化学化工学院《化学工程基础》教学大纲

一、流体静力学1、流体的密度和比容2、流体的压强3、流体静力学的基本方程4、流体静力学的应用实例二、流体流动过程的物料衡算1、流量与流速2、动力粘度3、流体流动的类型、雷诺准数、滞流和湍流4、流体稳定流动时的连续性方程三、流体流动过程的能量守恒与转化1、流体流动过程的能量和能量守恒与转化2、用压头表示的能量守恒与转化3、应用流体动力学方程的注意事项4、流体流动过程能量守恒与转化的实例四、实际流体流动时的阻力1、管路的沿程阻力2、管件、阀门的局部阻力3、管路阻力计算的应用*4、球形颗粒在流体中运动时的阻力五、流体输送设备1、离心泵和离心压缩机2、其它常用流体输送设备简介。  
化学化工学院《化学工程基础》教学大纲
 
说       明
化学工程基础是师范化学专业的一门紧密联系化工生产实际的课程。开设之目的是对学生进行化学工程学的教育,使学生了解化工生产中的基础知识,理解工艺原理,加强对其它化学课程所学有关知识和实验操作原理的理解和应用,了解从化学到化工生产所涉及的某些问题和解决问题的途径及运用技术经济观点综合处理问题的方法,从而达到提高综合分析和解决问题的能力,为学生在今后的教学工作中正确地联系化工生产实际打下初步的基础。
实验是本课程的重要组成部分,其目的在于使学生获得一定的感性知识和一定的实验操作、数据处理方面的训练,从而使所学有关化工基本概念、基本规律等得到验证、巩固和加强。
化工生产见习是本课程必不可少的组成部分。其目的在于通过直接接触生产实际增加感性知识、验证和巩固所学知识,扩大知识面,了解化学在国民经济中的重要作用以及培养学生的组织纪律性。
通过本课程的学习使学生初步掌握传递过程、典型反应器的基本概念、基本理论并了解其应用和有关化工过程的基本计算方法;了解典型化工设备的主要性能及其操作原理;熟悉基本化学工业中某些工艺中上具有典型性的产品的生产过程,在化学热力学、动力学、化学工程基本原理的基础上理解工艺原理,并了解运用技术观点分析最佳工艺条件选择反应器,确定原则工艺流程的方法等;具有描绘工艺过程和绘制简明流程示意图的初步能力。
本课程以物理、物理化学为基础,应安排在这些课程之后开设。为培养技能和加强实践性,在教学中应充分运用习题课、课堂讨论、现场教学等形式和模型、图表、电化教学、演示实验等手段,并应切实抓好化工生产见习。
四年制本年师院本课程总学时为90学时,外加化工生产见习两周,其中讲授部分为54学时,实验部分为36学时,在学时分配上留有余地,供根据条件增讲地方化工工业内容。三年制专科课程总学时为72学时,讲授内容可作适当删减。大纲中打“*”号部分对专科学生不讲授。
本大纲推荐14个实验,本科至少安排6个,专科至少安排4个。
 
讲授内容大纲
 
绪论(2学时)
 
一、 化学工程的研究对象及任务
二、 化学工程学的发展
三、 化学工程基础的教学目的
四、 物理量的单位制
 
三传一反部分(40学时)
第一章   流体动力过程(10学时)
 
   本章要求掌握流体流动的基本原理和规律,掌握流体流动的物料衡算,能量转换及流体阻力等运算,了解有关设备的性能和它所依据的理论。
一、 流体静力学
1、 流体的密度和比容
2、 流体的压强
3、 流体静力学的基本方程
4、 流体静力学的应用实例
二、 流体流动过程的物料衡算
1、 流量与流速
2、 动力粘度
3、 流体流动的类型、雷诺准数、滞流和湍流
4、 流体稳定流动时的连续性方程
三、 流体流动过程的能量守恒与转化
1、 流体流动过程的能量和能量守恒与转化
2、 用压头表示的能量守恒与转化
3、 应用流体动力学方程的注意事项
4、 流体流动过程能量守恒与转化的实例
四、 实际流体流动时的阻力
1、 管路的沿程阻力
2、 管件、阀门的局部阻力
3、 管路阻力计算的应用
*4、球形颗粒在流体中运动时的阻力
五、 流体输送设备
1、 离心泵和离心压缩机
2、 其它常用流体输送设备简介
 
第二章    传热过程(8学时)
 
   本章要求掌握传导传热和对流传热、辐射传热的原理,传热方程和传热强化途径,典型换热器计算的基本方法,了解重要类型换热器的性能和构造。
一、 传导传热
1、 传导传热
2、 平面壁的稳定热传导
3、 圆筒壁的稳定热传导
二、 对流传热
1、 对流给热
*2、用因次分析法求无相变时流体的给热系数
*3、圆管内流体在湍流条件下的给热系数
*三、辐射传热
四、热交换器的计算
1、传热速率与传热系数
      平面壁、圆筒壁的总传热速率方程式
2、 传热的平均温度差
3、 传热过程的计算举例
五、 热交换设备
六、 热交换过程的强化途径
 
第三章    传质过程
 
第Ⅰ部分,气——液相传质过程的机理与设备简介(4学时)
   本部分要求掌握气——液相传质过程的机理双膜理论及其他有关理论。了解传质设备的性能、结构。
一、气一液相传质过程的机理
1、单相物质的扩散
      分子扩散
      对流扩散
      单相传质方程式及单相传质系数
2、相间传质
双膜理论及其他有关理论
二、 传质设备
第Ⅱ部分 吸收(6学时)
   本部分要求掌握、吸收原理和装置流程、吸收气液平衡关系,吸收传质速率方程吸收过程的物料衡算及操作线方程式,吸收设备的计算。了解吸收设备的性能,学会有关吸收计算的基本方法。
一、吸收原理和装置流程
二、 吸收的气液平衡关系
三、 吸收传质速率方程式
四、 吸收过程的物料衡算及操作线方程式
五、 吸收设备的计算
*六、多组分吸收的处理方法简介
*七、化学吸收
第Ⅲ部分 精馏(6学时)
   本部分要求掌握精馏原理,精馏过程的物料衡算,理论塔板数的求法,最宜实际回流比的确定,实际塔板效率和实际塔板数,了解精馏设备的计算和设备性能。
一、精馏原理和流程装置
二、气——液相平衡
三、精馏过程的物料衡算
1、全塔的物料衡算
2、操作线方程
3、操作线方程在Y-X相图上的表示
4、回流比
四、理论塔板和理论塔板数
1、理论塔板的概念
   2、逐板计算法求理论塔板数
3、图解法求理论塔数
五、最宜实际回流比的确定
六、 实际塔板的效率和实际塔板数
七、 简单蒸馏和间歇精馏
*八、特殊精馏简介
*九、塔高、塔径和塔板压力降的计算
(第Ⅱ部分吸收、第Ⅲ部分精馏任选一部分讲授)
 
第四章         化学反应工程学—反应器基本原理(10学时)
 
   本章要求掌握基本反应器的特征、类型及其选择,典型反应器的计算,熟悉反应速率,转化率和反应体积的关系。
一、反应器的类型及其选择
二、物料在反应器内的流动模型
三、物料在反应器内的停留时间分布
*四、流动体系的动力学模型
五、 典型反应器的计算
1、间歇操作的理想搅拌釜的计算
   2、活塞流管式反应器的计算
3、连续操作的理想搅拌釜的计算
4、多釜串联的计算
六、 气固相固定床催化反应器
七、 流化床反应器
*八、反应器的稳定性
*九、反应器放大过程简介
 
典型工艺分析部分(14学时)
 
第一章          H2SO4工业(4学时)
本章要求掌握二氧化硫催化氧化的原理,并在此基础上分析H2SO4生产的最佳工艺条件和生产流程,了解运用技术经济观点对一般化学生产工艺进行分析的基本方法。
一、概述
1、重要性及发展动态
2、H2SO4原料
3、原则流程
二、二氧化硫炉气的生产及净制
1、焙烧原理
2、 烧炉
3、二氧化碳炉气的除尘及主要设备
三、二氧化碳的催化转化
1、化学平衡及平衡转化率
2、反应机理及反应速率
3、主要设备及生产流程
四、三氧化硫生成H2SO4
1、吸收成酸
吸收平衡及操作控制条件、吸收器简介
2、冷凝成酸
五、生产全流程
1、水洗流程
2、其它流程简介
六、 生产中的若干技术经济问题
1、 技术经济指标
2、 物料衡算与能量衡算
3、 热能的综合利用
4、 环境保护
 
第二章 合成氨工业(6学时)
 
   本章要求在掌握氨的合成的热力学和动力学基础上、学习运用技术经济观点,分析氨合成的最佳工艺条件,合成塔结构,确定合成流程和原料生产路线的方法。对比和评价几种合成氨的全流程,了解合成氨工业的发展动态。
一、 概述
合成氨在国民经济中的地位和发展动态
二、氨合成的物理化学基础
1、 反应热与平衡常数
2、 平衡时氨的浓度
3、 气固催化反应动力学过程、催化剂
4、 合成塔结构
三、氨的产生
1、 原料气的生产
2、 变换和净化
3、 氨的合成
4、 生产总流程
四、技术经济分析
1、 生产规模大型化、单系列
2、 热量综合利用
五、氨加工简介
 
 第三章 石油化学工业(4学时)
本章要求了解原油特性和石油化工生产体系。根据多组分复杂反应的特点,运用经济技术观点分析石油化工某些主要加工方法的工艺条件,反应器和生产流程。了解石油化工中的一些新技术、新工艺及节省能源、保护环境等方面的一些重要措施。
一、概述
1、 石油化工在国民经济中的作用
2、 原油
3、 生产体系
二、炼制
1、炼制方案
2、常减压蒸馏
3、催化裂化
三、裂解与深冷分离
1、裂解反应
2、最佳工艺条件
3、裂解炉和裂解流程
*4、深冷分离
四、重态与萃取分离
1、重态反应
2、催化剂与最佳工艺条件
3、重态流程
*4、萃取原理、设备及流程
五、乙烯合成
1、 生产方法简介
2、 氧氯化法
六、石油化工生产中的环保
七、石油化工发展动态
 
推荐可选实验(本科36学时、专科18学时)
1、 流体流动形态——雷诺准数的测定
2、 气体流量的测定和流量计的校正
3、 液体、流量的测定和流量计的校正
4、 管路阻力的测定
5、 离心泵示性曲线的测定
6、 液——液热交换总传热系数的测定
7、 蒸汽——空气传热系数的测定
8、 蒸汽冷凝时传热系数和给热系数的测定
9、 精馏柱和填料性能评比试验
10、部分回流时精馏柱分离能力的测定
11、筛板精馏塔的操作与塔板效率的测定
12、停留时间分布的测定
13、间歇搅拌釜式反应器流动特性试验
14、多釜串联反应器热模试验
 参考书
1、 上海师院、福建师大《化工基础》、人民教育出版社
2、 上海化工学院《基础化学工程》、上海科技出版社
3、 河北师大《化学工艺学》高等教育出版社
4、 姜圣阶《合成氨工学》石油化工出版社
5、 《冶炼烟气制H2SO4》冶金工业出版社
6、 《石油化工工艺》上海科技出版社
7、 《化学工程基础》,北京大学化学系,高等教育出版社