化工原理课程教学大纲(理论和实验)

《化工原理》课程教学大纲一、课程基本情况课程编号素质学分数41.课程名称（中文）化工原理（英文）PhysicalChemistry2.课程类别专业素质教育必修核心素质教育3.课程学时及其分配总学时：64理论教学学时：48实践教学学时：164.适用院系、专业生命科学学院制药工程系5.先修课程预备知识《无机化学》《高等数学》《分析化学》《有机化学》二、本门课程的意义、作用及教学目的、要求1.本门课程的意义、作用意义：《化工原理》课程是是制药工程的一门专业基础主干必修课，是今后从事制药工程技术以及化学化工研发必不可少的重要专业基础课程。本门课程属工程学科，用自然科学的原理考察.解释和处理工程实际问题，既具有基本的原理理论，又具有广泛适用的工程性；该课程重点阐述单元操作的基本原理和设备结构，并介绍相关的传递过程基础，；它以高等数学.物理及物理化学.计算技术为基础，将自然科学的普遍规律应用于解决工程问题，是承前启后.是后续专业课的基础，由理及工的桥梁。作用：本课程担负的任务是研究化工生产过程中以物理加工过程为主要背景归纳而成的若干共性规律，并应用这些共性规律进行设计计算.指导操作.强化过程及延伸拓展；该课程强调工程观点.定量运算.实验技能和设计能力的训练，强调理论联系实际，培养学生的技术经济观点，学会分析和解决工程问题的能力。2.教学目的及要求目的：【专业素质】知识目标：（1）掌握化工原理的基础理论和基本知识，正确运用化工单元的基本规律.满足化工过程的各种要求。（2）掌握各种化工单元操作的理论、作用原理及要求。能力目标：（1）掌握化工单元操作技能。（2）将化工单元的的基本知识与技术运用于药物的研发.生产及其制备工艺的设计等工作中。方法目标：实施开发内化教学模式。【非专业素质】（1）树立用实践检验理论的理想；（2）耐心细致.吃苦耐劳的职业素质；（3）开拓创新.团结协作的精神。要求：要求学生具有扎实的化学工程基础理论知识，学会研究化学工程问题的方法，建立化学工程观，掌握传递过程和化学反应过程的基本原理，熟悉化工过程常用设备的原理.构造和应用，提高学生的素质，培养他们的创新精神和创造能力，使学生具有较强分析问题和解决工程实际问题的能力。三、课程内容第一章流体流动(6学时)掌握和理解：1.静力学方程；2.柏努利方程；3.连续性方程。第一节流体流动概述流体静力学第二节管内流体流动的基本方程式第三节管内流体流动现象第四节管内流体流动的摩擦阻力损失第五节管路的计算第六节流量的测定第二章流体输送机械（4学时）掌握和理解：1.离心泵特性；2.工作点流量调节；3.离心泵的安装高度。第一节离心泵第二节其他类型化工用泵第三节气体输送机械第三章沉降与过滤（4学时）掌握和理解：1.沉降分离；2.过滤计算第一节概述第二节重力沉降第三节离心沉降第四节过滤第四章传热（10学时）掌握和理解：1.三种传热方式（导热.对流.辐射）；2.传热计算方法第一节概述第二节热传导第三节对流传热第四节两流体间传热过程的计算第五节热辐射第六节换热器第五章吸收（10学时）掌握和理解：1.四大类吸收速率方程与填料层高度方程的建立；2.低浓度与高浓度气体吸收的计算。第一节概述第二节气液相平衡第三节吸收过程的传质速率第四节吸收塔的计算第五节填料塔第六章蒸馏（12学时）掌握和理解：1.二元连续精馏过程的设计型计算；2.二元连续精馏过程的操作型计算。第一节双组分溶液的汽液相平衡第二节蒸馏与精馏原理第三节双组份连续精馏的计算和分析第四节间歇精馏第五节恒沸精馏和萃取精馏第六节板式塔第七章干燥（2学时）掌握和理解：1.干燥的概念及方法：2.干燥过程的物料衡算和热量衡算。第一节概述第二节湿气的性质及湿度图第三节干燥过程的物料衡算和热量衡算第四节物料的平衡水含量与干燥速率第五节干燥设备【教学重点与难点】科目章次标题重点难点化工原理绪论1.单元操作的概念1.物理量的单位与量纲第1章流体流动1.静力学方程2.柏努利方程3.连续性方程1.伯努利方程的应用2.管路阻力损失的计算3.流量计的原理第2章流体输送机械1.离心泵特性2.工作点流量调节3.离心泵安装高度1.掌握汽蚀想象及其原因2.泵的工作原理第3章沉降与过滤1.沉降分离2.过滤计算1.理解沉降速度2.掌握沉降的计算第4章传热1、三种传热方式（导热.对流.辐射）2.传热计算方法1.三种传热的本质2.并流和逆流传热的选择3.传热过程的计算4.换热器的设计第5章吸收1.四大类吸收速率方程与填料层高度方程的建立2.低浓度与高浓度气体吸收的计算1.吸收的原理2.低浓度气体吸收的计算第6章蒸馏1.二元连续精馏过程的设计型计算2.二元连续精馏过程的操作型计算。1.精馏的原理2.双组份精馏的计算3．精馏塔的设计第7章干燥1.物料干燥的方法2.干燥过程的计算1.湿空气性质（相对湿度、湿度等概念）2.干燥的计算【学时分配】章次标题课时理论实践备注第1章流体流动1064第2章流体输送机械844第3章沉降与过滤844第4章传热14104第5章吸收1010第6章蒸馏1212第7章干燥22合计644816注：1、理论48学时。2、每个教学单元的三习题：见习题清单。四、实践环节实验目的和内容实验一蕾诺实验实验目的：1.观察流体在管内流动的两种不同型态；2.观察滞流状态下管路种流体速度分布状态；3.测定流动形态与雷诺数Re之间的关系及临界雷诺数值。实验内容：1.依次检查实验装置的各个部件，了解其名称与作用，并检查是否正常；2.先开排空阀再开进水阀，待有机玻璃水槽溢流口有水溢流出来之后稍开排水阀，调节红色指示液至适度，改变水流量观察滞流状态及湍流状态下红色指示液的流动形状并对过渡区作好仔细观察；3.调节水量由较大值缓慢减小，同时观察红色指示液流动形状，并记下指示液成一条稳定直线、指示液开始波动、指示液与流体（水）全部混合时通过秒表和量筒来确定的流量，计算Re，将测得的Re临界值与理论比较；4.重复步骤三～五次，以计算Re临界平均值；5.先关闭阀1、11，使观察玻璃管6内的水停止流动。再开阀1，让指示液水流出1～2cm后关闭1，再慢慢打开阀9，使管内流体作滞流流动。观察此时速度分布曲线呈抛物线状态；6.关闭阀1、进水阀，全开阀9，排尽存水，清理现场。实验二流体阻力的测定实验目的：1.掌握流体阻力及一定管径和管壁粗糙度下摩擦系数λ的测定方法；2.掌握测定局部阻力系数ζ的方法；3.掌握摩擦系数λ与雷诺数Re之间的关系及工程意义。实验内容：1.了解实验流程图，熟悉实验各装置的作用和原理；2.检查水槽液位是否够用，必要时应为水槽加水；如实验时间稍长，水槽水量不够，可以向水槽加自来水，便可保证水槽的水量；3.开始实验前先灌泵，避免在空载状态下开车。打开电源开关，关闭泵出口阀打开泵电源开关。打开连通阀，将泵出口阀打至最大，等待几分钟后关闭出口阀，反复开关控制屏上的排空阀对管子和U型压差计进行排气；4.关闭连通阀再开关排空阀几次对压差计调零；5.将流量由小逐渐增大，流量每变一次需等待几分钟使压差计内读数稳定后，记录下U型管的液柱高度差；6.流量在增加过程中，其流量开始时增加的间隔较为缓慢，一般为10L/h。当流量增大到150L/h后便以50L/h的流量来增加；7.在实验过程中，首先U型管液柱高度差应当是逐步增加的，到流量增到一定时，液柱高度差逐渐减小，如果不符号这一规律，应当从流量为最大值时开始，逆向操作（即逐步减少流量），直至流量为零为止。此时，U型管液柱高度差应当是先逐步减小，再慢慢增大；8.如果实验结果符合正常实验规律，即可终止实验。先关闭水的出口阀，再停泵，最后关闭电源开关；9.局部阻力系数的测定方法与直管阻力的测定一致。只是通过转向阀使液体流入弯管。实验三孔板流量系数的测定实验目的：1.了解节流式流量计的构造和应用；2.掌握流量计的流量校核方法；3.通过对流量计流量系数的测定，了解流量系数的变化规律。实验内容：1.关闭所有阀门，打开电源，启动微型泵；2.打开控制屏上U型管压差计连接管中间的连通阀，缓慢开启泵出口阀至最大开度（注意防止指示液冲出），持续5分钟，以排除管道内残存的气体；3.逐渐关闭U型管压差计连接管中的连通阀，注意指示液上升的最大高度；4.逐渐减小离心泵出口阀的开度（每次的减小量约为压差计最大读数的1/10），注意每次记录计量筒中上升一定的液位高度所需要的时间；5.从大到小（或从小到大）调整阀门开度，重复步骤4，取得约10组数据；6.然后重复步骤4～5，共做三次，若数据变法趋势相似，即可结束实验；7.关闭离心泵出口阀，关闭离心泵，关闭总电源；8.清扫实验室现场，结束实验。实验四传热实验实验目的：1.熟悉传热实验的实验方案设计及流程设计；2.了解换热器的基本构造与操作原理；3.掌握热量衡算与传热系数K及对流传热膜系数α的测定方法；4.了解强化传热的途径及措施；5.掌握热电偶的测温原理及电位差计的使用。实验内容：1.实验前应熟悉实验流程，做好实验的准备工作；2.检查电源连接是否正确，风机、加热装置工作是否正常，设备密封是否良好；3.检查蒸汽发生器内水位是否符合要求，必要时加水。以免热管烧坏；4.检查热电偶接触是否良好，看热电偶插入处有无脱落；5.实验正常操作前应打通冷却水，排除换热器内的不凝性气体。稍开放空阀排不凝性气体；6.启动电源开关后，电源指示灯亮；打开蒸汽发生器加热开关。将蒸汽发生器加热温度仪表设定至所需温度值，然后调节“调节1”、“调节2”旋钮，顺时针旋转，电流表显示数值将逐步加大；大约75摄氏度左右时把两个调节旋钮调小一点，或者关掉一个调节（防止热惯性所造成的温度不稳定现象）；7.由于热电偶测量时存在一定的误差，故蒸汽温度显示90度左右时蒸发器内的水已经沸腾。此时可以打开风机开关调节风量调节阀，开始进行传热实验；8.在实验过程中热流体出口温度有可能高于蒸汽温度，原因是一方面换热器内部结垢严重，另一方面是传热过程中给的热量大，导致热流体出口温度高于蒸汽温度；9.读取实验数据时应待操作稳定后才开始进行，一组实验数据应连续进行测定，两组数据间应有一定的稳定时间，每组实验数据的测温点应始终保持不变，以减少系统误差。各组实验数据间操作状态的改变，通过调节风机出口阀的开度，开大阀门则增加冷流体进料量，调小反之；10.实验完毕，应先关掉蒸发器开关，将调节1、调节2调至零，停止加热；风机和循环冷却水继续工作一段时间，待蒸发器温度降至50度以下再关掉所有电源开关和循环冷却水，结束实验。实验学时安排：序号实验项目实验学时实验类别实验类型课程性质开设专业1雷诺演示实验4专业基础验证必修制药工程2流体阻力的测定4综合实验验证必修制药工程3孔板流量系数的测定4综合实验验证必修制药工程4传热实验4综合实验验证必修制药工程实验成绩的考核和评定方法：本实验是按学生的实验预习、实验纪律、动手能力及实验报告结果准确与否综合考核实验成绩，评定方法采用百分制，实验课总成绩占平时总成绩的20%。五、建议教学方法教学模式：开发内化教学模式。教学方法：动画音像播放、讨论、现场参观、互动式教学、头脑风暴等。在教育教学活动中，改变传统以知识教育为本位的教育理念，通过实施开发内化教学模式，有效开启学生智慧，发掘学生潜质，促进学生将教学内容从观念、品格、知识、能力、方法五个方面内化为自身素质。通过开发内化教学模式下课堂教学管理研究，打造开发内化教学模式下课堂管理特色，提高学生课堂学习的参与度和自主学习的程度，促进学生自主学习能力和创新能力的培养，提高课堂教学效果，使学生学的愉快，学有收获。避免重分数轻素质、重结果轻过程的教学评价，注重课堂过程性素质评价，采用科学的素质测评方法和手段，促进学生综合素质的培养。六、答疑安排主要在课间、课外进行。可以一对一和一对多直接交流，也可以互联网为手段，随时进行网上辅导。七、素质考试方式及试题库素质考试方式：闭卷素质考试的成绩构成：课程总评成绩=平时成绩×40%+期末成绩×60%。平时成绩由课堂提问、课堂表现、所堂小测验、课堂讨论、期中考试等部分构成。试题库：见素质考试试题库八、所需