《化工原理》教学大纲

PAGE12《化工原理》教学大纲课程中文名称：化工原理课程英文名称：PrinciplesofChemicalEngineering课程编号：J1144/J1145学分：5学时：80（其中：讲课学时：80实验学时：0实践学时：0）开课学期：第3、4学期先修课程：大学物理、高等数学、物理化学适用专业：生物工程课程类别：专业基础课程/必修使用教材：化工原理（一）（二）（第五版），陈敏恒等，国家规划教材。开课单位：生物与制药学院课程性质与课程目标本课程为生物工程、制药工程专业的专业核心课程，为学位课。主要论述化学工程中单元操作的基本原理，培养学生用自然科学的方法考察、解释和处理工程实际问题，强调工程观点、定量运算和设计能力的训练，强调理论和实际相结合，培养分析和解决工程问题的能力。具体课程目标如下：（1）掌握化学工程中单元操作的基本原理和典型设备的工作原理；（2）能够将化工原理的基本知识应用于食品发酵、生物医药等领域生产单元操作的设计与优化，识别、判断食品发酵、生物医药等领域生产中的复杂工程单元操作存在的动量、能量和质量传递问题，并加以分析和有效表达。二、课程目标对毕业要求的支撑关系课程目标支撑的毕业要求指标点毕业要求课程目标1：掌握生物化学工程中单元操作的基本原理和典型设备的工作原理；1.2掌握解决食品发酵、生物医药等领域复杂工程问题所需的工程基础知识，能够针对生物加工过程的单元操作和生化反应建立数学模型，得出关键控制参数。1工程知识课程目标2：能够将化工原理的基本知识应用于食品发酵、生物医药等领域生产单元操作的设计与优化，识别、判断食品发酵、生物医药等领域生产中的复杂工程单元操作存在的动量、能量和质量传递问题，并加以分析和有效表达。2.1能够运用数学、自然科学和生物工程的原理，识别和判断影响产品质量、收率和转化效率的菌种、单元操作、生物化反应等关键环节的复杂工程问题。2问题分析三、教学内容、教学进度及教学要求序号章节教学内容学时分配教学要求学生任务（用于及时分析课程目标达成度）作业要求课堂要求1第一章流体流动（1）掌握流体静止平衡和运动的基本规律；静压强、流体静力学方程及其工程上的应用；（2）流体流动中的质量守恒方程；机械能守恒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；（3）流体流动的内部结构：层流和湍流，流体在管路中流动时流动阻力的产生原因及计算方法；（4）流体输送管路计算；（5）各种流量计的测量原理。16教学重点：（1）流体流动中的质量守恒方程；机械能守恒方程的应用（2)流体流动类型的判据--层流和湍流（3）流体在管路中的流动阻力的计算，简单管路和复杂管路的计算（4）各种流量计的特点教学难点：（1）流体静力学基本方程式的适用条件及工程应用；质量守恒方程；柏努利方程；牛顿粘性定律的表达式、适用条件；流体在管路中的流动阻力的计算；不同结构管路的特点，能够根据复杂管路的特点，分配各支管中流体的流量；各种流量计的工作原理和流量计算；（2）并联管路、分支管路计算。教学方法：线上线下混合式教学（1）线上慕课或雨课堂视频预习（2）线下PPT讲授，启发式教学，案例教学思政点：（1）通过量纲分析法的理论，培养学生解决湍流机械能损失计算实际工程问题的能力和素质，藉此训练学生的逻辑思辨与。（2）以“顾毓珍公式”的故事，作为爱国主义、理想信念和科学精神的素材。线上任务：观看视频并完成练习线下课后作业：8-12题掌握流体在管道中流动的衡算方程。（课程目标1）结合案例，进行简单管路和流体阻力及流量的综合讨论。（课程目标2）2第二章流体输送机械（1）离心泵的结构和工作原理；（2）离心泵的性能参数及影响因素、离心泵的特性曲线及应用；（3）离心泵的工作点和流量的调节；（4）离心泵的操作要点及选型计算。6教学重点：离心泵的工作原理离心泵的特性曲线离心泵的工作点和流量调节离心泵的安装高度及设备选型教学难点：（1）离心泵的基本结构、工作原理、操作特性、安装及选型；（2）对于汽蚀现象的理解。教学方法：线上线下混合式教学（1）线上慕课或雨课堂视频预习（2）线下PPT讲授，启发式教学，案例教学思政点：以离心泵气蚀等工程案例，强调在系统设计计算中严格遵守设计标准和行业规范，促进学生建立责任意识和职业道德感。线上任务：观看视频并完成练习线下课后作业：3-5题掌握离心泵的工作原理及特性曲线。（课程目标1）结合案例，进行流体阻力及泵选型的综合讨论。（课程目标2）3第三章流体通过颗粒层的流动（1）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；（2）过滤常数的测定方法；（3）过滤设备的结构、特点及生产能力的计算。6教学重点：（1）恒压过滤的计算、过滤常数的测定（2）过滤设备板框式过滤机，叶滤机，转筒真空过滤机的结构、特点及生产能力的计算（设计型计算和操作型计算）教学难点：（1）过滤操作的原理、过滤基本方程，恒压过滤的计算、过滤常数的测定；（2）过滤基本方程式的推导及影响因素的分析。教学方法：线上线下混合式教学（1）线上慕课或雨课堂视频预习（2）线下PPT讲授，启发式教学，案例教学思政点：通过固定床层的流体阻力问题，领悟科学研究的任务是通过现象发现本质，培养学生的科学思维与创造性思维能力。线上任务：观看视频并完成练习线下课后作业：3-5题掌握典型过滤设备的工作原理。（课程目标1）开展三种典型过滤设备过滤特征的比较讨论，学会分析提高过滤生产能力的途径。（课程目标2））5第六章传热（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；热传导的基本原理，一维定态傅立叶定律及应用，平壁和圆筒壁的稳定热传导计算及分析；（2）对流传热的基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热的主要因素；

无相变时管内强制对流传热系数关联式及其应用；Nu,Re,Pr,Gr等准数的物理意义及其计算；（3）传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析，壁温计算，传热面积计算，强化传热途径；传热操作型问题的分析方法与计算。12教学重点（1）热传导的基本原理，一维定态傅立叶定律及应用，平壁和圆筒壁的稳定热传导计算及分析（2）对流传热的基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热的主要因素；

无相变时管内强制对流传热系数关联式及其应用；Nu,Re,Pr,Gr等准数的物理意义及其计算（3）传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析，壁温计算，传热面积计算，强化传热途径。传热操作型问题的分析方法与计算教学难点（1）单层、多层平壁热传导速率方程，单层、多层圆筒壁热传导速率方程及其应用；(2)对流传热系数的影响因素及因次分析法(3)换热器的能量衡算，总传热速率方程和总传热系数的计算，用平均温度差法进行传热计算；，强化传热采取的途径；（4）边界层概念的理解，传热操作型分析及计算。教学方法：线上线下混合式教学（1）线上慕课或雨课堂视频预习（2）线下PPT讲授，启发式教学，案例教学思政点（1）引入大国工程案例（热管技术的应用），提升民族自豪感（2）引入国内外科学家们的人物事迹，科学探索精神的培养。（3）热阻讨论融入哲学思想：“两点论”和“重点论”的统一线上任务：观看视频并完成练习线下课后作业：8-10题课后思考题3-5题掌握热传导和对流传热的基本原理，几种典型换热器的基本结构。（课程目标1）开展换热器结构以及传热操作性分析讨论，学会识别、分析传热所选择设备的依据、传热热阻的主要存在的位置、强化传热的方法。（课程目标2）6第七章气体吸收（1）掌握吸收过程的汽液相平衡关系，亨利定律表达式及相互关系，相平衡与吸收解吸的关系；（2）对流传质概念；总传质系数与传质分系数关系；气膜控制和液膜控制；（3）吸收速率方程式；吸收过程操作线方程的推导，物理意义、图示方法及其应用，最小液气比概念与吸收剂用量确定；填料层高度计算，传质单元数和传质单元高度的定义及计算方法；（4）吸收塔操作分析及设计型计算、操作型计算。10教学重点（1）掌握吸收过程的汽液相平衡关系，亨利定律表达式及相互关系，相平衡与吸收解吸的关系（2）对流传质概念；总传质系数与传质分系数关系；气膜控制和液膜控制（3）吸收速率方程式的图示方法及其应用，最小液气比概念与吸收剂用量确定填料层高度计算，传质单元数和传质单元高度的定义及计算方法（4）吸收塔操作分析及设计型计算、操作型计算教学难点（1）气体吸收过程的平衡关系；气体吸收过程的速率关系；低浓度气体吸收过程的计算；（2）分子传质过程中“总体流动”概念的理解；传质单元高度与传质单元数概念的理解。教学方法：线上线下混合式教学（1）线上慕课或雨课堂视频预习（2）线下PPT讲授，启发式教学，案例教学思政点：（1）国家的“双碳战略”，培养低碳、环保等绿色工程理念，培养学生的节能减排意识。（2）哲学思想融入，主要矛盾和次要矛盾（双膜理论））线上任务：观看视频并完成练习线下课后作业：8-10题课后思考题3-5题掌握吸收过程的基本原理及有关计算公式。（课程目标1）结合案例进行吸收塔操作性分析，如何提高吸收率的讨论。（课程目标2）7第八章液体精馏（1）掌握双组分物系的汽液相平衡：拉乌尔定律，气液相平衡图，气液相平衡有关定律、定义表达形式；

（2）掌握精馏原理，并能运用该原理分析精馏过程；双组分理想溶液的精馏塔物料衡算与操作线，操作线方程，q线方程的物理意义，图示和应用；（3）双组分理想溶液的精馏塔计算及操作分析：恒摩尔流假设、理论板数确定、最小回流比计算、回流比影响及选择、加料加热状态及选择、实际塔板数确定、塔效率与单板效率的定义及计算；（4）掌握精馏操作型问题的分析方法与计算。14教学重点（1）双组分物系的汽液相平衡：拉乌尔定律，气液相平衡图（2）掌握精馏原理，双组分理想溶液的精馏塔物料衡算与操作线，操作线方程，q线方程的物理意义，图示和应用（3）双组分理想溶液的精馏塔计算及操作分析：恒摩尔流假设、理论板数确定、最小回流比计算、回流比影响及选择、加料加热状态及选择、实际塔板数确定、塔效率与单板效率的定义及计算教学难点（1）两组分理想物系的汽液平衡关系；蒸馏过程的原理；两组分连续精馏过程的计算；（2）进料热状况参数q的理解，多侧线的精馏塔理论板层数的求解。教学方法：（线上线下混合式）（1）线上视频学习（2）课堂讲授+案例教学；教学方法：线上线下混合式教学（1）线上慕课或雨课堂视频预习（2）线下PPT讲授，启发式教学，案例教学思政点：（1）精馏在生物工程领域的应用工程，热泵精馏，分子精馏技术讨论，培养学生的节能意识。（2）“两弹一星”专家，精馏创始人余国琮院士的事迹，科学精神的培养。线上任务：观看视频并完成练习线下课后作业：8-10题课后思考题3-5题精馏原理，精馏塔的基本结构及精馏计算有关公式。（课程目标1）精馏塔的选型、设计的讨论；（课程目标2）结合案例进行精馏塔操作性分析，回流比、塔效率的影响因素。（课程目标2）8第十章液液萃取（1）掌握三元体系的液-液相平衡理论、平衡关系的表达形式三角形相图及在萃取中的应用；（2）单级和多级错流萃取过程的计算，萃取剂用量的确定。6教学重点三角形液-液平衡相图，杠杆规则，图解法进行萃取过程计算（2）单级和多级错流萃取过程的计算教学难点（1）三角形液-液平衡相图，杠杆规则，萃取计算的三角形坐标图解法；（2）三角形液-液平衡相图及应用教学方法：线上线下混合式教学（1）线上慕课或雨课堂视频预习（2）线下PPT讲授，启发式教学思政点：绿色化工理念，节能，环保（萃取剂的选择）。线上任务：观看视频并完成练习线下课后作业：3-5题课后思考题3-5题三角形相图的意义及应用。（课程目标1）能对萃取塔操作性进行分析，掌握料液比对萃取率的影响规律。（课程目标2）9第十一章固体干燥（1）掌握干燥过程原理、目的及实施；（2）湿空气的性质及计算，湿焓图构成及应用；干燥过程中空气状态的确定；（3）干燥过程的物料衡算和热量衡算；（4）固体物料的干燥机理、干燥速率及恒定干燥条件下干燥时间的计算，理想干燥过程计算；10教学重点（1）湿空气的性质；湿焓图，干燥过程的物料衡算与热量衡算（2）干燥时间的计算（3）理想干燥过程的计算教学难点（1）湿空气的性质；湿焓图，干燥过程的物料衡算与热量衡算；理想干燥过程计算；（2）对露点温度，湿球温度，绝热饱和湿度的理解，空气通过干燥系统后状态的确定，湿物料中水分的划分。教学方法：线上线下混合式教学（1）线上慕课或雨课堂视频预习（2）线下PPT讲授，启发式教学，案例教学思政点：废气循环，节能降耗工程观点的培养。（2）干燥在医药领域应用（喷雾，沸腾床干燥），培养工匠精神，创新精神。线上任务：观看视频并完成练习线下课后作业：8-10题课后思考题3-5题干燥过程原理，焓湿图的应用。（课程目标1）如何提高干燥速率、保证干燥质量的讨论。（课程目标2）四、课程考核方式、成绩评定标准、课程目标达成度分值分布考核方式包括期末考试、平时及作业情况考查。期末考试采用闭卷笔试。课程成绩=平时考核成绩×50%+期末考试成绩×50%。成绩的具体构成如下：考核形式分值考核细则平时成绩50%课堂互动40随机提问、随堂练习，满分100分，按40%计入平时成绩。作业30作业平均成绩按30%计入平时成绩。签到10签到20次以上者为满分，按10%计入平时成绩。慕课成绩20线上测试成绩和观看视频成绩的总成绩按30%计入平时成绩。期末考试50%期末考试卷面成绩100试卷题型包括选择题、填空题、判断题、简答题和综合计算题等，以卷面成绩的50%计入课程总成绩。4.2成绩评定标准课程目标占比平时成绩评定标准课程目标150%优良中合格不合格课堂互动非常积极，课堂积分≥90分；课堂互动积极，课堂积分≥80分；课堂互动较积极，课堂积分≥70分；参与课堂互动，课堂积分≥60分；课堂互动不积极，课堂积分<60分；课堂互动：利用雨课堂平台在课堂上发布练习，考核学生对专业基础知识的掌握，考核课程目标1的达成情况；课程目标250%优良中合格不合格作业按时提交，答题完整正确，平均分≥90分。作业按时提交，答题完整正确，平均分≥80分。作业按时提交，答题较为完整正确，平均分≥70分。作业按时提交，答题完整合格，平均分≥60分。作业不按时提交，答题不够正确，平均分<60分。课后作业：考核对各单元操作基本原理的应用和问题分析，考核课程目标2的达成情况；课程目标占比期末考试评定标准课程目标1~60%60%*（100>x≥90）（优）60%*（90>x≥80）（