《化工原理A》课程教学大纲

《化工原理A》课程教学大纲一、课程基本信息课程名称(中文)化工原理A(英文)PrinciplesofChemicalEngineering课程代码1100260课程性质必修授课学期第五学期学分/学时6学分/96学时课内学时96理论学时96实验学时实训（含上机）实习其他适用专业化学工程与工艺三年级201106授课语言中文对先修的要求掌握一定的数学、物理、化学及工程基本知识，应先修《高等数学》、《大学物理》、《物理化学》、《工程制图》等课程。对后续的支撑为后续学习专业课《化学反应工程》、《化工分离技术》、《化工工艺学》、《化工原理课程设计》、《化工设计》提供必要化工单元操作基本原理、工艺流程、工艺及设备设计计算等专业知识及分析问题的技能。课程思政设计《化工原理》课程以“立德树人”为中心环节，通过案例教学，把“科技创新”、“工匠精神”、“绿色可持续发展理念”等思政要素有机融入到课堂教学中，培养学生有理想、有本领、有担当。创新创业教育设计课程强调以能力培养为目标，体现将专业教育与创新创业教育有机融合，把“伯努利方程及应用”，“过滤材料及净水器的设计”，“强化传热与热管技术”，“恒沸精馏及在天然植物芳香油分离”等创新创业内容结合到课程中。课程简介本课程是化学工程与工艺专业本科学生的必修专业基础课程。本课程主要内容包括流体流动、流体输送机械、沉降、过滤、传热、吸收、蒸馏、干燥等化工过程及单元操作，通过学习使学生能够熟练掌握化工单元操作的基本原理，了解各单元操作特点、性能和工业上的应用，并通过物料衡算和热量衡算对单元操作的工艺及设备进行设计计算，为后继学习化学反应工程、化工分离工程、化工艺学、化工原理课程设计、毕业设计等专业课奠定基础。本课程主要教学方法以课堂讲授为主，通过案例分析、课堂讨论、课外作业方法加强教学效果，与现代互联网及仿真技术紧密联系，丰富教学与学习手段。二、课程目标及对毕业要求指标点的支撑序号课程目标支撑毕业要求指标点毕业要求1目标1：学会化工单元操作的基本概念、基本原理，并能运用到复杂化工过程的理解、表述及分析中。1.3能够将相关知识和数学模型方法用于推演、分析化学工程与工艺领域的复杂工程问题。1能够将数学、自然科学、工程基础以及化学工程与工艺专业知识用于解决化工产品开发、化工生产过程中的复杂工程问题。2目标2：熟悉常见的化工单元操作流程与设备特点，具备识别和判断化工单元操作并进行工艺计算的能力。2.1具备对化学工程与工艺领域的复杂工程问题进行识别与判断的能力。2能够应用数学、自然科学和化学工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究化学工程与工艺领域的复杂工程问题，以获得有效结论。3目标3：学会利用物料衡算式、热量衡算式、伯努利方程、热量传递方程、质量传递方程、平衡方程对复杂的化工过程进行综合分析和求解。2.2具备对化学工程与工艺领域的复杂工程问题进行表达、分析和求解的能力。4目标4：能综合运用动量传递、热量传递、质量传递基本原理，对化学工程与工艺领域的复杂问题进行分析，提出解决方案，获得有效结论。2.3能运用基本原理，借助文献研究，分析化学工程与工艺领域的复杂工程问题，寻求可能的解决方案，获得有效结论。5目标5：学会通过文献追踪或了解化工单元操作最新技术及发展趋势。12.2关注化学工程与工艺相关领域的发展，具有自主学习的能力，包括对技术问题的理解能力，归纳总结的能力和提出问题的能力等。12具有自主学习和终身学习的意识，关注化工及相关领域的技术进展，拥有不断学习和适应发展的能力。三、教学内容及进度安排序号教学内容学生学习预期成果课内学时教学方式支撑课程目标1概论化工过程与化工单元操作分类、性质；动量传递、热量传递、质量传递；SI单位及单位换算：化工原理研究对象与研究方法。案例教学：（1）十二烷基苯磺酸工业生产流程与单元操作（2）白砂糖工业生产流程与单元操作（3）天然色素生产与单元操作。重点：三个传递及单元操作。难点：物料衡算式、热量衡算式。（1）了解化工过程的特点。（2）了解主要的化工单元操作：流体流动、流体输送、沉降、过滤、传热、吸收、蒸馏、干燥、吸附、结晶、萃取、吸附。（3）掌握“三传一反”内容与单元操作关系。（4）理解化工原理研究内容。（5）掌握化工原理研究方法（经验方法与数学模型方法）。（6）掌握物料衡算、热量衡算方法。4讲授/案例讲授：概论中列出化工单元操作，三个传递、研究方法等内容。案例：分析十二烷基苯磺酸、白砂糖、天然色素工业生产流程，指出这些流程包含的单元操作类型。通过课堂分析这些案例，从中分析出化工单元操作的类型，说明工艺流程与单元操作的关系。目标1目标22流体流动流体基本性质与参数；流体静力学方程及应用；柏努力方程及应用；流体流动类型，雷诺准数及边界层概念；流体流动阻力计算；管路串并联、管件、管路计算；流量的测定与设备。重点：柏努力方程及应用；流体流动阻力计算。难点：边界层概念思政内容导入：科技创新是立国之本。以湍流最新国际国内研究进展为案例，说明科技创新的重要性，激发学生的学习热情。创新创业教育导入：伯努利方程在飞机，涡轮机等设计中的应用（1）理解并掌握流体的类型、性质及流量、压力、密度、流速的计算（2）掌握静力学方程并在压力测量、液位确定等方面应用。（3）掌握理想流体及实际流体的伯努力方程及应用。（4）理解层流、湍流、过渡流概念及特点，掌握雷诺准数与流动数型关系，理解边界层概念及会分析边界层对传热与传质的影响。（5）掌握流体阻力产生的原因及计算方法，并对管路中影响阻力的因素进行分析。（6）理解管路的串并联的原理，掌握管路设计计算方法。（7）掌握常用的流量测量方法及设备。18讲授/案例/作业讲授：流体流动基本概念、基本原理、计算、应用及设备。作业：布置流体静力学、柏努力方程应用、流动阻力计算等方面作业。思政案例：科技创新是立国之本，湍流的最新研究进展。创新创业案例：伯努利方程及应用目标1目标2目标3目标43流体输送机械离心泵工作原理及结构;离心泵特性曲线、管路工作曲线及流量调节；离心泵的汽蚀现象及安装高度；离心泵的选型；其它类型化工用泵；气体输送设备。重点：离心泵的工作原理；离心泵的特性曲线及安装高度。难点：离心泵的气缚现象；离心泵的汽蚀现象与安装高度。思政内容导入：工匠精神是强国之本。以压缩机为例，介绍格力电器在磁悬浮压缩机的技术攻关取得成果为案例，分析“精雕细琢，精益求精”的工匠精神，对面向“中国制造2025”急需的“新工科”人才有了初步认识，极大鼓舞了学生立足专业、刻苦学习。（1）了解离心泵的结构，掌握离心泵的工作原理。（2）掌握离心泵的特性曲线特点及测定方法，了解离心泵的流量调节方法及管路工作曲线的关系。（3）理解离心泵的汽蚀现象及产生的原因，能确定最佳的安装高度。（4）掌握离心泵的选型与计算。（5）了解往复泵、隔膜泵、齿轮泵、旋涡泵结构及工作原理。（5）了解输送气体的主要方法及设备原理。8讲授/作业/案例讲授：有关流体输送的基本原理、基本计算、设备结构及性能等内容。作业：离心泵性能曲线、离心泵安装高度等方面作业。思政案例：工匠精神是强国之本。以压缩机为例，以格力电器在磁悬浮压缩机的技术攻关取得成果为案例，分析“精雕细琢，精益求精”的工匠精神，目标1目标2目标44沉降与过滤非均相物系分离；流体与颗粒相对运动受力；重力沉降及应用；离心沉降原理及旋风分离器；过滤原理及过滤方程；过滤设备。案例教学：旋风分离器结构及在分离粉体与空气混合物中应用。重点：重力沉降与应用，离心沉降原理。难点：离心沉降与旋风分离器；恒压过滤。创新创业教育导入：过滤材料与净水器的设计（1）掌握常见的非均相物系分类、性质。非均相物系分离的原理，颗粒与流体之间的作用力。（2）了解重力沉降的过程，掌握沉降速度计算、掌握斯托克斯公式及应用。（3）掌握离心沉降原理及离心分离因子物理意义，掌握旋风分离器的结构及应用。（4）掌握过滤分离的原理，过滤方程计算。（5）了解板框压滤机，离心机、真空过滤机等设备的特点与应用。8讲授/案例/作业讲授：沉降与过滤单元操作的基本原理、计算及设备特点等内容。案例：旋风分离器结构及分离含尘空气中应用。通过分析旋风分离器的结构，解析了离心沉降的原理，分离含尘气体的效果。创新创业案例：过滤材料与净水器的设计作业：重力沉降、离心沉降、恒压过滤相关方面计算的作业。目标1目标25传热三种传热基本方式及机理，间壁传热过程及传热基本方程；热传导傅立叶定律，导热系数；平壁及圆筒壁热传导计算，热路图串并联，热阻；对流传热及对流传热系数及影响因素；对流传热准数关系式及对流传热系数的计算；蒸汽冷凝方式及传热系数的计算；沸腾传热及沸腾曲线；传热综合计算；热辐射及辐射传热计算；换热器种类及列管换热器的结构；强化传热分析。课外读书报告：通过文献查阅，写一篇有关《静态混合器在强化传热方面的应用进展》综述报告。（可选）研讨：有关强化传热专题讨论。重点：间壁传热过程及传热基本方程；流传热系数的计算；传热综合计算。换热器种类及列管换热器的结构。难点：传热综合计算；强化传热分析。思政内容导入：绿色可持续发展理念。以强化传热、节能减排、绿色可持续发展为主题开展讨论课。创新创业教育导入：强化传热与热管技术在太阳能热水器中的应用（1）掌握热传导、对流、热辐射三种传热方式的机理，掌握传热基本方程及间壁传热原三个过程。（2）理解热传导傅立叶定律，导热系数，温度梯度。（3）掌握热阻及热路图的串并联原理，并用于平壁、圆筒壁传热的计算。（4）理解对流传热过程，会分析对流传热的影响因素。（5）掌握各种管内、管外的强制对流与自然对流的准数关联式并用于计算对流传热系数。（6）掌握两种蒸汽冷凝方式下的传热特点并计算传热系数。（7）理解沸腾传热特点及传热曲线物理意义。（8）能利用所学的传热原理、公式对实际传热过程进行分析，并建立公式进行有关传热工艺设计和优化计算。（9）理解热辐射、白体、黑体、灰体等概念，掌握热辐射过程的分析与计算。（10）掌握工业上常用的换热器的结构与特点，对强化传热管、列管换热器内部结构有较好的认识。（11）能对复杂的传热过程进行强化传热分析。22讲授/讨论/作业/课外读书报告讲授：有关传热的基本原理、计算、分析及设备等内容。作业：热传导计算、对流传热系数计算、热辐射计算、传热综合计算等内容。思政讨论课：强化传热、节能减排与绿色可持续发展。课外读书报告：通过文献查阅，写一篇有关静态混合器在强化传热的应用进展综述报告。目的让学生学会通过文献追踪并了解化工单元操作最新技术及发展趋势。（可选）创新创业案例：强化传热与热管技术在太阳能热水器中的应用目标1目标2目标3目标4目标56吸收吸收及解吸概念，吸收应用；气液平衡，亨利定律；吸收传质速率及分子扩散；对流传质与双膜理论；吸收操作线方程，传质单元数及传质高度；填料及填料吸收塔结构。重点：分子扩散与对流传质；双膜理论难点：双膜理论；传质单元数及传质高度（1）了解均相物系分离原理，吸收及解吸分类及吸收操作在化工中的应用。（2）掌握气液平衡及亨利定律计算。（3）掌握分子扩散类型及传质速率的计算。（4）掌握双膜理论的要点，双膜图及用双膜理论计算对流传质的速率。（5）理解吸收的操作线方程，传质单元数及传质单元高度。（6）了解散装填料类型、结构，了解填料塔的结构。10讲授/作业讲授：有关吸收单元的基本原理、设计计算及设备等内容。作业：分子扩散、对流传质、双膜理论的有关计算。目标1目标2目标3目标47蒸馏蒸馏的分类及特点；简单蒸馏、平衡蒸馏原理；双组份汽液平衡，t-y-x,x-y图，相对挥发度，相平衡曲线；精馏原理，精馏塔概念；精馏操作线方程及物料衡算；进料热状态及进料方程；理论塔板数的计算；回流比与最小回流比；精馏塔热量衡算；恒沸精馏与萃取精馏；精馏塔结构及操作。案例教学：恒沸精馏在无水乙醇生产中的应用。研讨：蒸馏技术在食品及天然产物分离的最新应用。重点：双组份汽液平衡，精馏原理与精馏塔；精馏操作线方程及物料衡算；理论塔板数的计算。难点：非理想溶液；理论塔板数的计算；回流比与最小回流比。创新创业教育导入：利用恒沸精馏技术分离天然植物香料。（1）掌握沸点与蒸馏的关系，轻组分与重组分，简单蒸馏、平衡蒸馏、精馏、特殊蒸馏等概念。（2）理解简单蒸馏、平衡蒸馏的流程及特点、应用。（3）掌握双组份汽液平衡方程、理想溶液与非理想溶液、t-y-x图，x-y图，相对挥发度、相平衡方程，恒沸物，恒沸点。（4）掌握精馏原理及流程。（5）掌握精馏过程的物料衡算及操作线方程，并能对精馏过程进行分析和计算。（6）掌握进料的5种热状态及进料线方程。（7）掌握用M-T法求理论塔板数。（8）理解回流比概念，掌握全回流，最少回流比的计算。（9）了解精馏塔热量衡算的方法。（10）掌握恒沸精馏与萃取精馏原理。（10）掌握精馏塔内部结构，传质特点，各种操作故障及性能负荷图。16讲授/研讨/案例/作业讲授：有关蒸馏的基本概念，工作原理、设计计算、设备结构及应用等内容。讨论：分组讨论或微助教等新媒体形式；案例：恒沸精馏在无水乙醇生产中的应用。通过介绍生产工艺流程图，让学生了解恒沸精馏原理。作业：有关汽液平衡；操作线及物料衡算；回流比：精馏塔板数等计算。创新创业案例：利用恒沸精馏技术分离天然植物香精香料。目标1目标2目标3目标48干燥固体物料的除湿方法、干燥分类；湿空气的物理性质，湿空气的焓湿图，湿球温度、干球温度、绝热饱和温度等：干燥过程的物料衡算及热量衡算；湿物料含水及平衡含水量曲线：干燥曲线及干燥速率曲线，干燥时间的计算；干燥设备及特点。重点：湿空气的焓湿图；干燥曲线及干燥速率曲线，干燥时间的计算。难点：湿球温度、干球温度、绝热饱和温度。课外读书报告：通过文献查阅，写一篇有关《真空冷冻干燥技术在生物制药、农产品加工中应用进展》综述报告。（可选）（1）了解除湿方法，了解5种干燥物料方法及特点应用。（2）掌握表达湿空气的参数，湿度、相对湿度，比容，焓、水气分压，干球温度、湿球温度、绝热饱和温度，露点。掌握空气的I-H图及应用。（3）掌握干燥过程的物料衡算及热量衡算。（4）掌握湿物料的湿基含水量与干基含水量的计算，自由水分，结合水分、平衡水分的确定。平衡含水量曲线。（5）掌握湿物料的干燥曲线测定的方法，理解恒速干燥阶段、降速干燥阶段产生的原因。能用干燥曲线计算干燥过程的时间。（6）理解常用的对流传热干燥设备特点及应用。10讲授/作业讲授：有关干燥单元的基本概念、基本原理、工艺计算及设备等内容。作业：有关湿空气的焓湿图、干燥速率、干燥时间等计算。课外读书报告：通过文献查阅，写一篇有关《真空冷冻干燥技术在生物制药、农产品加工中应用进展》，目的让学生学会通过文献追踪并了解化工单元操作最新技术及发展趋势。（可选）目标1目标2目标3目标4目标5课程考核序号课程目标（支撑毕业要求指标点）考核内容评价依据及成绩比例(%)成绩比例(%)平时表现作业考试1目标1：学会化工单元操作的基本概念、基本原理，并能运用到复杂化工过程的理解、表述及分析中。（支撑毕业要求指标点1.3）掌握流体流