程分析计算的基本方法； 
2．掌握热传导中的傅立叶定律、平壁和圆筒壁的导热速率方程式及热传导计算； 
3．掌握对流传热的基本原理及影响对流传热的因素；掌握牛顿冷却定律、对流传热系数的物理意义及经验关联式的建立、使用方法和条件； 
4．掌握传热过程的计算，传热速率方程式、传热量、平均温度差、总传热系数的计算；传热操作型问题的分析方法与计算； 了解强化传热过程的途径； 
5．了解强化传热过程的途径； 
6．掌握列管式换热器的选型计算； 
7．了解新型换热器的类型及结构； 
8．掌握热辐射的基本定律、辐射传热计算。 
教学内容： 
1．概述传热在石油加工及化工工业上的应用；传热的基本方程式。 
2．热传导 热传导的基本概念；傅立叶定律；导热系数；平壁的热传导；圆筒壁的热传导；接触热阻；保温层临界直径。 
3．对流传热 对流传热分析；对流传热速率方程式--牛顿冷却定律；热边界层；对流传热系数及影响因素；因次分析方法；对流传热系数的准数关联式--无相变时的对流传热系数、有相变时的对流传热系数及传热过程的影响因素。 
4．传热计算 能量衡算；总传热速率方程式；平均传热温差的计算；总传热系数的计算；传热单元数法；传热过程操作型问题分析与计算。 
5．辐射传热 热辐射基本概念和定律；两固体间的辐射传热速率方程式；对流和辐射的联合传热。 
6．换热器 换热器的类型和特征；列管式换热器的基本型式和设计计算；强化传热过程的途径。 
                                第六章 蒸发 
基本要求： 
1．了解蒸发操作的过程、特点、设备结构； 
2．掌握单效蒸发的基本理论、基本计算和蒸发器的生产能力； 
3．掌握多效蒸发的操作流程、计算方法、效数的限制及最佳效数； 
4．了解蒸发器的工艺设计过程及辅助装置。 
教学内容： 
1．概述蒸发操作过程和特点； 
2．蒸发设备 蒸发器类型、结构、操作过程；蒸发器选型的基本原则。 
3．单效蒸发 溶液的沸点和温度差损失；单效蒸发过程的蒸发量、蒸汽消耗量及传热面积计算；蒸发器的生产能力和生产强度。 
4．多效蒸发 多效蒸发流程；多效蒸发过程的总蒸发量与各效蒸发量、蒸汽消耗量、各效传热面积的计算方法；多效蒸发中效数的限制及最佳效数；蒸发器工艺设计简述及辅助装置。
                               第七章 蒸馏 
基本要求： 
1．掌握蒸馏单元操作分离液体混合物的依据、蒸馏过程的分类和流程； 
2．掌握双组分物系的汽液相平衡理论及平衡关系的表达形式； 
3．掌握精馏原理，并能运用该原理分析精馏过程； 
4．掌握精馏过程的物料衡算--操作线方程式； 
5．掌握回流比、进料状态对精馏操作的影响； 
6．掌握精馏塔塔板数计算方法； 
7．掌握精馏操作型问题的分析方法与计算； 
8．掌握多组分精馏的操作过程与计算，了解间歇精馏过程与计算。 
教学内容： 
1．概述 蒸馏操作在化工生产中的应用；蒸馏过程的依据和分类。 
2．双组分溶液的汽液平衡 拉乌尔定律和相律；理想溶液和非理想溶液；双组分理想溶液汽液平衡相图--t-x-y图和x-y图；泡点方程和露点方程；挥发度和相对挥发度；以相对挥发度表示的相平衡方程式。 
3．精馏原理 平衡汽化和平衡冷凝过程；多次部分汽化和多次部分冷凝；精馏塔和精馏操作流程；精馏段和回流的作用；提馏段和再沸器的作用。 
4．双组分连续精馏塔的计算 理论板的概念及衡摩尔流假定；全塔物料衡算；精馏段和提馏段的物料衡算--操作线方程的推导；进料热状况的影响--进料段的物料衡算和热量衡算、q线方程式及不同进料状态下q线的特征；理论塔板数的计算方法--逐板计算法和图解法；回流比的确定及其对理论板数的影响--全回流和最少理论板数、最少回流比、适宜回流比；简捷法求理论板数；直接蒸汽加热和多侧线精馏塔的计算；冷凝器和再沸器的热量衡算；全塔效率与单板效率；塔高和塔径计算；精馏塔操作型问题的分析方法与计算。 
5．间歇精馏 回流比恒定时的间歇精馏；馏出液组成恒定时的间歇精馏。 
6．多组分精馏 多组分精馏流程；多组分体系的相平衡；泡点、露点和平衡汽化计算；关键组分概念；塔顶、塔底产品组成的确定--清晰分割和非清晰分割；最少回流比的确定；理论板数的计算--简捷法和逐板计算法。 
                                 第八章 吸收 
基本要求； 
1．掌握吸收单元操作分离气体混合物的依据、目的；吸收操作过程的分类和流程; 
2．掌握吸收过程的汽液相平衡关系、传质机理和吸收速率方程式； 
3．掌握吸收过程的物料平衡--操作线方程式和吸收剂用量计算； 
4．掌握吸收塔填料层高度的计算； 
5．掌握吸收操作型问题的分析方法与计算 
6．了解板式吸收塔塔板数的确定方法； 
7．了解高浓度气体吸收、非等温吸收和多组分吸收的基本过程。 
教学内容： 
1．概述吸收操作的依据、分类和流程； 
2．吸收过程的相平衡 气体在液体中的溶解度；亨利定律；相平衡曲线；吸收剂的选择。
3．传质机理与吸收速率 分子扩散与菲克定律；气相中的稳定分子扩散--等分子反向扩散和一组分通过另一停滞组分的扩散；液相中的稳定分子扩散；扩散系数；对流传质；两相间的传质机理--双膜理论、溶质渗透理论和表面更新理论；吸收速率方程式--气膜吸收速率方程式、液膜吸收速率方程式、界面浓度、总吸收系数及相应的吸收速率方程式；气膜阻力和液膜阻力；吸收过程的气相控制和液相控制。 
4．吸收塔的计算 填料吸收塔的物料衡算和操作线方程式；吸收剂进口浓度和最高允许浓度；最小液气比；操作液气比和吸收剂用量的确定；填料层高度的计算方法--传质单元、传质单元高度和传质单元数的计算；吸收操作型问题的分析方法与计算；板式吸收塔理论板数的计算。 
5．吸收系数 吸收系数的测定方法；吸收系数的经验公式和准数关联式。 
6．脱吸及其它条件下的吸收 脱吸过程操作线与平衡线的关系；脱吸计算；高浓度气体吸收；非等温吸收。 
                         第九章 蒸馏和吸收塔设备 
基本要求： 
1．掌握板式塔的结构、类型、流体力学性能及浮阀塔板的工艺设计计算方法； 
2．掌握填料塔的结构、填料类型与特性、填料塔的流体力学性能及设计计算方法。 
教学内容： 
1．板式塔 塔板类型与结构特点；塔板水力学性能；塔板的适宜操作区；塔板效率及影响因素；浮阀塔板的工艺设计计算。 
2．填料塔 填料塔的结构、填料性能及类型；填料层的流体力学性能；填料塔的泛点气速、塔径和压强降；填料塔附件。 
                         第十章 萃取 
基本要求； 
1．掌握萃取单元操作分离液体混合物的依据、萃取操作的基本过程； 
2．掌握三元体系的液-液相平衡理论及平衡关系的表达形式； 
3．掌握单级和多级萃取过程的计算，萃取剂的选择及用量的确定； 
4．了解微分接触萃取的基本过程和计算； 
5．掌握萃取设备的结构、液液接触方式和操作特征。 
教学内容： 
1．概述 萃取分离的依据、原理；萃取与蒸馏的比较；萃取过程；萃取操作在工业上的应用。 
2．萃取过程的相平衡 三元体系的液-液相平衡及三角形相图；三角形相图中液-液相平衡关系的表示方法；萃取过程在三角形相图上的表示；萃取剂的选择。 
2．萃取过程的计算 单级萃取过程的计算；多级错流接触萃取的计算；多级逆流萃取的计算；微分接触逆流萃取与带回流的逆流萃取。 
3．萃取设备 萃取设备分类与特点；萃取设备结构与操作过程。 
                             第十一章 干燥 基本要求： 
1．了解干燥操作的分类、基本原理及特点； 
2．掌握湿空气的性质、湿度图及其应用； 
3．掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算； 
4．掌握固体物料的干燥机理、干燥速率及干燥时间的计算； 
5．了解常用干燥器的性能及应用范围。 
教学内容： 
1．概述 除湿方法介绍；干燥过程的分类；干燥过程进行的条件。 
2．湿空气的性能及湿度图 湿空气的性质；湿空气的H-I图及其应用。 
3．干燥过程的计算 干燥过程的物料平衡；干燥过程的热量平衡；空气通过干燥器时的状态变化。 
4．固体物料的干燥 物料中的水分；恒定干燥条件下的干燥速率和干燥时间；变动干燥条件下的干燥时间。 
5．干燥器介绍。 
新技术简介 
1. 膜分离技术 
2. 反应精馏技术 
3. 热泵精馏 
四、 学时分配 
　　　　　　　　　　　　　　　　各章学时分配表