《化工基础》教案解析

《化工基础》第一章绪论•学习导言•第一节化学工业及其发展•第二节课程的性质和内容•第三节化工生产中的几个基本概念•第四节学习本课程的任务和方法•第五节单位制及单位换算•本章小结转入主题内容第一章学习目标•掌握本课程所学的内容•掌握本课程的学习任务及方法•掌握单位及其换算方法•了解化学工业及其发展•了解物料、热量衡算等基本概念返回本章首页第一节化学工业及其发展•化学工业：为一行业，生产品种多样（基本、精细、医药化工等）•化学工程——一门学科•化学工艺——一工艺技术•化工产品生产过程一般由以下步骤组成：原料前处理—化学反应—（产品）后处理单元操作——生产的核心——单元操作思考与提问•谈谈在你以前学习与生活的印象中，你对化工的一些基本认识情况？•化学工业的发展概况？返回本节第二节课程的性质和内容•一、本课程的研究对象1、单元操作：化工生产过程中，普遍采用的、遵循共同的物理学定律、所用设备相似的基本操作。图1—1、1—2以及表1—1的认识与掌握；如：流体输送、传热。返回本章图1—1高压法生产聚乙烯方块流程图返回本节化工单元操作在化工生产中的应用化工车间化工中控室仪表柜化工企业实物现场图化工企业管路网图化工企业外貌图图1—2尿素生产方块流程图返回本节表1－1（1）常用的单元操作单元操作目的物态依据传递过程流体输送输送、提高能量液体、气体输入机械能动量传递搅拌混合、分散气—液、液—液、固—液过滤非均相物系分离液—固、气—固流体与固体粒子间作相对运动沉降非均相物系分离液—固、气—固续下表表1－1（2）常用的单元操作单元操作目的物态依据传递过程传热加热、冷却、冷凝、保温液体、气体利用温度差别热量传递蒸发不挥发溶质的分离液体供热使溶剂汽化体结晶晶形物质液—固过饱和度续下表表1－1（3）常用的单元操作单元操作目的物态依据传递过程气体吸收气体均相物系分离气—液气—液气体各组分溶解度的差异物质传递液液萃取液体均相物系分离液—液各组分溶解度的差异液体蒸馏液体均相物系分离液—气液体中各组分之间的挥发性差异干燥去湿固—气供热使湿物料中的湿分汽化热、质接上表返回本节•2、单元反应过程:化学反应过程是化工生产过程的核心，如：氧化、硝化等。•3、本课程的研究对象：单元操作的基本原理和设备；化学反应器；化学工艺学。接上表思考与提问•化工过程的研究对象是什么？•本课程的重点研究对象又是什么？返回本节二、本课程的性质、内容、任务•1、性质：专业技术基础课。•2、内容：“三传一反”及化学工艺学。•3、任务：①掌握常见单元操作的基本原理及计算。②掌握典型设备构造、性能、设计或选用。③寻求“最佳”“最适宜”的操作条件，探索强化过程的方向和改进设备潜能的途径。④掌握典型的化工产品的工艺过程。第三节化工生产过程中的几个基本概念•各种单元操作的操作原理及设备的计算都是以物料衡算、能量衡算、相平衡关系及过程速率四个基本概念为基础的。返回本章了解本课程常用基本概念（1）•物料衡算：稳定操作时：带进＝带出•能量衡算：∑Q1==∑Q0+QL——热量利用和热量损失•平衡关系：表示过程的方向和极限程度。如热平衡、相平衡、溶解平衡等。返回本章第三节化工生产过程中的几个基本概念了解本课程常用基本概念（2）•过程速率：表示过程进行的快慢速度。在生产中速率较重要，反映经济效益。本课程中：过程速率==过程推动力/过程阻力返回本章思考与提问•本课程的主要任务是什么？•本课程的一些基本概念及其用途是什么？返回本节第四节学习本课程的任务及方法•一、学习方法1、五个环节：①理论课的学习——课前要求能自觉预习，上课主动举手回答问题，大胆提问。②作作业（习题）——基本原理的消化，要求画出示意图；大型作业要求人人能参与，个个出主意。③实验（包括仿真实验）——理解、验证理论，实际操作技能的训练；实验过程能准时到达实验室、带好实验指导书、记录本及作好详细记录。第三节化工生产过程中的几个基本概念④课程设计——知识的综合运用能力。⑤工厂实际锻炼（实习）——通过实习把所学的理论运用到实际生产中去解决生产实际问题。•2、三个方面：①树立工程技术观念：理论正确，技术可行，操作安全，经济合理。②理解和掌握基本理论及。③熟悉典型工艺及其工程计算方法。返回本章第三节化工生产过程中的几个基本概念•各种单元操作的操作原理及设备的计算都是以物料衡算、能量衡算、化学平衡关系及过程速率四个基本概念为基础的。返回本章二、学习要求《化工基础》成绩评定办法表（1）项目比例说明作业及笔记5％作业是对学生所学内容的掌握情况的检查，以及对学习态度进行了解；笔记是对学生平时听课的认真程度进行检查。中期考试5％检查学生前半期的学习情况，为后半期的教学工作改进打下基础。平时考核20％包括主动提问（5分左右）、自动举手抢答问题（1～3分）、老师提问（0～2分）、考勤情况（5分左右）、上课纪录（10分左右）、大型作业讨论及完成情况（15分左右）等奖励与惩罚分，所有学生以5分为平均分，其总值在0～20分取值。《化工基础》成绩评定办法表（2）项目比例说明实验及其考核40％平时实验占30分，考核实验占10分；实验包括两大部分：一部分是现场实验（20分），另一部分是仿真实验（10分）；实验过程包括实验理论课——实验预习（预习报告）——实验过程记录——实验操作要点检查——实验报告，四个组成部分；实验期间要进行考勤（0～3分）、检查纪录（0～1分）、实验指导书（0.5分）、实验记录本（0.5分）及实验记录（1分）情况。期末考试30％检查学生的整体学习效果以对学生进行全面评价。合计100％•2、课堂要求：认真听讲、不讲话、不打闹、不看与本课程无关的书籍，总之不干与本课程无关的一切事。•3、作业要求：按时交作业、不抄袭、不懂就问、每题尽量画出示意图。•4、实验要求：按要求完成所有现场及仿真实验。第五节单位制及单位换算•1、国际单位制：7个基本单位，2个辅助单位•2、法定计量单位：A、国际单位制单位。B、国际单位制单位的导出单位。C、选定的其他单位。•3、单位统一：A、本课程涉及的物理量及公式较多，多种单位并存，在计算过程中一定注意单位的统一，即统一到SI制上。B、学会单位的换算方法，难点是换算系数的记忆。C、本教材中压力和粘度的单位换算是最容易出错的，需特别注意。思考与提问•1、我们这门课程要求统一到什么单位制上来？•2、我们在本课学习过程中有哪几个单位换算较难？返回本节总结与作业•本次课小结：1.掌握单元操作等基本概念。2.了解化工基础的主要学习方法。3.建立学习工程学科的学习思维方法。4.熟练掌握单位及其换算。•作业：1.复习题22.练习题1、4。返回本节第二章学习目标•掌握流体连续稳定流动时的计算方法——伯努利方程式的应用。•掌握流体流动阻力的计算及其应用。•了解流体静力学基本方程在测量压力及流量方面的运用。•了解化工管路的构成情况。•了解流量测量的有关仪器及其测定方法。•了解流体输送机械。返回本章首页第二章流体流动与输送机械第一节流体的基本性质•一、流体的密度1、密度：[Kg/m3]2、相关的几种表示方法：A、流体的比容：B、相对密度（比重）：。C、重度3、气体与液体的主要差别：气体具有可压缩性，其密度远小于液体。A：液体混合物的密度：B：气体混合物的密度：①、②、平均分子量：4、密度值一般通过查找（物性数据表或经验公式）来得到Vm1水snWn2W21W1mXXX1mmMTR1000MPm二、流体的粘度μ1、粘度的表示：①绝对粘度（又称动力粘度），②运动粘度，③条件粘度（如：恩氏粘度）2、绝对粘度的单位换算1Pa.s(帕.秒)=10P（泊）=1000cP（厘泊）3、绝对粘度与运动粘度间的关系4、粘度值一般通过查找（物性数据表或经验公式）来得到第二节流体静力学•一、流体静压力及其特性1.流体静压力(了解)2.压力的单位换算1atm=760mmHg=10.33mH2O=1.013×105Pa1kgf/cm2=1at=735mmHg=10mH2O=9.807×104Pa3.流体静压力可以用不同基准来表示：A：以绝对真空为基准：称为绝对压力。B：以当地大气压力为基准：称为表压或真空度。掌握表压、真空度与绝对压力的关系图绝压、表压、真空度之间的关系二、流体静力学基本方程•二、流体静力学基本方程（推导略）1、P2=P1+ρgh它表明了在重力作用下，静止液体内部压力的变化规律即重力液体内任一点的流体静压力等于自表面上的压力加上液体重力与该点淹没深度的乘积。2、流体静力学方程的应用•2、静力学方程的应用①在静止的连通的同一种流体内，等压面为等高面，反之亦然。②当液面上方的压力P0有变化时，液体内部各点压力也发生同样大小的改变。③说明压力可以用液柱高度表示，但必须注明为何种液体。】【mhgP-P12三、流体静力学基本方程的应用举例•1、液柱式压力（压差）计——U型管压力（压差）计，见图2—2～2—3U形管压强计构造：U形管、指示液、读数标尺。指示液：着色水、油、CCl4及Hg。测压差的原理：PA—PB=（ρ指—ρ被测）Rg≈ρ指Rg（对于气体）U型管压力（压差）计(1)U型管压力（压差）计(2)认识工厂使用的压力表2、液位的测量•2、液位的测量：在化工生产中为了解决各种贮槽，计量槽等容器内物料贮存量或需要控制设备内的液面，都要使用液面计进行液位的测量，见图2—5。H=R3、液封高度的计算及应用•3、液封高度的计算及应用，见图2—7。作用：防止泄漏、倒流或有毒气体的逸出，又称水封或安全水封。gPh表4、远程测量•若容器离控制室较远或埋在地面以下，测量其液位可采用图2—6进行测量。液RhHg流体静力学方程式总结与作业•流体静力学方程式总结1.掌握静力学方程的应用2.掌握U型管压力计的使用3.了解液位的测量及液封高度的计算4.掌握压力间的单位换算•作业：复习题5、6、10。返回本节习题课（分组完成的大型作业）•1、首先分组（课前进行），大致7～8人一组，每组同学围成一圈进行讨论式的学习。（5分钟）•2、由学生自己对本组人员进行分工——查阅资料、出注意、记录、制图、计算及整理完善形成文件。（大略1学时左右）•3、在完成此作业过程中，老师应对学生的完成情况进行辅导与适当的检查，尤其是每组中参与不积极的同学进行抽查。习题课(2)•4、题目：①、以自定为主；还可参考以下的。②、制作一个农村村民家用的沼气池用的压力表，材料：软皮管、玻璃管等。③、制作一工厂用的湿式低压气柜，材料：自选为主，参考用金属钟罩、建筑砖、各种管子及阀门等材料。•5、每组对制作结果展示于黑板上，并作适当的说明——尤其是制作的结果在使用过程中的优缺点。（大略1学时）•6、由学生代表每组评定出相应的成绩。•本此课小结：按以下顺序进行：分组——分工——辅导——抽查——展示——评定——奖励第三节流体连续稳定流动时的衡算•（一）、流量1、定义：略（质量或体积）2、质量流量（w）与体积流量（V）关系：w==Vρ•（二）、流速1、定义：略。（u：m/s）2、流量与流速的关系：V==uAw==uAρ工业生产中常用流体适宜的流速范围：参见下页。流量与流速的关系1流量与流速的关系（圆形），2流速与质量流速的关系3园型管道的直径计算式24dVSVuuAVWGuVd4工业生产中常用流体适宜的流速范围(思考：这些数据怎样得到的？有何用处？)流体的类别及情况流速（m/s）范围自来水（3×105Pa左右）1～1.5水及低粘度液体(1×105～1×106Pa)1.5～3.0高粘度液体0.5～1.0工业供水（8×105Pa以下）1.5～3.0饱和供水（8×105Pa以下）＞3.0蛇管、螺旋管内冷却水＜1.0过热蒸气30～50一般气体（常压）10～20高压空气15～25低压空气12～15二、稳定流动与不稳定流动（1）图2—8稳定与不稳定流动典型流程图（找出a图与b图的差别？了解两图的流动现象？）进入下页讲解二、稳定流动与不稳定流动（2）•1、如图2—8：在流体