化工基础

　　(课程代码：02058) 

　　湖南省教育考试院组编

2016 年 12 月 

　　第一部分 课程性质与目标

　　一、课程性质与特点

　　化工基础是高等教育自学考试制药科学与工程(本科)专业的专业核心课程， 它以化工生产为研究对象，以理论的应用为重点，研究化工类生产中具有共同特 点的单元操作和化学反应器的基本原理， 具有工程性、应用性和综合性的特点， 是制药科学与工程(教育)专业开设的一门带有工程性质的专业必修课，也是主 要专业基础课程之一。化学工程基础课涉及的知识面广，综合性和实践性强，是 化学专业本科知识结构中必不可少的组成部分，担负着由理及工、由基础到专业 的特殊使命。不仅培养考生的工程观点、 提高考生工程应用能力，而且有助于培 养考生综合运用知识，全面分析问题和解决问题的实际能力，在开发考生智能及 综合能力培养等方面具有重要作用和不可替代的地位。

　　二、课程目标与基本要求

　　化工基础课程主要讲授化学工程学的基础知识，使考生在具有无机、有机、分 析、物化等课程知识的基础上，熟悉化工生产的基本原理和掌握典型设备的基本 知识，了解化工过程开发的主要内容和方法，以及对典型化工产品生产的全过程 有所认识，学到应用技术经济观点综合处理问题的方法，培养考生科学研究、科 技开发、科技管理以及分析和解决一般生产问题的能力;提高考生科技创新和科 技成果产业化的意识和能力。重点学习“三传一反”的基本原理和方法，基本掌 握流动体系的能量转换及流体阻力等运算、传热方程和传热强化途径、典型换热 器计算、精馏中理论塔板数的求法、反应器类型及反应器体积的计算等。同时了 解有关设备的性能和它所依据的理论，了解怎样运用技术经济观点分析和处理实 际问题。

　　三、与本专业其他课程的关系

　　本课程是化工类专业大学本科考生必修的专业技术基础课程，它与制药科学 与工程专业的许多其他课程有着密切的关系。学习本课程之前应具备高等数学、 有机化学、物理、物理化学、工程制图及计算机语言等基础知识，故本课程为上 述基础课的后续课程。为有机化学、无机化学、物理化学等化学专业课方面知识 的实际运用打下坚实的基础。本课程亦为毕业设计打下基础。

　　第二部分 考核内容与考核目标

　　绪 论

　　一、学习目的与要求

　　了解化学工业的形成、发展、分类及其在国民经济中的地位和作用;化工生 产过程的基本特点、生产过程的分析和过程优化;技术经济评价的主要方法和指 标。熟悉化工过程开发步骤、化工过程开发的放大方法;化工过程开发在化学工 业中的作用，化工过程开发的重要概念、 基本步骤和方法。掌握化学工程学学科 的基本情况、化工基础课程的基本内容、主要研究方法和重要概念。

　　二、考核知识点与考核目标

　　(一)化工技术学科的发展(一般)

　　识记：化学工程发展简史

　　理解：化学工业的形成、发展、分类及其在国民经济中的地位和作用 (二)化工基础课的内容和学习目的(一般)

　　识记：三传一反

　　理解：化工基础课的学习目的 (三)化工过程开发(次重点)

　　识记：化工过程开发步骤;概念设计的定义

　　理解：化工过程开发的作用、放大周期与放大程度、技术经济评价的内容 和指标，可行性研究内容、作用和研究报告; 化工过程开发步骤、 化工过程开发的放大方法、技术经济评价方法与经济效益分析

　　第一章 流体的流动及输送

　　一、学习目的与要求

　　了解层流内层与边界层;复杂管路计算要点。熟悉层流与湍流的特征;测速 管、孔板流量计及转子流量计的工作原理、基本结构与计算;往复泵的工作原理 及正位移特性;离心通风机的性能参数、 特性曲线。掌握流体的密度和粘度的定 义、单位及影响因素，压力的定义、表示法及单位换算;流体静力学方程、连续 性方程、柏努利方程及其应用; 流动型态及其判据，雷诺准数的物理意义及计算; 流体在管内流动的机械能损失计算;简单管路的计算;离心泵的工作原理、性能 参数、特性曲线，泵的工作点及流量调节，泵的安装及使用等。

　　二、考核知识点与考核目标

　　(一)流体概述(一般)

　　识记：流体的含义及特性

　　理解：连续介质假设;定态流动与非定态流动 (二)流体静力学(次重点)

　　识记：流体的密度;流体的压强 理解：流体静力学基本方程

　　应用：流体压强的计算、流体静力学基本方程的应用 (三)流体在管内流动的基本方程(重点)

　　识记：流体的流量与流速;流体的常用流速

　　理解：连续性方程、柏努利方程

　　应用：流量、流速的计算，连续性方程、柏努利方程在工程中的应用 (四)流体的流动现象(次重点)

　　识记：牛顿粘性定律;雷诺数;流体的流动类型;边界层及其厚度

　　理解：流体的粘度;层流与湍流的特征;圆管内层流与湍流的平均流速; 边界层分离

　　(五)流体在管内的流动阻力损失(重点)

　　识记：直管阻力和局部阻力的定义;直管层流阻力损失

　　理解：直管阻力损失计算式;湍流阻力损失;阻力系数法与当量长度法 应用：管内流动阻力的计算

　　(六)管路计算(次重点)

　　识记：化工管路的基本知识

　　应用：简单管路、分支管路、并联管路的计算 (七)流速和流量的测量(一般)

　　识记：常用流量测量装置的类型和原理 (八)流体输送机械(次重点)

　　识记：流体输送机械的分类

　　理解：离心泵的工作原理、构造、性能、安装、操作、调节和选择;离心 泵的气缚与气蚀

　　应用：离心泵的功率、效率以及安装高度的计算

　　第二章 热量传递

　　一、学习目的与要求

　　了解常用换热器类型、结构及工作原理;热辐射基本概念及计算;对流与辐 射联合传热。熟悉有相变对流传热过程及影响因素; 复杂流动的平均温度差求算; 列管式换热器的设计要点;传热过程强化措施。掌握热传导、热对流、热辐射的 传热特点;传导传热基本方程式及在平壁和圆筒壁定态热传导过程中的应用;对 流传热基本原理与对流传热系数;总传热过程的计算;管式换热器的结构和传热 计算。

　　二、考核知识点与考核目标

　　(一)概述(一般)

　　识记：传热的基本方式及其特征;冷热流体的接触方式;载热体的选择 (二)热传导(重点)

　　识记：固液气导热系数

　　理解：平壁与圆筒壁热传导;傅里叶定律

　　应用：平壁与圆筒壁热传导的有关计算 (三)对流传热(次重点)

　　识记：不同流体的温度分布;热边界层 理解：对流传热及牛顿冷却定律

　　(四)传热系数经验关联式(一般) 识记：传热系数的影响因素

　　(五)传热过程的计算(重点)

　　识记：传热的基本方式，间壁式换热器传热过程

　　理解：热量衡算;传热系数的含义、变温传热过程的方式和传热基本方程式 应用：变温传热过程的传热平均温度差的计算;传热过程中总传热系数的

　　确定;传热基本方程式的应用

　　(六)换热器(一般)

　　识记：间壁式换热器传热过程;换热器的类型，列管换热器的选型方法 理解：强化传热过程的途径

　　第三章 传质分离过程

　　一、学习目的与要求

　　了解分子扩散系数及影响因素;塔高计算基本方程的推导;其它精馏方式的 特点;精馏过程的强化。熟悉各种形式的传质速率方程、传质系数和传质推动力 的对应关系;各种传质系数间的关系;气膜控制与液膜控制;吸收剂的选择;吸 收塔的操作型分析;解吸的特点及计算; 理论板层数简捷计算法;精馏装置的热 量衡算;平衡蒸馏、简单蒸馏的特点及计算;塔板的主要类型、塔板负荷性能图 的特点及作用。掌握相组成的表示法及换算;气体在液体中溶解度，亨利定律各 种表达式及相互间的关系;相平衡的应用;分子扩散、菲克定律及其在等分子反 向扩散和单向扩散的应用;对流传质概念;双膜理论要点。了解双组分理想物系 的气液相平衡关系及相图表示;精馏原理及精馏过程分析;双组分连续精馏塔的 计算(包括物料衡算、操作线方程、 q 线方程、进料热状况参数 q 的计算、回流比 确定、求算理论板层数等);板式塔的结构及气液流动方式、板式塔非理想流动及 不正常操作现象、全塔效率和单板效率、塔高及塔径计算。掌握吸收的物料衡算、 操作线方程及图示方法;最小液气比概念及吸收剂用量的确定;填料层高度的计 算，传质单元高度与传质单元数的定义、 物理意义，传质单元数的计算(平推动 力法和吸收因数法);吸收塔的设计计算。掌握几种主要膜分离特征， 超滤过程的 原理，渗透速率，截留率，膜分离过程的流程和操作，浓差极化现象，典型的膜 分离器，超滤的应用及主要计算。

　　二、考核知识点与考核目标

　　(一)传质过程的机理及传质设备(次重点)

　　识记：分离过程的分类;菲克定律

　　理解：双膜理论;气液相传质速率方程、传质系数和传质推动力的对应关 系;气液相传质设备

　　(二)液体的精馏(重点)

　　识记：蒸馏操作的分类;

　　理解：理想溶液的气液相平衡关系，气—液平衡相图和相对挥发度;精馏 原理、连续精馏装置流程;理论板的概念，恒摩尔流假设，进料热 状况的影响和操作线方程，回流比的影响及其选择;操作线方程， 物料衡算

　　应用：精馏过程的物料衡算，理论塔板数的确定，最小回流比的计算

　　(三)吸收(次重点)

　　识记：吸收操作的分类;影响平衡关系的主要因素，亨利定律、气液相平 衡与吸收过程的关系

　　理解：吸收中常用的相组成表示法，相内传质、相际传质;填料层高度的 计算，传质单元高度与传质单元数的定义、物理意义，传质单元数 的计算(平推动力法和吸收因数法);传质速率方程、气膜控制和液 膜控制和吸收剂的选择

　　应用：吸收剂最小用量和适宜用量的确定、填料吸收塔直径、填料层高度 的计算及解析塔的有关计算

　　(四)膜分离(一般)

　　识记：几种主要膜分离特征;渗透速率;截留率;典型的膜分离器

　　理解：超滤过程的原理;膜分离过程的流程和操作;浓差极化现象;超滤 的应用及主要计算

　　第四章 化学反应工程的基本原理

　　一、学习目的与要求

　　了解化学反应工程的基本研究方法是数学模型法，数学模型的主要内容及其 相互关系;非理想流动模型的形式及处理问题的方法;非理想流动反应器的基本 概念及表述方法。熟悉均相化学反应动力学的基本概念和建立动力学方程的方法; 简单级数反应、连串反应、平行反应、可逆反应及自催化反应的特性及不同反应 器型式与反应转化率、选择性及收率的关系;停留时间分布的概念及停留时间分 布参数的意义和测定。掌握理想反应器的形式、特点和基本计算;气固相催化反 应本征动力学的概念及动力学模型的建立方法;气固相催化反应宏观动力学的内 容，有效因子的概念及基本计算;气固相催化固定床反应器的模型化方法。

　　二、考核知识点与考核目标

　　(一)概述(一般)

　　识记：本征动力学与宏观动力学;反应器的几种时间概念; 理解：化学反应工程的研究内容;主要反应器的形式、分类及应用场合; 混合与返混

　　(二)化学反应体系的量(次重点)

　　识记：反应进度、转化率、收率及选择性的概念;膨胀因子与体积膨胀率 理解：化学反应速率的定义

　　(三)均相反应器(重点)

　　识记：反应器的设计内容;反应器的设计方法;复合反应的分类及各类反 应的特点

　　理解：理想反应器(间歇反应器、全混流反应器、活塞流反应器) 的结构、 分类和特点;空时、空速的基本概念; 停留时间的概念; 理想反应 器(全混流反应器、活塞流反应器)的并联与串联组合

　　应用：理想反应器(间歇反应器、全混流反应器、活塞流反应器)基本方 程，计算停留时间、有效容积、反应转化率; 一级不可逆反应时多 釜串联全混流反应器的设计计算方法

　　(四)化学反应器中的非理想流动(重点)

　　识记：停留时间的概念;停留时间分布函数 F(τ)、停留时间分布密度 E(τ) 的概念、性质、物理意义及相互关系

　　理解：脉冲法、阶跃法的实验方法及特点;无因次停留时间分布函数与分 布密度表示方法;理想反应器中的停留时间分布;非理想流动模型 (多釜串联模型、轴向扩散模型)

　　应用：用 E(τ)和 F(τ)确定反应器内物料的流况、用方差定性判断反应器内物 料的返混程度和反应器性能

　　(五)气-固相催化反应(次重点)

　　识记：气-固相催化反应进行的基本过程;外部效率因子;内部效率因子

　　理解：气固相催化反应过程的机理;达姆克勒准数(Da)的表达式及物理 意义;外部效率因子与达姆克勒准数的关系; 蒂勒模数;内部效率 因子与蒂勒模数的关系;影响内部效率因子的因素;内扩散影响的 判据

　　(六)气-固相催化反应器(次重点)

　　识记：固定床反应器及流化床反应器的概念

　　理解：固定床催化反应器和流化床催化反应器的类型及性能;流态化现象; 理想的流化状态的特征;固定床反应器及流化床反应器的优缺点; 固定床反应器及流化床反应器的分类;固定床反应器及流化床反应 器床层压降

　　(七)生化反应工程基础(一般)

　　识记：生化反应的分类及特征;生化反应器类型

　　理解：酶催化反应速率与底物浓度的关系;米氏方程及米氏常数的确定; 抑制剂对酶催化过程的影响;莫诺方程

　　第三部分 有关说明与实施要求

　　一、考核的能力层次表述

　　本大纲在考核目标中，按照“识记 ”、“理解 ”、“应用”三个能力层次规定其 应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基 础上，其含义是：

　　识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低 层次的要求。

　　理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌 握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。

　　应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的 多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。

　　二、教材

　　1.指定教材：

　　化学工程基础，温瑞媛等，北京大学出版社，2002 年版

　　2 .参考教材：

　　化学反应工程原理，张濂等编，华东理工大学出版社，2007(第二版) 化工原理(上、下册)，陈敏恒等，化学工业出版社，2006(第三版)

　　三、自学方法指导

　　1.在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点 及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有 数，有的放矢。

　　2 .阅读教材时，对于分离设备与反应设备等章节要抓住其原理、熟悉设备的 工艺流程、掌握其设计公式的内涵、领会各公式之间的相互关系、加强运 用基本概念和工程观点分析和解决化工实际问题的训练。要集中精力理解 化工过程的内在规律，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对 基本理论必须彻底弄清，通过必要的做题和训练，掌握思考问题的方法， 养成良好的解题习惯，加强对基本概念、基本理论的理解， 提高解题技能 和解决工程问题的能力。

　　3.在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、 原理、方法等加以整理， 这可从中加深对问题的认知、理解和记忆， 以利 于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。

　　4.完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识， 培养分析 问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材， 按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识 进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时 应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次(步骤)分明的论述 或推导，明确各层次(步骤)间的逻辑关系。

　　5.完成一定数量的模拟试题，检查自己对知识点掌握的全面程度。对存在的 问题进行针对性的学习与复习。

　　四、对社会助学的要求

　　1 .应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。

　　2 .应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。

　　3 .辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容， 以免与大纲脱节。

　　4.辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡“认真阅读教材，刻苦钻研教材， 主动争取帮助，依靠自己学通”的方法。

　　5 .辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启 发引导。

　　6.注意对考生能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独 立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。

　　7.要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能 力层次中会存在着不同难度的试题。

　　8 .助学学时：本课程共 4 学分，建议总课时 72 学时，其中助学课时分配如 下：

　　五、关于命题考试的若干规定

　　1.本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章， 适当 突出重点。

　　2 .试卷中对不同能力层次的试题比例大致是：“识记”为 20% 、“理解”为 40% 、“应用”为 40%。

　　3 .试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为 2 ：3 ：3 ：2。

　　4.每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占 60%，次重点占 30% ，一 般占 10%。

　　5.试题类型一般分为：单项选择题、填空题、名词解释题、简答题、计算题。

　　6 .考试采用闭卷笔试，考试时间 150 分钟，采用百分制评分，60 分合格。

　　六、题型示例(样题)

　　一、单项选择题(本大题共■小题，每小题■分，共■分)

　　在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡” 上的相应字母涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。

　　1 .流体通过离心泵所获得的能量主要表现在

　　A .动能增加 B .静压能增加 C .位能增加 D .流量增大

　　二、填空题(本大题共■小题，每小题■分，共■分)

　　1 .在流动系统中，若各截面上流体的流速、压强、密度等有关物理量仅随 而改

　　变，但不随时间而变，这种流动称为稳定流动。

　　三、名词解释题(本大题共■小题，每小题■分，共■分)

　　1 .反应进度

　　四、简答题(本大题共■小题，每小题■分，共■分)

　　1 .简述气—固相催化反应过程的宏观过程。

　　五、计算题(本大题共■小题，每小题■分，共■分)

　　1 .常压连续精馏操作中，原料液于泡点下送入塔中，已知操作线方程如下：

　　精馏段 y=0.723x +0.263

　　提馏段 y=1.25x –0.0187

　　试求原料液、馏出液及釜液的组成和回流比。