《化工单元操作课程标准》

《化工单元操作课程标准》课程基本信息课程名称：《化工单元操作》课程类型：化工类核心专业课建议学时：60、100、150学时学分：4、6、10学分适应对象：化工技术类专业和非化工技术类专业学生，第二、第三学期一、课程概述本课程面向的对象是化工技术类专业和非化工技术类专业，其具体名称为《化工单元操作A》、《化工单元操作B》和《化工单元操作C》，课时分别为150学时、100学时和60学时，课程内容主要涵盖流体流动与输送、传热、吸收、蒸馏、非均相物系分离、蒸发、干燥、萃取等单元，教学方法采取任务驱动式的理实一体化教学，重点是掌握扎实理论支撑下的化工单元操作岗位的操作技能，同时注重培养学生的方法能力、社会能力、职业素养，最终形成化工生产的职业综合能力。先修课程为：高等数学、基础化学（重点是物理化学）、大学物理、化工制图与CAD等。（一）本课程在化工技术类专业中的定位本课程是化工技术类专业核心课程，是在进入专业方向类课程前的必修技术基础课程，也是非化工技术类专业必修课程。本课程是学习构成化工生产过程的“三传一反”中的三种传递过程，即动量传递过程、物质传递过程、热量传递过程的相关理论和操作技能。三种传递过程承担化工生产系统中原料的前处理和反应产物的后处理功能。该课程的学习是化工类专业学生综合职业能力培养和职业素质养成的重要支撑，同时为后续课程的学习打下坚实基础，对化工类专业技术型高技能人才的培养具有举足轻重的地位。（二）本课程的基本教学理念采用以工作过程为导向、任务驱动的课程教学方式，依据不同的教学内容、教学目标、结合学生特点、灵活采用不同的教学方法。通过具体任务的设计与实施，融理论知识、实践操作及素质培养于一体，发挥学生在学习中的主体作用，有效提高学生解决实际问题的综合能力。本课程建议采用情境教学法、任务驱动教学法、案例教学法、演示法、启发引导法、讨论法、讲授法等多种教学方法。（三）本课程标准的设计思路本课程以《国家职业技能鉴定标准》中蒸馏工、吸收工、干燥工和萃取工等典型化工单元操作岗位工种的职业技能标准为依据，以学生的职业能力培养为核心，分析典型化工单元操作的生产案例，设计了流体流动与输送、传热、非均相混合物分离、蒸发、蒸馏、吸收、干燥和萃取8个学习模块，通过8个模块的学习使学生能根据生产任务完成流体流动与输送、传热、蒸馏、吸收、干燥和萃取等岗位操作；能根据生产要求正确选择设备型号，并使设备安全运行；能根据生产要求，调整相关参数，降低物耗、能耗，提高产品质量；能发现各单元操作事故隐患，并提出预防措施，确保装置安、稳、长、满、优运行。二、课程目标（一）课程总目标学生通过本课程的学习，学会对典型化工单元操作的工艺流程和操作规程的解读；对典型化工单元操作装置进行工艺参数调节，维持工艺状况稳定的能力；按照操作规程进行装置的一般性开车和停车操作的能力；依据工艺原理和操作规范处理故障的能力；DCS系统的应用能力；设备维护、保养及拆装的一般能力等等。同时，还要求学生具备岗位变化及技术更新后的适应能力。（二）具体目标知识、能力与素质目标（1）了解各单元操作典型设备的构造、性能和操作原理，并具有设备选型及日常操作、维护的基本知识。（2）能识读化工单元操作流程图。（3）能正确解读工艺流程和操作规程，具有选择适宜操作条件、探索强化过程途径和提高设备效能的初步能力。（4）能识读仪表参数，应用控制系统。（5）熟悉常见化工单元操作要领，能依据生产任务要求，进行装置的开车操作、负荷调整操作、停车操作。（6）具有运用工程技术观点分析和解决化工单元操作一般问题的初步能力。具有化工生产操作中一般故障的分析处理能力。（7）能进行设备的维护和保养。（8）具有从事化工生产服务和技术管理的能力。2、过程与方法目标（1）通过文献、传媒、多媒体素材等学习新知识的能力。（2）通过视频、动画等学习或提高技能的能力。（3）通过交流或观看影视等方式提高自身素质。3、职业道德与素质养成目标（1）具有良好的思想道德素质，健康的身心素质，过硬的职业素质和人文素质。（2）具有安全意识，能依据规范进行安全生产。（3）注重生产过程中的环境保护。（4）具有节能意识并应用于生产中。（5）良好的团队合作精神。三、内容描述《化工单元操作》课程总体内容描述，课程分8个学习模块，两个学期或者一个学期完成，课程的课时分别为150学时、100学时和60学时。具体各模块学时分配、教学要求和建议主要活动设计如下：序号内容A学时B学时C学时教学要求建议主要活动设计模块一流体流动与输送机械的操作与使用444020一流体静力学基本方程的应用662一、知识：熟练掌握流体的密度及其影响因素、气体的标准状态及其表示熟练掌握流体的粘度及其影响因素，了解理想流体的概念，了解牛顿粘性定律熟练掌握压强的基本概念、单位、基准和单位换算＃理解流体静力学基本方程的物理意义，重点掌握其应用（Ｕ型管测压装置、液封等）二、技能：1.会进行各种压强单位之间的换算及绝对压强、表压强和真空度之间的换算2.会查取流体的密度和粘度等物性参数＃3.能使用Ｕ型压强计、压差计测量压强与压差＃4.会使用流体静力学知识确定容器内的液位及液封高度1.气体密度的计算2.气体标准状态与操作状态之间的换算3.弹簧管压力表和膜盒压力表结构和原理4.静力学知识的应用：如Ｕ型压强计、压差计测量压强与压差，以及确定容器的液位及液封高度等二流体动力学基本方程的应用884一、知识：1.了解定态流动与非定态流动的概念2.熟练掌握流体的体积流量与质量流量、平均流速与质量流速的概念及其它们之间的关系3.熟练掌握流体流动的连续性方程4.熟练掌握柏努利方程的物理意义及其应用二、技能：1.能判断定态流动与非定态流动2.会流速、体积流量、质量流量和质量流速之间的计算3.能使用流体定态流动的连续性方程，计算流动中由于管径变化，而引起的流速改变＃4.能使用连续性方程和柏努利方程分析生活中的现象，如虹吸现象、飞机结构、烟囱等＃5.能应用柏努利方程计算高位槽输送和输送机械的有效功率等定态流动与非定态流动流动实验流速、体积流量、质量流量和质量流速的计算柏努利方程（静压能、位能、动能之间转化），如动能和静压能之间转换（蒸汽喷射泵工作原理）列举计算：连续性方程结合柏努利方程，如不同管径的流速，高位槽输送和输送机械的有效功率等有关计算三流体流动阻力的确定6实验26实验24实验2一、知识：1.熟练掌握雷诺准数的计算及其判断流体流动类型，并了解层流与湍流的概念及特点，并熟悉层流内层的概念2.了解量纲的概念及圆管内流体速度的分布3.了解流体流动阻力产生的原因，熟练掌握流体在圆管内直管阻力和局部阻力的计算＃4.了解非圆形管子当量直径的计算，了解非圆形管道的直管阻力的计算二、技能：1.能计算雷诺准数，并能使用雷诺准数判断流体的流动类型＃2.能计算流体在非圆形管道流动的当量直径（如环隙等）3.会使用范宁公式计算直管流动阻力（不同流动类型的摩擦系数的确定）4.会使用阻力系数法和当量长度法计算局部阻力＃5.能提出相应的措施减小流体流动的阻力雷诺实验（演示）计算雷诺准数并判断流体的流动类型正方形、环隙等当量直径计算流体阻力的计算（莫迪图的识读）直管阻力（光滑管、粗糙管）和局部阻力的测定四流体输送管路流程图的识读421一、知识：了解管道、阀门及其它管件、仪表、调节控制装置的表示方法了解常用管件与阀件的适应场合与功能※＃了解管路的拆装安全知识、工具使用要求和试压操作规范※＃重点掌握流体输送管路的拆装二、技能：＃能识读流体输送管路流程图，并能说出常见管件和阀门的主要功能※能绘制简单流体输送管路流程图※能完成流体输送管路的拆卸和安装，并能实施管道的试压操作1.管件与阀件的结构与功能2.流体输送管路流程图的识读与绘制3.流体输送管路的拆装与试压五流量计的使用442一、知识：1.掌握孔板流量计的特点与测量原理，并了解皮托管测速计和文丘里流量计的特点与测量原理2.掌握转子流量计的特点与测量原理＃3.了解涡轮、电磁流量计等的特点与测量原理二、技能：1.能正确使用孔板、文丘里流量计测量流体的流量2.能使用转子流量计测量流体流量，并能进行转子流量计的刻度修正＃3.会涡轮、电磁流量计测量流体流量1.转子流量计测量流量与选用2.孔板、文丘里流量计的结构与特点六管路分析221一、知识：1.掌握简单管路的计算＃2.了解复杂管路（并联管路和分支管路）的特点与计算原则二、技能1.能利用流体力学的知识，分析简单管路中阻力增大造成流体流动参数的改变，以及相关故障的分析和排除＃2.会分析并联、串联管路的流量和压力的特点＃3.能对给定输送任务进行配管（选择管子规格）例题：1.给定输送任务确定管子的规格2.案例分析（简单管路中流体流动参数改变，及故障的分析与排除）七离心泵的选用442一、知识：1.掌握离心泵的结构及工作原理，了解离心泵的类型，并掌握气缚的概念及其预防2.熟练掌握离心泵的性能参数及性能曲线，了解离心泵特性的影响因素3.掌握离心泵的选用原则二、技能：1.能识读、绘制离心泵的输送流程＃2.能选用一台合适的离心泵，完成给定的输送任务1.离心泵的结构及工作原理2．离心泵的输送流程解读（过滤器、单向阀、泵的排尽等）3.根据输送任务，选择一台合适的离心泵八离心泵的操作4实验24实验2实验2一、知识：1.熟练掌握离心泵的工作点及流量调节方法，了解离心泵的安全操作规程和日常维护相关知识2.了解离心泵的安装高度和气蚀余量的概念，并熟练掌握离心泵的气蚀现象及其防止＃3.了解离心泵的组合操作（串、并联）相关知识二、技能：1.能进行离心泵的开停车操作及流量调节，并会离心泵简单的日常维护2．能分析离心泵故障的原因并排除（如气缚、气蚀等）＃3.能进行离心泵的组合操作（串、并联），并能进行离心泵的无扰动切换操作＃4.能根据管路的特点，选择合适的离心泵的组合操作＃5.能进行离心泵的变频调节流量离心泵的工作点概念及流量调节方法比较恒定转速下测定离心泵的特性曲线观看：气缚、气蚀现象的观看（动画）离心泵的组合操作（串、并联）与无扰动切换操作九往复泵、齿轮泵、旋涡泵的操作221一、知识：掌握往复泵的结构、工作原理及性能参数了解齿轮泵、旋涡泵的结构、工作原理及性能参数二、技能：＃能进行往复泵、齿轮泵、旋涡泵的开停车操作和简单的日常维护＃能进行往复泵、齿轮泵、旋涡泵的流量调节操作往复泵与离心泵的比较（结构、特点、流量调节等）十通风机、往复式、离心式压缩机的操作421一、知识：了解往复式、离心式压缩机的结构、工作原理及性能参数掌握喘振的概念二、技能：※＃能进行往复式、离心式压缩机，包括开车、停车操作和流量调节。仿真操作压缩机模块二传热202012一热传导442一、知识：1.了解定态与非定态传热的概念，及了解热通量的概念2.了解热传导原理，熟练掌握傅立叶定律和导热系数及其影响因素3.熟练掌握平壁及圆筒壁定态热传导及其计算二、技能：1.能查取物质的导热系数2.会单层平壁和圆筒壁定态热传导的计算3.能进行多层平壁和圆筒壁定态热传导的计算＃4.能选择合适的导热材料并确定其保温层的厚度1.确定蒸汽管道的保温层厚度（例题）2.在多层定态导热中，分析并找出关键热阻二对流传热6实验26实验24实验2一、知识：1.了解对流传热基本原理，熟练掌握牛顿冷却定律及对流传热系数的影响因素，并了解层流内层对传热效果的影响2.了解圆管内低粘度流体无相变强制湍流的对流传热系数一般关联式及应用范围3.了解有相变对流传热的基本概念二、技能：1.能分析对流传热系数的影响因素，能提出对流传热的强化途径＃2.能正确选用对流传热系数的经验关联式＃3.能分析冷凝与沸腾传热分析对流传热系数的数值范围与影响因素圆形管内无相变强制湍流时的对流传热系数计算对流传热系数的测定（水蒸气与空气、水蒸气与水之间的传热过程）三传热计算：换热面积的确定664一、知识：掌握热负荷的概念及确定方法熟练掌握平均温度差的确定方法掌握传热基本方程和总传热系数，并了解总传热系数的物理意义和影响因素二、技能：会典型的传热计算（载热体热量、平均温度差等）能为给定的换热任务确定换热面积，能判断已知的换热器是否合用＃能提出强化传热的措施给定换热任务的总传热系数的确定，并指出关键热阻确定能满足换热任务的换热器的换热面积四换热器442一、知识：掌握列管式换热器的结构与特点，并了解其他换热器的结构和特点（如蛇管式、套管式和板式换热器等）＃了解列管换热器设计和选型原则以及步骤＃了解列管式换热器操作的控制方案了解热管的工作原理和特点二、技能：能进行列管式换热器的开车、停车操作及常见故障分析与处理＃能按照操作指标控制列管式换热器中的各操作参数＃能进行其他换热器的开车、停车操作各类换热器的模型识读，并比较不同类型的换热器认识环己酮生产装置中的换热系统仿真操作各类换热器模块三蒸发1022一单效蒸发411一、知识：了解蒸发的概念、分类及蒸发操作的特点掌握蒸发设备的结构、工作原理、型号及特点※＃掌握单效蒸发的计算（物料衡算、热量衡算）二、技能：能识读蒸发工艺流程，并能说明蒸发装置的工作过程※＃能进行单效蒸发的核算，确定蒸发设备的参数，如加热蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积等蒸发设备的模型识读及蒸发工艺流程解读给定蒸发任务核算加热蒸汽消耗量和蒸发器的传热面积二多效蒸发6实验211一、知识：掌握二次蒸汽的概念，了解沸点升高和传热温度差损失的概念了解加热蒸汽的经济性，掌握蒸发设备的生产能力与生产强度※＃掌握多效蒸发过程的物料衡算与热量衡算，并了解蒸发操作的节能措施及蒸发操作过程中的影响因素※＃掌握蒸发设备的选型原则及步骤，※＃了解蒸发操作规程与相关安全知识二、技能：※＃能识读多效蒸发工艺流程，并解读蒸发过程的操作控制方案，分析常见蒸发异常现象及提出处理方法※＃能根据生产要求，通过相关核算，选用合适的蒸发设备及主要参数※＃能进行蒸发器操作，完成给定蒸发任务识读多效蒸发流程，并比较单效蒸发与多效蒸发的特点选用合适的蒸发设备模块四非均相分离822一沉降分离411一、知识：了解非均相分离在化工生产中的应用及非均相的概念了解重力沉降和离心沉降的基本原理，掌握沉降速度的计算方法和降尘室的生产能力及其影响因素掌握旋风分离器的工作原理及影响性能的主要因素，了解粒级效率的概念二、技能：1.※＃能进行常见离心机的开停车步骤及正常操作控制2.※＃能根据处理对象的性质旋风分离器类型的选用原则3.※＃能根据生产任务，选用符合生产能力要求的降尘室。旋风分离器的结构模型离心机的操作二过滤分离4实验211一、知识：了解过滤操作基本原理、过滤基本方程式了解板框式压滤机、叶滤机等过滤设备的结构与特点了解现代过滤操作，如静电除尘和布袋除尘等二、技能：※＃能进行常见过滤机的开停车步骤及正常操作控制※＃能进行常见板框式压滤机的常见故障及处理方法和简单的日常维护板框式压滤机的操作：低、中、高不同压力下恒压过滤操作模块五气体吸收221412一吸收传质过程644一、知识：了解吸收在化工生产中的应用，吸收的分类及其与解吸的关系熟练掌握相平衡与亨利定律了解传质的基本方式与基本方程式掌握双膜理论，了解吸收速率方程，及相间传质速率方程、总传质系数与分传质系数的概念。了解溶质渗透理论和表面更新理论二、技能：能识读吸收工艺流程※＃能根据吸收任务选择合适的吸收剂能分析双膜理论中的气膜阻力和液膜阻力，并能提出强化传质的措施环己酮装置中的吸收工段流程解读根据吸收要求选择合适的吸收剂分析双膜理论中的气膜阻力和液膜阻力二吸收塔计算644一、知识：熟练掌握吸收塔的物料衡算和吸收率、最小液气比熟练掌握传质单元高度和传质单元数及其影响因素※＃了解解吸过程及其计算二、技能：能根据分离要求确定吸收剂的用量能确定吸收塔的填料层高度※＃能分析改变参数对吸收塔的设计结果所产生的影响常压下单组分，低浓度吸收的工艺计算：根据分离要求确定吸收剂的用量由生产任务计算吸收塔填料层高度（对数平均推动力法）解吸塔的计算（物料衡算、最小汽液比等）三吸收塔操作10实验46实验24实验2一、知识：掌握填料塔的结构，填料的作用、性能和种类了解填料吸收塔的操作规程与相关安全知识了解泛点气速与填料塔流体力学性能※＃化学吸收过程及吸收与解吸联合使用操作二、技能：＃能选择合适的塔设备类型和适宜的填料能进行填料吸收塔的开停车和正常运行操作※＃能对吸收过程流程解读与操作规程解读水吸收二氧化碳填料塔操作环己酮装置中的吸收操作给定生产任务确定吸收塔的工艺尺寸（塔径等）合成氨工艺中的化学吸收法脱碳模块六液体蒸馏301814一蒸馏传质过程644一、知识：了解蒸馏在化工生产中的应用及蒸馏的分类（简单、平衡蒸馏和精馏等）掌握双组分理想物系的汽液相平衡：拉乌尔定律、相对挥发度、相平衡方程和汽液平衡图（t—x—y，y—x）等，并了解杠杆规则及其应用※＃了解双组份非理想物系及其汽液平衡图（如乙醇与水、硝酸与水等）熟练掌握精馏原理（传质与传热，精馏段与提馏段）二、技能：能用相对挥发度判断混合液的分离难易程度能解读物系的汽液平衡图※＃会应用精馏原理分析精馏过程（传质过程等）苯与甲苯、乙醇与水等汽液平衡图解读识读简单蒸馏与平衡蒸馏的流程二精馏塔计算844一、知识：熟练掌握精馏塔的全塔物料衡算，精馏段和提馏段操作线方程，并了解精馏塔计算的条件掌握q的物理意义，熟练掌握q线方程、图示和应用熟练掌握双组分精馏塔计算（图解法及逐板计算法求理论塔板数、回流比的选择等），并了解捷算法求理论塔板数、塔板效率、实际板数的计算等）※＃了解其他类型的连续精馏（塔顶分凝器、多股进料、有侧线出料等）二、技能：能绘制精馏段和提馏段操作线会双组分连续精馏塔的工艺计算（理论塔板数、回流比选择等）能根据生产任务和分离要求确定板式塔的塔板数※＃能分析参数改变对精馏塔的设计结果的影响绘制精馏段和提馏段操作线由分离要求确定理论塔板数求最小回流比三精馏塔操作12实验68实验46实验4一、知识：1.了解连续精馏的操作规程与相关安全知识2.了解精馏装置的结构及作用（筛板塔、浮阀塔和泡罩塔）3.了解板式塔的流体力学性能（压降、液泛、雾沫夹带、漏液等），及板间距的概念※＃4.熟练掌握精馏过程的主要控制参数及其对精馏塔操作的影响，灵敏板的概念二、技能：＃1.能识读给定物系连续精馏工艺流程及操作方案控制解读2.能根据连续精馏的安全操作规程，进行精馏塔的开停车操作和稳定生产操作※＃3.能根据精馏塔的温度、压力、回流量、液位等测量仪表显示的数据，分析、判断故障产生的原因，提出解决办法并排除故障（如液泛、雾沫夹带、漏液等异常工况）※＃4.会使用灵敏板温度变化判断塔内组成变化趋势，并及时采取调节措施精馏过程的主要控制参数（压力、回流比）和进料热状况、进料组成对精馏操作的影响板式塔与填料塔比较乙醇与水连续精馏操作环己酮精制中的精馏操作四特殊精馏420一、知识：＃了解间歇精馏过程的特点及应用场合＃掌握恒沸精馏与萃取精馏的基本概念与区别※＃了解多组分精馏基础、三效精馏等二、技能：＃能识读典型特殊精馏的工艺流程※＃能根据组份的性质选择合适的夹带剂或萃取剂恒沸精馏生产工艺流程解读萃取精馏生产工艺流程解读模块七液液萃取6实验221一、知识：了解萃取操作特点，萃取操作在工业生产中的应用（萃取的工业实例、目的、原理和实施方法）熟练掌握液—液萃取平衡关系：三角形相图、物料衡算与杠杆定律、部分互溶物系的相平衡、配系数与选择性系数等※＃了解萃取设备（连续接触萃取设备）的结构、工作原理、特点及其操作※＃掌握萃取过程的计算：单级萃取，了解多级二、技能：※＃能为混合液分离选择合适萃取剂，并能对给定的萃取分离任务确定级数※＃能按要求完成萃取系统开、停车操作※＃能进行萃取塔操作控制，并能分析和处理操作异常1.连续接触萃取设备的结构、工作原理、特点及其操作2.实例：芳烃抽提等3.三角形相图在单级萃取中的应用模块八固体干燥8实验221一、知识：了解固体干燥的概念及干燥过程的分类熟练掌握湿空气的状态参数及其计算（湿球温度、绝热饱和干球温度等）掌握湿空气的湿度图及其应用※＃了解常用典型干燥器的工作原理及特点、选型原则※＃掌握干燥过程的物料衡算，并了解干燥过程的热量衡算（如热效率、干燥效率等概念）※＃了解干燥机理及物料所含水分性质，了解干燥速率及其影响因素，与恒定干燥条件下的干燥时间二、技能※＃能正确选择干燥设备，并能合理安排流程，能做开车检查、准备工作；能按要求完成开停车操作※＃能根据干燥任务确定干燥介质的状态（温度、湿度），并能根据操作现象判断产生原因并确定处理方法。固体干燥操作（对流干燥）：干燥曲线与干燥速率曲线的测定干燥过程的物料衡算：水分的蒸发量和干空气消耗量等注：表格中带※，表示非《化工单元操作B》所学内容；表格中带＃，表示非《化工单元操作C》所学内容考核方式考核方式建议能综合反映学生的知识、能力和素质的考核方法。可以采用实践技能与理论知识考试结合、终结性与过程性结合、课程教学考试与职业资格考试结合、教师评价与学生评价结合等考核方法。建议考核制度：1.终结性与过程性结合课程成绩=过程性考核为70%+期末终结性考核为30%