《化工原理I》教学大纲

一、课程基本信息

课程代码：CHEM3101、CHEM3102

课程名称：化工原理I

课程英文名称：Unit Operations of Chemical Engineering I

课程面向专业：化学工程与工艺

课程性质：必修

先修课程：高等数学、大学物理、物理化学、工程制图

学时学分：128（96/32）学时，8学分

二、课程性质与目标

本课程是化学工程与工艺专业的一门专业基础课，属工程学科，具有工程性和应用性。在学习本课程之前，学生应具备扎实的数学与自然科学基础知识、工程计算及工程制图等基础技能、解决和分析问题的逻辑思维能力；通过本课程的学习，学生将在工程观点、工程运算与工程设计等方面得到综合培养，能够运用数学、自然科学和工程制图等知识进行单元操作过程的分析与计算、单元操作设备的设计与选型、综合分析和解决实际工程问题，并为化工原理课程设计、化工分离工程和毕业设计等后续专业课程打下基础。

本课程的课程目标如下：

1、能够运用专业知识和数学物理模型分析化工单元操作过程，判别过程进行的方向与极限（支撑毕业要求指标点1.3）。

2、能够将专业知识用于化工单元操作过程的计算、调控、比较与综合，并对化工单元操作过程进行改进（支撑毕业要求指标点1.4）。

3、能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理识别和判断化工单元操作过程的影响因素，并对影响因素进行科学表述（支撑毕业要求指标点2.1）。

4、了解化工单元操作设备的设计和选型原则，具备设备计算、选型及校核能力，能够针对复杂化工问题提出解决方案（支撑毕业要求指标点2.2）。

5、能够综合设计实验，规范操作实验装置，正确使用分析仪器，正确采集实验数据，记录实验现象。（支撑毕业要求指标点4.3）。

6、能够运用图表处理实验数据，并正确分析和解释实验结果及实验现象（支撑毕业要求指标点4.4）。

课程目标与毕业要求指标点的对应关系如表1所示。

表1课程目标和毕业要求指标点对应关系

三、课程教学内容与要求

（一）绪论

1、教学内容与要求

教学内容

1.1化工生产过程

1.2单元操作的特点及分类

1.3课程特点及研究方法

1.4化工计算中的基本关系

1.5单位及单位换算

教学要求

了解《化工原理I》课程的性质、研究对象、任务与基本内容、课程特点及研究方法，掌握物料衡算与能量衡算、基本单位制及其换算。

2、教学重点

《化工原理I》课程的性质、研究对象、任务与基本内容、单位制及其换算。

3、教学难点

单位制度的换算。

（二）流体流动

1. 教学内容与要求

   教学内容

   2.1流体流动概述

1. 流体静力学

   2.3流体动力学

   2.4流体流动现象

   2.5流体流动阻力

   2.6流体管路输送

   2.7流速和流量测量

   教学要求

   （1）掌握流体静力学方程和伯努利方程，能够运用流体静力学方程和伯努利方程进行流动流体的物料衡算、机械能衡算及管内流体流动阻力的计算。

   （2）理解牛顿粘性定律、层流和湍流的本质、层流和湍流时管内流体速度分布特点。

   （3）掌握简单管路及复杂管路的特点及计算。

   （4）了解流速流量测量装置及测量原理。

   2、教学重点

   流体静力学方程、连续性方程及伯努利方程的应用；流动流体的物料衡算、机械能衡算及应用；管内流体流动阻力的计算。

   3、教学难点

   伯努利方程的应用；管内流体流动阻力的计算；简单管路及复杂管路的特点及计算。

   （三）流体输送机械

2. 教学内容与要求

   教学内容

   3.1离心泵

1. 其他类型泵

   3.3气体输送机械

   教学要求

   （1）了解离心泵的类型、构造和工作原理，掌握离心泵的主要性能参数和特性曲线。

   （2）了解离心泵的汽蚀现象与离心泵安装高度，掌握离心泵工作点和流量调节。（3）了解离心泵的串联和并联操作，掌握离心泵的设计与选型。

   （4）了解其它类型泵及气体输送设备的构造及工作原理。

   2、教学重点

   离心泵的构造、离心泵特性曲线、离心泵安装高度、离心泵流量调节、离心泵的选型。

   3、教学难点

   离心泵的构造、设计与选型。

   （四）流体通过颗粒层的流动

1. 教学内容与要求

   教学内容

   4.1概述

   4.2过滤

   教学要求

   （1）了解颗粒床层的特性及主要过滤设备的结构与工作原理。

   （2）了解过滤原理及过滤方式；

   （3）掌握恒压过滤基本方程式及过滤常数的测定；

   （4）掌握恒压过滤速率及过滤生产能力的计算。

   2、教学重点

   恒压过滤的基本原理及过滤速率、生产能力的计算。

   3、教学难点

   恒压过滤基本方程式及其应用。

   （五）颗粒的沉降

2. 教学内容与要求

   教学内容

   5.1重力沉降

   5.2离心沉降

   教学要求

   （1）了解颗粒沉降阻力系数与雷诺数的关系、不同流动类型下的沉降速度方程式。

   （2）掌握球形颗粒自由沉降速度方程式，能够运用相关公式计算沉降速度。

   （3）掌握降尘室的结构及生产能力的计算。

   （4）了解旋风分离器的结构、工作原理及主要性能。

   2、教学重点

   斯托克斯方程及沉降速度的计算。

   3、教学难点

   沉降速度的计算。

   （六）传热

   1、教学内容与要求

   教学内容

   6.1传热概述

   6.2热传导

   6.3对流传热

   6.4传热计算

   6.5换热器

   6.6传热过程强化

   教学要求

   （1）掌握传热的基本概念、传热方式、傅立叶定律，单层与多层平壁和圆筒的导热计算，能够对热传导过程进行计算。

   （2）理解对流传热过程的数学描述，能够分析判断对流传热过程的主要影响因素。

   （3）掌握传热基本方程式、热量衡算、平均温度差和总传热系数的计算，能够对对流传热过程进行计算。

   （4）了解常用传热设备的结构、传热过程的强化与削弱途径，能够进行管壳式换热器的选型计算。

   2、教学重点

   间壁传热过程的计算。

   3、教学难点

   对流给热系数的计算及不同传热情况下的控制因素。

   （七）吸收

   1、教学内容与要求

   教学内容

   7.1传质分离过程概述

   7.2气液相平衡

   7.3分子扩散与单相传质

   7.4对流传质

   7.5低含量气体吸收计算

   教学要求

   （1）理解传质过程的基本概念及吸收过程的传质模型。

   （2）掌握亨利定律的多种形式及换算、相际传质速率的计算和传质阻力的控制步骤。

   （3）能够运用传质速率方程及物料衡算对低含量气体吸收过程进行分析、计算和判断。

   2、教学重点

   低含量气体吸收的计算。

   3、教学难点

   传质机理及吸收塔的操作型计算。

1. 精馏

   1、教学内容与要求

   教学内容

   8.1精馏概述及分类

   8.2双组分溶液的气液平衡

   8.3精馏原理和流程

   8.4双组分连续精馏计算

   8.5精馏塔的设计型计算

   8.6其他精馏方式简介

   教学要求

   （1）掌握多组分溶液的气液相平衡关系及理想溶液平衡关系表示方法。

   （2）掌握双组分连续精馏过程的原理及流程，能够运用相平衡关系和物料衡算方程对精馏过程进行分析、计算与调节。

   （3）掌握塔板效率的表示方法、计算及应用。

   （4）了解其他蒸馏方式。

   2、教学重点

   双组分连续精馏的计算。

   3、教学难点

   精馏原理、精馏塔操作中的回流比与进料热状况对操作过程的影响、塔板效率计算。

2. 气液传质设备

   1、教学内容与要求

   教学内容

   9.1板式塔结构

   9.2板式塔设计计算

   9.3填料塔结构

   9.4塔板性能及极其影响因素

   教学要求

   （1）了解板式塔的结构、填料塔的结构和填料的类型。

   （2）理解气体通过塔板的阻力损失和板式塔的不正常操作现象。

   （3）掌握气液两相在塔内的流动及塔的传质性能。

   （4）掌握传质设备的设计计算。

   2、教学重点

   板式塔非正常操作现象、塔板效率的表示方法及其应用；气液两相在填料层内的流动、填料塔的传质性能。

   3、教学难点

   塔板的水力流动与水力学性能参数。

3. 干燥

   1、教学内容与要求

   教学内容

   10.1湿空气性质和湿度图

   10.2干燥速率与干燥过程计算

   10.3干燥过程的物料衡算与热量衡算

   教学要求

   （1）理解固体干燥的方法和概念。

   （2）了解对流干燥的流程及经济性。

   （3）掌握湿空气性质、湿度图及其应用。

   （4）理解干燥过程中的平衡及速率关系，能够运用物料衡算及热量衡算对干燥过程进行计算。

   2、教学重点

   湿空气性质及湿度图、干燥过程物料衡算及热量衡算。

   3、教学难点

   干燥热效率及操作途径、干燥的平衡及速率关系。

四、学时分配

本课程总学时为128学时,包括课堂讲授96学时,实验课32学时。课堂讲授的学时具体分配如表1所示，实验学时分配如表2所示。

表2学时分配表

表3实验学时分配表

五、教学环节与教学规范

本课程包括课堂教学、课堂问答/讨论、实验教学和课程作业练习四个教学环节。课堂教学环节包括教师授课和课堂问答/讨论,主要体现在基本概念、基本原理和基本应用的理论讲解，同时结合例题讲解和工程案例分析等手段，培养学生的工程意识及分析解决实际工程问题的能力。通过课堂讨论，培养学生的思维能力、创新能力和学习能力。实验教学包环节包括课前预习（含在线模拟预习）、实验操作和课后撰写实验报告。通过课程作业练习提高学生运用所学理论知识的能力，培养学生正确的思考方法与计算能力，提高分析和解决实际工程问题的能力。通过多种教学环节的相互结合与补充，激发学生的学习兴趣，实现本课程的教学目标，并为将来从事相关行业打下坚实基础。

表4课程目标及其实现方法

六、课程考核评价

本课程考核采用平时考核和期末考核相结合的方法，课程总评成绩采用结构化评定，由平时成绩和期末考试成绩两部分组成，其中平时成绩占40%，期末成绩占60%。平时成绩包括课程作业、课程测验、平时实验和实验操作考核等部分组成。平时成绩中各组成部分的具体比例，任课教师可以在课程实施方案中加以体现。

1、课程作业评价标准

表5课程作业评价标准

注：作业题目由任课教师自拟，作业参考答案由任课教师提供。

2、平时实验评价标准

表6平时实验评价标准

注：实验内容及要求详见实验指导书，由课程组统一编撰。

3、实验操作考核评价标准

表7实验操作考核评价标准

4、课程考试评价标准

（1）试卷设计：固定知识点，对应毕业指标点，试题原题重复率不超过20%。

（2）标准答案：由试卷出题教师提供。

（3）题型及各知识点分值视持续改进情况适度变化，题型主要包括填空、选择、计算及作图题等。

表8课程目标对应的考试内容评价标准

七、教材与主要参考书

教材：陈敏恒，丛德滋，方图南等.化工原理（第4版）.北京：化学工业出版社，2016.

主要参考书：1）柴诚敬,贾绍义.化工原理（第3版）.天津:天津大学出版社，2017；2）何潮洪,伍钦,魏凤玉等.化工原理（第3版）.科学出版社, 2017; 3）丛德慈,丛梅,方图南.化工原理详解与应用.北京：化学工业出版社，2001; 4）史玉兰,黄婕,熊丹柳等.化工原理学习指导与习题精解.北京：化学工业出版社，2015.

八、课程目标达成度评价

课程目标达成度从学生个体达成情况和课程整体达成情况两方面进行评价，前者将作为评判学生是否达到毕业要求以及能否通过课程考核的依据；后者则作为课程实施质量的评价及持续改进措施的依据。当参加课程考核的学生班级数为2个班时，样本集为所有学生；当参加课程考核的学生班级为3个班及以上时，样本集通过间隔采样获取（按照所有学生学号序列间隔采样）。学生个体达成度评价和课程整体达成度评价分别如表9和表10所示。

表9学生个体课程目标达成度评价

注：1）课程目标分值=课程目标平时成绩总分值+课程目标期末测试试卷分值，具体过程将在课程目标及毕业要求指标点达成分析报告中加以体现；2）期望值根据各年度考核覆盖面、难度、预期区分度等因素调整；3）学生个体达成度：课程目标实际得分/课程目标总分值×100%。

表10课程目标整体达成度评价及持续改进

注：课程子目标达成度=样本中与课程目标对应观测点的平均分/课程目标对应观测点的总分值。

执笔人：范国枝

二零二零年一月