《化工原理》教學大綱

PAGE12《化工原理》教學大綱課程中文名稱：化工原理課程英文名稱：PrinciplesofChemicalEngineering課程編號：J1144/J1145學分：5學時：80（其中：講課學時：80實驗學時：0實踐學時：0）開課學期：第3、4學期先修課程：大學物理、高等數(shù)學、物理化學適用專業(yè)：生物工程課程類別：專業(yè)基礎(chǔ)課程/必修使用教材：化工原理（一）（二）（第五版），陳敏恒等，國家規(guī)劃教材。開課單位：生物與制藥學院課程性質(zhì)與課程目標本課程為生物工程、制藥工程專業(yè)的專業(yè)核心課程，為學位課。主要論述化學工程中單元操作的基本原理，培養(yǎng)學生用自然科學的方法考察、解釋和處理工程實際問題，強調(diào)工程觀點、定量運算和設(shè)計能力的訓練，強調(diào)理論和實際相結(jié)合，培養(yǎng)分析和解決工程問題的能力。具體課程目標如下：（1）掌握化學工程中單元操作的基本原理和典型設(shè)備的工作原理；（2）能夠?qū)⒒ぴ淼幕局R應(yīng)用于食品發(fā)酵、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域生產(chǎn)單元操作的設(shè)計與優(yōu)化，識別、判斷食品發(fā)酵、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域生產(chǎn)中的復(fù)雜工程單元操作存在的動量、能量和質(zhì)量傳遞問題，并加以分析和有效表達。二、課程目標對畢業(yè)要求的支撐關(guān)系課程目標支撐的畢業(yè)要求指標點畢業(yè)要求課程目標1：掌握生物化學工程中單元操作的基本原理和典型設(shè)備的工作原理；1.2掌握解決食品發(fā)酵、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域復(fù)雜工程問題所需的工程基礎(chǔ)知識，能夠針對生物加工過程的單元操作和生化反應(yīng)建立數(shù)學模型，得出關(guān)鍵控制參數(shù)。1工程知識課程目標2：能夠?qū)⒒ぴ淼幕局R應(yīng)用于食品發(fā)酵、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域生產(chǎn)單元操作的設(shè)計與優(yōu)化，識別、判斷食品發(fā)酵、生物醫(yī)藥等領(lǐng)域生產(chǎn)中的復(fù)雜工程單元操作存在的動量、能量和質(zhì)量傳遞問題，并加以分析和有效表達。2.1能夠運用數(shù)學、自然科學和生物工程的原理，識別和判斷影響產(chǎn)品質(zhì)量、收率和轉(zhuǎn)化效率的菌種、單元操作、生物化反應(yīng)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的復(fù)雜工程問題。2問題分析三、教學內(nèi)容、教學進度及教學要求序號章節(jié)教學內(nèi)容學時分配教學要求學生任務(wù)（用于及時分析課程目標達成度）作業(yè)要求課堂要求1第一章流體流動（1）掌握流體靜止平衡和運動的基本規(guī)律；靜壓強、流體靜力學方程及其工程上的應(yīng)用；（2）流體流動中的質(zhì)量守恒方程；機械能守恒方程式的內(nèi)容及其應(yīng)用，流體適宜流速的選擇及管路直徑的確定；（3）流體流動的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：層流和湍流，流體在管路中流動時流動阻力的產(chǎn)生原因及計算方法；（4）流體輸送管路計算；（5）各種流量計的測量原理。16教學重點：（1）流體流動中的質(zhì)量守恒方程；機械能守恒方程的應(yīng)用（2)流體流動類型的判據(jù)--層流和湍流（3）流體在管路中的流動阻力的計算，簡單管路和復(fù)雜管路的計算（4）各種流量計的特點教學難點：（1）流體靜力學基本方程式的適用條件及工程應(yīng)用；質(zhì)量守恒方程；柏努利方程；牛頓粘性定律的表達式、適用條件；流體在管路中的流動阻力的計算；不同結(jié)構(gòu)管路的特點，能夠根據(jù)復(fù)雜管路的特點，分配各支管中流體的流量；各種流量計的工作原理和流量計算；（2）并聯(lián)管路、分支管路計算。教學方法：線上線下混合式教學（1）線上慕課或雨課堂視頻預(yù)習（2）線下PPT講授，啟發(fā)式教學，案例教學思政點：（1）通過量綱分析法的理論，培養(yǎng)學生解決湍流機械能損失計算實際工程問題的能力和素質(zhì)，藉此訓練學生的邏輯思辨與。（2）以“顧毓珍公式”的故事，作為愛國主義、理想信念和科學精神的素材。線上任務(wù)：觀看視頻并完成練習線下課后作業(yè)：8-12題掌握流體在管道中流動的衡算方程。（課程目標1）結(jié)合案例，進行簡單管路和流體阻力及流量的綜合討論。（課程目標2）2第二章流體輸送機械（1）離心泵的結(jié)構(gòu)和工作原理；（2）離心泵的性能參數(shù)及影響因素、離心泵的特性曲線及應(yīng)用；（3）離心泵的工作點和流量的調(diào)節(jié)；（4）離心泵的操作要點及選型計算。6教學重點：離心泵的工作原理離心泵的特性曲線離心泵的工作點和流量調(diào)節(jié)離心泵的安裝高度及設(shè)備選型教學難點：（1）離心泵的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、操作特性、安裝及選型；（2）對于汽蝕現(xiàn)象的理解。教學方法：線上線下混合式教學（1）線上慕課或雨課堂視頻預(yù)習（2）線下PPT講授，啟發(fā)式教學，案例教學思政點：以離心泵氣蝕等工程案例，強調(diào)在系統(tǒng)設(shè)計計算中嚴格遵守設(shè)計標準和行業(yè)規(guī)范，促進學生建立責任意識和職業(yè)道德感。線上任務(wù)：觀看視頻并完成練習線下課后作業(yè)：3-5題掌握離心泵的工作原理及特性曲線。（課程目標1）結(jié)合案例，進行流體阻力及泵選型的綜合討論。（課程目標2）3第三章流體通過顆粒層的流動（1）過濾操作的基本概念、過濾基本方程式及恒壓恒速過濾方程式；（2）過濾常數(shù)的測定方法；（3）過濾設(shè)備的結(jié)構(gòu)、特點及生產(chǎn)能力的計算。6教學重點：（1）恒壓過濾的計算、過濾常數(shù)的測定（2）過濾設(shè)備板框式過濾機，葉濾機，轉(zhuǎn)筒真空過濾機的結(jié)構(gòu)、特點及生產(chǎn)能力的計算（設(shè)計型計算和操作型計算）教學難點：（1）過濾操作的原理、過濾基本方程，恒壓過濾的計算、過濾常數(shù)的測定；（2）過濾基本方程式的推導及影響因素的分析。教學方法：線上線下混合式教學（1）線上慕課或雨課堂視頻預(yù)習（2）線下PPT講授，啟發(fā)式教學，案例教學思政點：通過固定床層的流體阻力問題，領(lǐng)悟科學研究的任務(wù)是通過現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)本質(zhì)，培養(yǎng)學生的科學思維與創(chuàng)造性思維能力。線上任務(wù)：觀看視頻并完成練習線下課后作業(yè)：3-5題掌握典型過濾設(shè)備的工作原理。（課程目標1）開展三種典型過濾設(shè)備過濾特征的比較討論，學會分析提高過濾生產(chǎn)能力的途徑。（課程目標2））5第六章傳熱（1）掌握熱量傳遞的三種基本方式及特點、傳熱過程所遵循的基本規(guī)律及傳熱過程分析計算的基本方法；熱傳導的基本原理，一維定態(tài)傅立葉定律及應(yīng)用，平壁和圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導計算及分析；（2）對流傳熱的基本原理，牛頓冷卻定律，影響對流傳熱的主要因素；

無相變時管內(nèi)強制對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式及其應(yīng)用；Nu,Re,Pr,Gr等準數(shù)的物理意義及其計算；（3）傳熱速率方程與熱負荷計算，平均傳熱溫差計算，總傳熱系數(shù)計算及分析，壁溫計算，傳熱面積計算，強化傳熱途徑；傳熱操作型問題的分析方法與計算。12教學重點（1）熱傳導的基本原理，一維定態(tài)傅立葉定律及應(yīng)用，平壁和圓筒壁的穩(wěn)定熱傳導計算及分析（2）對流傳熱的基本原理，牛頓冷卻定律，影響對流傳熱的主要因素；

無相變時管內(nèi)強制對流傳熱系數(shù)關(guān)聯(lián)式及其應(yīng)用；Nu,Re,Pr,Gr等準數(shù)的物理意義及其計算（3）傳熱速率方程與熱負荷計算，平均傳熱溫差計算，總傳熱系數(shù)計算及分析，壁溫計算，傳熱面積計算，強化傳熱途徑。傳熱操作型問題的分析方法與計算教學難點（1）單層、多層平壁熱傳導速率方程，單層、多層圓筒壁熱傳導速率方程及其應(yīng)用；(2)對流傳熱系數(shù)的影響因素及因次分析法(3)換熱器的能量衡算，總傳熱速率方程和總傳熱系數(shù)的計算，用平均溫度差法進行傳熱計算；，強化傳熱采取的途徑；（4）邊界層概念的理解，傳熱操作型分析及計算。教學方法：線上線下混合式教學（1）線上慕課或雨課堂視頻預(yù)習（2）線下PPT講授，啟發(fā)式教學，案例教學思政點（1）引入大國工程案例（熱管技術(shù)的應(yīng)用），提升民族自豪感（2）引入國內(nèi)外科學家們的人物事跡，科學探索精神的培養(yǎng)。（3）熱阻討論融入哲學思想：“兩點論”和“重點論”的統(tǒng)一線上任務(wù)：觀看視頻并完成練習線下課后作業(yè)：8-10題課后思考題3-5題掌握熱傳導和對流傳熱的基本原理，幾種典型換熱器的基本結(jié)構(gòu)。（課程目標1）開展換熱器結(jié)構(gòu)以及傳熱操作性分析討論，學會識別、分析傳熱所選擇設(shè)備的依據(jù)、傳熱熱阻的主要存在的位置、強化傳熱的方法。（課程目標2）6第七章氣體吸收（1）掌握吸收過程的汽液相平衡關(guān)系，亨利定律表達式及相互關(guān)系，相平衡與吸收解吸的關(guān)系；（2）對流傳質(zhì)概念；總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)分系數(shù)關(guān)系；氣膜控制和液膜控制；（3）吸收速率方程式；吸收過程操作線方程的推導，物理意義、圖示方法及其應(yīng)用，最小液氣比概念與吸收劑用量確定；填料層高度計算，傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度的定義及計算方法；（4）吸收塔操作分析及設(shè)計型計算、操作型計算。10教學重點（1）掌握吸收過程的汽液相平衡關(guān)系，亨利定律表達式及相互關(guān)系，相平衡與吸收解吸的關(guān)系（2）對流傳質(zhì)概念；總傳質(zhì)系數(shù)與傳質(zhì)分系數(shù)關(guān)系；氣膜控制和液膜控制（3）吸收速率方程式的圖示方法及其應(yīng)用，最小液氣比概念與吸收劑用量確定填料層高度計算，傳質(zhì)單元數(shù)和傳質(zhì)單元高度的定義及計算方法（4）吸收塔操作分析及設(shè)計型計算、操作型計算教學難點（1）氣體吸收過程的平衡關(guān)系；氣體吸收過程的速率關(guān)系；低濃度氣體吸收過程的計算；（2）分子傳質(zhì)過程中“總體流動”概念的理解；傳質(zhì)單元高度與傳質(zhì)單元數(shù)概念的理解。教學方法：線上線下混合式教學（1）線上慕課或雨課堂視頻預(yù)習（2）線下PPT講授，啟發(fā)式教學，案例教學思政點：（1）國家的“雙碳戰(zhàn)略”，培養(yǎng)低碳、環(huán)保等綠色工程理念，培養(yǎng)學生的節(jié)能減排意識。（2）哲學思想融入，主要矛盾和次要矛盾（雙膜理論））線上任務(wù)：觀看視頻并完成練習線下課后作業(yè)：8-10題課后思考題3-5題掌握吸收過程的基本原理及有關(guān)計算公式。（課程目標1）結(jié)合案例進行吸收塔操作性分析，如何提高吸收率的討論。（課程目標2）7第八章液體精餾（1）掌握雙組分物系的汽液相平衡：拉烏爾定律，氣液相平衡圖，氣液相平衡有關(guān)定律、定義表達形式；

（2）掌握精餾原理，并能運用該原理分析精餾過程；雙組分理想溶液的精餾塔物料衡算與操作線，操作線方程，q線方程的物理意義，圖示和應(yīng)用；（3）雙組分理想溶液的精餾塔計算及操作分析：恒摩爾流假設(shè)、理論板數(shù)確定、最小回流比計算、回流比影響及選擇、加料加熱狀態(tài)及選擇、實際塔板數(shù)確定、塔效率與單板效率的定義及計算；（4）掌握精餾操作型問題的分析方法與計算。14教學重點（1）雙組分物系的汽液相平衡：拉烏爾定律，氣液相平衡圖（2）掌握精餾原理，雙組分理想溶液的精餾塔物料衡算與操作線，操作線方程，q線方程的物理意義，圖示和應(yīng)用（3）雙組分理想溶液的精餾塔計算及操作分析：恒摩爾流假設(shè)、理論板數(shù)確定、最小回流比計算、回流比影響及選擇、加料加熱狀態(tài)及選擇、實際塔板數(shù)確定、塔效率與單板效率的定義及計算教學難點（1）兩組分理想物系的汽液平衡關(guān)系；蒸餾過程的原理；兩組分連續(xù)精餾過程的計算；（2）進料熱狀況參數(shù)q的理解，多側(cè)線的精餾塔理論板層數(shù)的求解。教學方法：（線上線下混合式）（1）線上視頻學習（2）課堂講授+案例教學；教學方法：線上線下混合式教學（1）線上慕課或雨課堂視頻預(yù)習（2）線下PPT講授，啟發(fā)式教學，案例教學思政點：（1）精餾在生物工程領(lǐng)域的應(yīng)用工程，熱泵精餾，分子精餾技術(shù)討論，培養(yǎng)學生的節(jié)能意識。（2）“兩彈一星”專家，精餾創(chuàng)始人余國琮院士的事跡，科學精神的培養(yǎng)。線上任務(wù)：觀看視頻并完成練習線下課后作業(yè)：8-10題課后思考題3-5題精餾原理，精餾塔的基本結(jié)構(gòu)及精餾計算有關(guān)公式。（課程目標1）精餾塔的選型、設(shè)計的討論；（課程目標2）結(jié)合案例進行精餾塔操作性分析，回流比、塔效率的影響因素。（課程目標2）8第十章液液萃取（1）掌握三元體系的液-液相平衡理論、平衡關(guān)系的表達形式三角形相圖及在萃取中的應(yīng)用；（2）單級和多級錯流萃取過程的計算，萃取劑用量的確定。6教學重點三角形液-液平衡相圖，杠桿規(guī)則，圖解法進行萃取過程計算（2）單級和多級錯流萃取過程的計算教學難點（1）三角形液-液平衡相圖，杠桿規(guī)則，萃取計算的三角形坐標圖解法；（2）三角形液-液平衡相圖及應(yīng)用教學方法：線上線下混合式教學（1）線上慕課或雨課堂視頻預(yù)習（2）線下PPT講授，啟發(fā)式教學思政點：綠色化工理念，節(jié)能，環(huán)保（萃取劑的選擇）。線上任務(wù)：觀看視頻并完成練習線下課后作業(yè)：3-5題課后思考題3-5題三角形相圖的意義及應(yīng)用。（課程目標1）能對萃取塔操作性進行分析，掌握料液比對萃取率的影響規(guī)律。（課程目標2）9第十一章固體干燥（1）掌握干燥過程原理、目的及實施；（2）濕空氣的性質(zhì)及計算，濕焓圖構(gòu)成及應(yīng)用；干燥過程中空氣狀態(tài)的確定；（3）干燥過程的物料衡算和熱量衡算；（4）固體物料的干燥機理、干燥速率及恒定干燥條件下干燥時間的計算，理想干燥過程計算；10教學重點（1）濕空氣的性質(zhì)；濕焓圖，干燥過程的物料衡算與熱量衡算（2）干燥時間的計算（3）理想干燥過程的計算教學難點（1）濕空氣的性質(zhì)；濕焓圖，干燥過程的物料衡算與熱量衡算；理想干燥過程計算；（2）對露點溫度，濕球溫度，絕熱飽和濕度的理解，空氣通過干燥系統(tǒng)后狀態(tài)的確定，濕物料中水分的劃分。教學方法：線上線下混合式教學（1）線上慕課或雨課堂視頻預(yù)習（2）線下PPT講授，啟發(fā)式教學，案例教學思政點：廢氣循環(huán)，節(jié)能降耗工程觀點的培養(yǎng)。（2）干燥在醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用（噴霧，沸騰床干燥），培養(yǎng)工匠精神，創(chuàng)新精神。線上任務(wù)：觀看視頻并完成練習線下課后作業(yè)：8-10題課后思考題3-5題干燥過程原理，焓濕圖的應(yīng)用。（課程目標1）如何提高干燥速率、保證干燥質(zhì)量的討論。（課程目標2）四、課程考核方式、成績評定標準、課程目標達成度分值分布考核方式包括期末考試、平時及作業(yè)情況考查。期末考試采用閉卷筆試。課程成績=平時考核成績×50%+期末考試成績×50%。成績的具體構(gòu)成如下：考核形式分值考核細則平時成績50%課堂互動40隨機提問、隨堂練習，滿分100分，按40%計入平時成績。作業(yè)30作業(yè)平均成績按30%計入平時成績。簽到10簽到20次以上者為滿分，按10%計入平時成績。慕課成績20線上測試成績和觀看視頻成績的總成績按30%計入平時成績。期末考試50%期末考試卷面成績100試卷題型包括選擇題、填空題、判斷題、簡答題和綜合計算題等，以卷面成績的50%計入課程總成績。4.2成績評定標準課程目標占比平時成績評定標準課程目標150%優(yōu)良中合格不合格課堂互動非常積極，課堂積分≥90分；課堂互動積極，課堂積分≥80分；課堂互動較積極，課堂積分≥70分；參與課堂互動，課堂積分≥60分；課堂互動不積極，課堂積分<60分；課堂互動：利用雨課堂平臺在課堂上發(fā)布練習，考核學生對專業(yè)基礎(chǔ)知識的掌握，考核課程目標1的達成情況；課程目標250%優(yōu)良中合格不合格作業(yè)按時提交，答題完整正確，平均分≥90分。作業(yè)按時提交，答題完整正確，平均分≥80分。作業(yè)按時提交，答題較為完整正確，平均分≥70分。作業(yè)按時提交，答題完整合格，平均分≥60分。作業(yè)不按時提交，答題不夠正確，平均分<60分。課后作業(yè)：考核對各單元操作基本原理的應(yīng)用和問題分析，考核課程目標2的達成情況；課程目標占比期末考試評定標準課程目標1~60%60%*（100>x≥90）（優(yōu)）60%*（90>x≥80）（