《化工原理》课程教学大纲

《化工原理》课程教学大纲一、课程信息课程代码318BH011课程名称化工原理课程性质专业必修课学分5学时80先修课程数学、大学物理适用专业生物工程课程简介：《化工原理》课程教学目的是使学生通过本课程的学习，掌握化工单元操作的基本原理和计算方法，熟悉所用设备的结构特点、操作性能并能对设备选型，为后续专业课程的学习奠定基础。课程主要内容包含：绪论、流体流动、流体输送机械、非均相物系分离、传热、蒸馏、吸收和萃取。该课程的教学目标是使学生掌握化工主要单元操作的定义、分类、特点、基本定理和规律，对化工单元操作具备建立适当模型并进行正确表达的能力；掌握主要单元操作基本公式，具备模型构建和求解的能力；掌握化工单元设备操作的技术和方法，并能理解设备操作的影响因素。二、课程目标通过本课程的学习，学生应具备以下几方面的目标：1.通过本课程学习，学生掌握化工主要单元操作的定义、分类、特点、基本定理和规律，对化工单元操作具备建立适当模型并进行正确表达的能力；2.通过本课程学习，学生掌握主要单元操作基本公式，具备模型构建和求解的能力；3.通过本课程学习，学生掌握化工单元设备操作的技术和方法，并能理解设备操作的影响因素。课程目标对毕业要求的支撑关系表课程目标毕业要求指标点2.2能够基于数学、自然科学和生物工程专业知识，建立适当的数学模型，正确表达复杂生物工程问题1.2能针对一个系统或过程建立适当的数学模型并求解3.1掌握生物工程工艺设计及产品开发的技术和方法，并了解影响设计目标和技术方案的各种因素课程目标1.H课程目标2.H课程目标3.M三、教学内容与预期学习成效知识单元对应课程目标知识点预期学习成效实现环节学时0.概述课程目标11)单元操作的基本原理；2)基本的工程思路：三传3)单位制度及单位换算；4)本课程的内容；5)物料衡算与热量衡算举例计算知识目标：理解单元操作概念及其在生物工程过程中的地位，了解三传理论；掌握衡算原则和衡算基本方法;认知本课程目的和任务。能力目标：能对单元操作进行简答表达。教学方法：课堂讲授、网络答疑；教学手段：多媒体教学。2课程思政元素：探索精神、工匠精神和使命担当。课程思政教学内容设计：分析发展史的来龙去脉，激发学生探索精神；结合单元操作发展的历史，从牛顿、雷诺、斯托克斯、道尔顿、傅里叶等，到中国的郭慕孙、顾毓珍、苏元复、范旭东、侯德榜等，通过这些科学家或爱国实业家的事迹，引导和激发学生们学习他们不畏艰辛、勇于探索的精神和严谨的治学态度。用这些科学家追求真理的历程，来引导学生，教育学生，让科学家、学者、大师的科学人生成为激励他们奋发努力学习的动力，激发学生挑战学科前沿的勇气，培养学生的使命感。1.流体流动课程目标1、2、31)流体的物性，包括连续性、流动性、黏性、密度、黏度；2)流体静力学基本方程及其应用；3)伯努利方程及其应用；4)层流和湍流；5)管流速度分布；6)管内流动的阻力损失的计算；7)管路计算；8)流速、流量的测定。知识目标：掌握流体的主要物性（如密度、粘度等）数据的求取及不同单位间的换算，理解流体流动中的连续性、稳定性；掌握流体静力学基本方程及其应用；理解流体流动的质量衡算和机械能衡算概念，掌握连续性方程和伯努力方程及其应用；理解层流和湍流以其边界层概念；掌握管内流动阻力的计算，掌握各种局部阻力的计算；掌握简单管路的计算；了解各种测速装置，掌握孔板流量计及其校正原理和方法。能力目标：能正确使用流体流动数学模型并正确求解，解决流体流动的复杂问题。教学方法：课堂讲授、网络答疑；教学手段：多媒体教学。12课程思政元素：抗挫能力、工匠精神和牢记初心教育课程思政教学内容设计：试差计算是多数单元操作过程常用的计算方法，如管路计算，试差计算过程是不断臻于真值的过程，籍此培养学生的抗挫能力以及工匠精神培养。同时，也可以用于培养学生不断追求、勇于探索精神的培养。另外，试差计算的过程也是不忘初心、砥砺前行、精益求精、方得始终、一丝不苟的严谨作风教育的良好素材。2.流体输送机械课程目标1、2、31)离心泵结构、操作原理和类型；2)离心泵的理论压头和实际压头；3)离心泵特性参数和特性曲线；4)离心泵的工作点和流量调节；5)离心泵安装高度的确定；6)离心泵的选用。知识目标：了解离心泵操作原理、构造与类型，理解气缚和气蚀现象；理解流量、压头、功率和效率的概念，掌握离心泵的特性曲线及其应用；理解离心泵工作点概念，掌握管路特性方程的求取方法和流量调节方法；掌握离心泵操作要点、安装高度的计算和选型方法。能力目标：能正确使用离心泵特性曲线及其应用，能正确选用离心泵。教学方法：课堂讲授、网络答疑；教学手段：多媒体教学。10课程思政元素：思政育人、使命感课程思政教学内容设计：单元操作设备以离心泵的发展为例。泵的产生起源于人类生产和生活中水的提升，公元前17世纪埃及的链泵和中国的桔槔、公元前11世纪出现的辘轳及公元1世纪出现的水车都是早期泵的雏形。公元前3世纪，阿基米德就发明了螺杆泵；公元前200年左右，古希腊人就发明了灭火器，这是最原始的活塞泵，蒸汽机出现后，活塞泵得以迅速发展；20世纪20年代起，离心泵的转速提高促进离心泵的发展，这一时期隔膜泵、柱塞泵、真空泵等应用日益增多；后来在雷诺等科学家的理论研究和实践的基础上，离心泵的效率大大提高，成为现代应用最广、产量最大的泵。3.非均相物系分离课程目标1、2、31)颗粒相对于流体的运动；2)重力沉降和离心沉降；3)流体通过固体颗粒床层的运动；4)过滤操作的原理；5)过滤基本方程式，恒压过滤，恒速过滤与先恒速后恒压的过滤；6)过滤常数的测定；7)过滤设备：板框过滤机。知识目标：了解固体颗粒特性和固定床特性；掌握颗粒沉降速度的计算；了解降尘室的操作原理，掌握其设计方法；了解旋风分离器的操作原理，掌握其分离性能计算方法和选型方法；理解过滤过程的基本原理；了解板框压滤机、叶滤机、转筒过滤机的构造和操作原理；掌握过滤速率方程及其在恒压操作条件下的应用；掌握过滤机生产能力的计算。能力目标：能合理选用沉降和过滤数学模型并求解，并用于实际的非均相物质的分离问题。教学方法：课堂讲授、网络答疑；教学手段：多媒体教学。12课程思政元素：职业道德、使命担当课程思政教学内容设计：雾霾天气的现象，分析其成分和出现的原因等，雾霾主要包含二氧化硫、氮氧化物和颗粒物，人类排放的细颗粒物超过大气循环和承受能力，细颗粒物将持续累积，如受静稳天气等气候条件的影响，就发生大面积的雾霾。引出人类在生产和生活过程中，要减少颗粒物的排放，含尘气体在排放至大气中一定要进行处理，利用非均相物系分离手段，如采用旋风分离器等进行颗粒物分离，从而减少雾霾形成的必要条件，用数据、图片、视频等介绍雾霾的危害，让学生树立绿色环保理念，建立起可持续科学发展观和绿色生态技术观。4.传热课程目标1、2、31)传热方式；2)傅立叶定律及其在一维稳态（平壁和圆筒壁）热传导中的应用；3)两流体通过间壁的传热分析；传热方程和传热系数；4)牛顿冷却定律；对流传热膜系数及其影响因素和半经验公式；5)传热效率和传热单元数法；6)换热器传热过程的强化，传热过程强化效果的评价，管壳式换热器的设计和选型。知识目标：理解稳态傅立叶定律，熟练掌握稳态导热的计算；理解两流体通过固体壁传热的概念，掌握传热速率方程、热量衡算方程和传热系数的计算；理解对流传热的概念以及牛顿冷却定律；理解对流传热膜系数的准数方程式，并能分析各种因素对不同情况下对流传热的影响；了解化工生产中常用的换热设备。能力目标：能正确分析传热过程并选用合适模型求解，并利用结果去分析和解决实际传热问题，包括传热设备的选用。教学方法：课堂讲授、网络答疑；教学手段：多媒体教学。12课程思政元素：抗挫能力、工匠精神课程思政教学内容设计：在18世纪30年代英国工业革命促进生产力发展的大背景下，对流传热逐步发展起来。对流换热方面做出突出贡献的科学家主要有雷诺、努塞尔、普朗特、冯卡门、施密特、埃克特等。“流动和换热密不可分”，流体流动的理论是对流换热理论的基础。1880–1883年间，雷诺进行了大量的实验研究，发现了后来以他的名字命名的准则数对流动形态的影响，对指导实验研究做出了巨大的贡献。1909年和1915年努塞尔对强制对流和自然对流的基本微分方程及边界条件进行量纲分析后获得了有关无量纲准则数之间的原则关系，开辟了在无量纲准则关系式的正确指导下，用实验方法求解对流传热问题的一种基本方法。在对流传热的微分方程的理论求解方面，1904年普朗特边界层理论的提出特别引人注目，1939年的卡门等也对湍流计算模型的发展起到积极的作用。5.蒸馏课程目标1、2、31)蒸馏概述；2)双组分混合物的汽液平衡；3)精馏原理；4)双组分混合物连续精馏的分析和计算；5)物料衡算和操作线；6)回流比、进料状况和q线方程；7)回流比的影响和选择。知识目标：理解双组分理想物系的相平衡、露点方程、泡点方程、气液平衡图、相对挥发度；掌握精馏原理；掌握精馏塔的全塔物料衡算，精馏段和提馏段操作线方程、q线方程、了解其物理意义、图示和应用；掌握双组分精馏塔设计型计算（图解法及逐板计算法、进料状况的影响、回流比的选择、实际板数的计算）；掌握双组分连续精馏塔的操作型计算；了解间歇精馏过程的特点及应用场合，恒沸精馏与萃取精馏的基本概念；掌握板式塔的结构性能。能力目标：能正确分析相平衡，利用精馏操作原理解决精馏实际问题。教学方法：课堂讲授、网络答疑；教学手段：多媒体教学。12课程思政元素：团队意识、职业道德、社会责任感课程思政教学内容设计：从精馏塔和吸收塔等设备的操作，培养学生团队协作意识和安全、环保意识；精馏实验结束后的残液，不能随意丢弃，要对自己和他人负责，培养学生良好的责任心；学生学习完精馏单元操作之后，教师提出：不法奸商制造的假酒中，含有甲醇或增塑剂，如何分离？鼓励学生查阅资料，了解假酒的危害，学生学以致用，切实感受到自身的价值。结合毒品制造案件，教育学生不能唯利是图、涉毒贩毒，罔置道德于不顾，危害社会。教育学生今后在工作岗位上，绝不制造假药、假酒等假产品和毒品，不能随意更改设备参数和生产工艺，切记安全操作，一定要有崇高的职业道德、良好的职业素养和强烈的社会责任感。6.吸收课程目标1、2、31)吸收概述；2)气体在液体中的溶解度与亨利定律；3)吸收速率方程；4)吸收塔物料衡算和操作线；5)液气比及吸收剂用量的确定；6)传质单元和传质单元高度。知识目标：掌握气体在液体中溶解度的表示方法和亨利定律的三种形式；掌握吸引速率方程、总传质系数和传质分系数之间的关系；掌握吸收塔物料衡算和操作线方程；掌握低浓度气体吸收塔溶剂用量和填料层高度、理论塔板数的计算；了解脱吸的特点，掌握脱吸的计算方法。能力目标：能利用吸收数学模型进行吸收计算和分析，并能进行简单的吸收塔设计计算。教学方法：课堂讲授、网络答疑；教学手段：多媒体教学。10课程思政元素：职业道德、使命担当课程思政教学内容设计：目前大气污染主要成分是含硫化合物、含氮化合物、碳的氧化物、含卤素化合物、颗粒物等，其中含硫化合物、含氮化合物最为常见，这些污染物经常造成酸雨腐蚀建筑物和损害动植物等，并且会导致人体患呼吸系统疾病甚至癌症等，因此在工业中，废气排放至大气中之前，必须对其有害成分进行处理，介绍一些常见工业废气的例子，让学生提出通过吸收将其中的有毒成分除去或者降低的方案，通过这些案例让学生养成良好的职业道德。7.萃取课程目标1、2、31)液液萃取概述；2)三角形相图及其在单级萃取中的应用；3)单级萃取计算；4)最少溶剂的计算；5)萃取剂的选择；6)单级萃取、多级错流和多级逆流萃取的流程。知识目标：掌握三元物系组成、液液平衡关系、萃取过程在三角形相图图解中的表示方法；掌握萃取剂的选择原则；掌握萃取剂和原溶剂部分互溶和不互溶两种情况下的单级萃取的流程和计算；了解常用萃取设备的结构特点及其适用场合。能力目标：能利用三角形相图解决萃取计算、分析、作图等实际萃取问题。教学方法：课堂讲授、网络答疑；教学手段：多媒体教学。8课程思政元素：职业道德、使命担当、环保意识课程思政教学内容设计：萃取过程适宜萃取剂用量，单纯以经济效益为目标追求经济效益最大化而忽视环境、资源有效利用率的时代已经成为过去。随着全球能源结构和资源的日益紧缺，更为合适的萃取剂用量值得深入研究和被认识，籍此在教学过程中，对学生加强新型能源和资源利用观点和意识教育。8.干燥课程目标11)湿空气性质；2)湿度图及其应用；3)平衡过程的物料衡算和热量衡算；4)干燥速度与干燥时间；5)干燥器的类型与选用。知识目标：掌握干燥过程原理、目的及实施；掌握湿空气性质及计算，湿度图构成及应用，干燥过程中空气状态的确定；了解干燥过程的物料衡算与热量衡算；了解恒定干燥条件下干燥速率与干燥时间计算；熟悉物料中所含水分的性质及干燥机理，熟悉结合水分、自由水分和临界水分的概念及相互关系。能力目标：能对干燥过程进行简单的表述。教学方法：课堂讲授、网络答疑；教学手段：多媒体教学。2四、成绩评定及考核方式（一）考核及成绩评定方式考核与成绩评定表课程目标内涵观测点考核与评价方式及成绩比例（%）合计（%）形成性过程考核终结性考核平时表现作业期末考试课程目标12.29518.232.2课程目标21.2352836课程目标33.13523.831.8汇总151570100本课程总评成绩由以下方式给出，即：总评成绩=考试成绩×70%+平时成绩×15%+作业成绩×15%，其中：考试成绩：根据课程的理论知识考试成绩给出，考试采用闭卷形式进行。满分100分，占总评成绩的70%。平时成绩：根据课程内容对学生在课堂上的回答问题的表现情况和雨课堂知识点答题情况给分。对课程目标1、课程目标2和课程目标3均有所支撑，其中课程目标1占60%，课程目标2占20%，课程目标3占20%。作业成绩满分100分，占总评成绩的15%。作业成绩：按照教学进度，教学过程中布置3次作业，作业1支撑课程目标1、作业2支撑课程目标2、作业3支撑课程目标3、。作业成绩满分100分，占总评成绩的15%。（二）评分标准平时表现评分标准（以满分100计）评价指标（100分）优（90%-100%）良（80%-90%）中（60%-80%）差（0%-60%）到课及课堂练习提交情况（33分）不缺课，课堂练习提交，正确率高不缺课，课堂练习缺少，正确率高缺课1-2次，课堂练习缺少，正确率不高缺课2次以上，课堂练习缺少，正确率不高积极、正确程度（33分）积极，了解学习内容的重难点，提出疑问老师讲解后能充分理解。老师鼓励后积极、踊跃，对学习内容提出疑问，但学习重点和思路不清晰。老师鼓励后积极度不高，对于大家提出的共性疑问有互动。消极，没有互动和疑问课堂测试得分（33分）依答案给分，乘以换算系数作业评分标准（每项内容均以100分计）内容优（90%-100%）良（80%-90%）中（60%-8