《化工原理》課程教學大綱一、課程信息課程代碼318BH011課程名稱化工原理課程性質專業必修課學分5學時80先修課程數學、大學物理適用專業生物工程課程簡介：《化工原理》課程教學目的是使學生通過本課程的學習，掌握化工單元操作的基本原理和計算方法，熟悉所用設備的結構特點、操作性能并能對設備選型，為后續專業課程的學習奠定基礎。課程主要內容包含：緒論、流體流動、流體輸送機械、非均相物系分離、傳熱、蒸餾、吸收和萃取。該課程的教學目標是使學生掌握化工主要單元操作的定義、分類、特點、基本定理和規律，對化工單元操作具備建立適當模型并進行正確表達的能力；掌握主要單元操作基本公式，具備模型構建和求解的能力；掌握化工單元設備操作的技術和方法，并能理解設備操作的影響因素。二、課程目標通過本課程的學習，學生應具備以下幾方面的目標：1.通過本課程學習，學生掌握化工主要單元操作的定義、分類、特點、基本定理和規律，對化工單元操作具備建立適當模型并進行正確表達的能力；2.通過本課程學習，學生掌握主要單元操作基本公式，具備模型構建和求解的能力；3.通過本課程學習，學生掌握化工單元設備操作的技術和方法，并能理解設備操作的影響因素。課程目標對畢業要求的支撐關系表課程目標畢業要求指標點2.2能夠基于數學、自然科學和生物工程專業知識，建立適當的數學模型，正確表達復雜生物工程問題1.2能針對一個系統或過程建立適當的數學模型并求解3.1掌握生物工程工藝設計及產品開發的技術和方法，并了解影響設計目標和技術方案的各種因素課程目標1.H課程目標2.H課程目標3.M三、教學內容與預期學習成效知識單元對應課程目標知識點預期學習成效實現環節學時0.概述課程目標11)單元操作的基本原理；2)基本的工程思路：三傳3)單位制度及單位換算；4)本課程的內容；5)物料衡算與熱量衡算舉例計算知識目標：理解單元操作概念及其在生物工程過程中的地位，了解三傳理論；掌握衡算原則和衡算基本方法;認知本課程目的和任務。能力目標：能對單元操作進行簡答表達。教學方法：課堂講授、網絡答疑；教學手段：多媒體教學。2課程思政元素：探索精神、工匠精神和使命擔當。課程思政教學內容設計：分析發展史的來龍去脈，激發學生探索精神；結合單元操作發展的歷史，從牛頓、雷諾、斯托克斯、道爾頓、傅里葉等，到中國的郭慕孫、顧毓珍、蘇元復、范旭東、侯德榜等，通過這些科學家或愛國實業家的事跡，引導和激發學生們學習他們不畏艱辛、勇于探索的精神和嚴謹的治學態度。用這些科學家追求真理的歷程，來引導學生，教育學生，讓科學家、學者、大師的科學人生成為激勵他們奮發努力學習的動力，激發學生挑戰學科前沿的勇氣，培養學生的使命感。1.流體流動課程目標1、2、31)流體的物性，包括連續性、流動性、黏性、密度、黏度；2)流體靜力學基本方程及其應用；3)伯努利方程及其應用；4)層流和湍流；5)管流速度分布；6)管內流動的阻力損失的計算；7)管路計算；8)流速、流量的測定。知識目標：掌握流體的主要物性（如密度、粘度等）數據的求取及不同單位間的換算，理解流體流動中的連續性、穩定性；掌握流體靜力學基本方程及其應用；理解流體流動的質量衡算和機械能衡算概念，掌握連續性方程和伯努力方程及其應用；理解層流和湍流以其邊界層概念；掌握管內流動阻力的計算，掌握各種局部阻力的計算；掌握簡單管路的計算；了解各種測速裝置，掌握孔板流量計及其校正原理和方法。能力目標：能正確使用流體流動數學模型并正確求解，解決流體流動的復雜問題。教學方法：課堂講授、網絡答疑；教學手段：多媒體教學。12課程思政元素：抗挫能力、工匠精神和牢記初心教育課程思政教學內容設計：試差計算是多數單元操作過程常用的計算方法，如管路計算，試差計算過程是不斷臻于真值的過程，籍此培養學生的抗挫能力以及工匠精神培養。同時，也可以用于培養學生不斷追求、勇于探索精神的培養。另外，試差計算的過程也是不忘初心、砥礪前行、精益求精、方得始終、一絲不茍的嚴謹作風教育的良好素材。2.流體輸送機械課程目標1、2、31)離心泵結構、操作原理和類型；2)離心泵的理論壓頭和實際壓頭；3)離心泵特性參數和特性曲線；4)離心泵的工作點和流量調節；5)離心泵安裝高度的確定；6)離心泵的選用。知識目標：了解離心泵操作原理、構造與類型，理解氣縛和氣蝕現象；理解流量、壓頭、功率和效率的概念，掌握離心泵的特性曲線及其應用；理解離心泵工作點概念，掌握管路特性方程的求取方法和流量調節方法；掌握離心泵操作要點、安裝高度的計算和選型方法。能力目標：能正確使用離心泵特性曲線及其應用，能正確選用離心泵。教學方法：課堂講授、網絡答疑；教學手段：多媒體教學。10課程思政元素：思政育人、使命感課程思政教學內容設計：單元操作設備以離心泵的發展為例。泵的產生起源于人類生產和生活中水的提升，公元前17世紀埃及的鏈泵和中國的桔槔、公元前11世紀出現的轆轤及公元1世紀出現的水車都是早期泵的雛形。公元前3世紀，阿基米德就發明了螺桿泵；公元前200年左右，古希臘人就發明了滅火器，這是最原始的活塞泵，蒸汽機出現后，活塞泵得以迅速發展；20世紀20年代起，離心泵的轉速提高促進離心泵的發展，這一時期隔膜泵、柱塞泵、真空泵等應用日益增多；后來在雷諾等科學家的理論研究和實踐的基礎上，離心泵的效率大大提高，成為現代應用最廣、產量最大的泵。3.非均相物系分離課程目標1、2、31)顆粒相對于流體的運動；2)重力沉降和離心沉降；3)流體通過固體顆粒床層的運動；4)過濾操作的原理；5)過濾基本方程式，恒壓過濾，恒速過濾與先恒速后恒壓的過濾；6)過濾常數的測定；7)過濾設備：板框過濾機。知識目標：了解固體顆粒特性和固定床特性；掌握顆粒沉降速度的計算；了解降塵室的操作原理，掌握其設計方法；了解旋風分離器的操作原理，掌握其分離性能計算方法和選型方法；理解過濾過程的基本原理；了解板框壓濾機、葉濾機、轉筒過濾機的構造和操作原理；掌握過濾速率方程及其在恒壓操作條件下的應用；掌握過濾機生產能力的計算。能力目標：能合理選用沉降和過濾數學模型并求解，并用于實際的非均相物質的分離問題。教學方法：課堂講授、網絡答疑；教學手段：多媒體教學。12課程思政元素：職業道德、使命擔當課程思政教學內容設計：霧霾天氣的現象，分析其成分和出現的原因等，霧霾主要包含二氧化硫、氮氧化物和顆粒物，人類排放的細顆粒物超過大氣循環和承受能力，細顆粒物將持續累積，如受靜穩天氣等氣候條件的影響，就發生大面積的霧霾。引出人類在生產和生活過程中，要減少顆粒物的排放，含塵氣體在排放至大氣中一定要進行處理，利用非均相物系分離手段，如采用旋風分離器等進行顆粒物分離，從而減少霧霾形成的必要條件，用數據、圖片、視頻等介紹霧霾的危害，讓學生樹立綠色環保理念，建立起可持續科學發展觀和綠色生態技術觀。4.傳熱課程目標1、2、31)傳熱方式；2)傅立葉定律及其在一維穩態（平壁和圓筒壁）熱傳導中的應用；3)兩流體通過間壁的傳熱分析；傳熱方程和傳熱系數；4)牛頓冷卻定律；對流傳熱膜系數及其影響因素和半經驗公式；5)傳熱效率和傳熱單元數法；6)換熱器傳熱過程的強化，傳熱過程強化效果的評價，管殼式換熱器的設計和選型。知識目標：理解穩態傅立葉定律，熟練掌握穩態導熱的計算；理解兩流體通過固體壁傳熱的概念，掌握傳熱速率方程、熱量衡算方程和傳熱系數的計算；理解對流傳熱的概念以及牛頓冷卻定律；理解對流傳熱膜系數的準數方程式，并能分析各種因素對不同情況下對流傳熱的影響；了解化工生產中常用的換熱設備。能力目標：能正確分析傳熱過程并選用合適模型求解，并利用結果去分析和解決實際傳熱問題，包括傳熱設備的選用。教學方法：課堂講授、網絡答疑；教學手段：多媒體教學。12課程思政元素：抗挫能力、工匠精神課程思政教學內容設計：在18世紀30年代英國工業革命促進生產力發展的大背景下，對流傳熱逐步發展起來。對流換熱方面做出突出貢獻的科學家主要有雷諾、努塞爾、普朗特、馮卡門、施密特、埃克特等。“流動和換熱密不可分”，流體流動的理論是對流換熱理論的基礎。1880–1883年間，雷諾進行了大量的實驗研究，發現了后來以他的名字命名的準則數對流動形態的影響，對指導實驗研究做出了巨大的貢獻。1909年和1915年努塞爾對強制對流和自然對流的基本微分方程及邊界條件進行量綱分析后獲得了有關無量綱準則數之間的原則關系，開辟了在無量綱準則關系式的正確指導下，用實驗方法求解對流傳熱問題的一種基本方法。在對流傳熱的微分方程的理論求解方面，1904年普朗特邊界層理論的提出特別引人注目，1939年的卡門等也對湍流計算模型的發展起到積極的作用。5.蒸餾課程目標1、2、31)蒸餾概述；2)雙組分混合物的汽液平衡；3)精餾原理；4)雙組分混合物連續精餾的分析和計算；5)物料衡算和操作線；6)回流比、進料狀況和q線方程；7)回流比的影響和選擇。知識目標：理解雙組分理想物系的相平衡、露點方程、泡點方程、氣液平衡圖、相對揮發度；掌握精餾原理；掌握精餾塔的全塔物料衡算，精餾段和提餾段操作線方程、q線方程、了解其物理意義、圖示和應用；掌握雙組分精餾塔設計型計算（圖解法及逐板計算法、進料狀況的影響、回流比的選擇、實際板數的計算）；掌握雙組分連續精餾塔的操作型計算；了解間歇精餾過程的特點及應用場合，恒沸精餾與萃取精餾的基本概念；掌握板式塔的結構性能。能力目標：能正確分析相平衡，利用精餾操作原理解決精餾實際問題。教學方法：課堂講授、網絡答疑；教學手段：多媒體教學。12課程思政元素：團隊意識、職業道德、社會責任感課程思政教學內容設計：從精餾塔和吸收塔等設備的操作，培養學生團隊協作意識和安全、環保意識；精餾實驗結束后的殘液，不能隨意丟棄，要對自己和他人負責，培養學生良好的責任心；學生學習完精餾單元操作之后，教師提出：不法奸商制造的假酒中，含有甲醇或增塑劑，如何分離？鼓勵學生查閱資料，了解假酒的危害，學生學以致用，切實感受到自身的價值。結合毒品制造案件，教育學生不能唯利是圖、涉毒販毒，罔置道德于不顧，危害社會。教育學生今后在工作崗位上，絕不制造假藥、假酒等假產品和毒品，不能隨意更改設備參數和生產工藝，切記安全操作，一定要有崇高的職業道德、良好的職業素養和強烈的社會責任感。6.吸收課程目標1、2、31)吸收概述；2)氣體在液體中的溶解度與亨利定律；3)吸收速率方程；4)吸收塔物料衡算和操作線；5)液氣比及吸收劑用量的確定；6)傳質單元和傳質單元高度。知識目標：掌握氣體在液體中溶解度的表示方法和亨利定律的三種形式；掌握吸引速率方程、總傳質系數和傳質分系數之間的關系；掌握吸收塔物料衡算和操作線方程；掌握低濃度氣體吸收塔溶劑用量和填料層高度、理論塔板數的計算；了解脫吸的特點，掌握脫吸的計算方法。能力目標：能利用吸收數學模型進行吸收計算和分析，并能進行簡單的吸收塔設計計算。教學方法：課堂講授、網絡答疑；教學手段：多媒體教學。10課程思政元素：職業道德、使命擔當課程思政教學內容設計：目前大氣污染主要成分是含硫化合物、含氮化合物、碳的氧化物、含鹵素化合物、顆粒物等，其中含硫化合物、含氮化合物最為常見，這些污染物經常造成酸雨腐蝕建筑物和損害動植物等，并且會導致人體患呼吸系統疾病甚至癌癥等，因此在工業中，廢氣排放至大氣中之前，必須對其有害成分進行處理，介紹一些常見工業廢氣的例子，讓學生提出通過吸收將其中的有毒成分除去或者降低的方案，通過這些案例讓學生養成良好的職業道德。7.萃取課程目標1、2、31)液液萃取概述；2)三角形相圖及其在單級萃取中的應用；3)單級萃取計算；4)最少溶劑的計算；5)萃取劑的選擇；6)單級萃取、多級錯流和多級逆流萃取的流程。知識目標：掌握三元物系組成、液液平衡關系、萃取過程在三角形相圖圖解中的表示方法；掌握萃取劑的選擇原則；掌握萃取劑和原溶劑部分互溶和不互溶兩種情況下的單級萃取的流程和計算；了解常用萃取設備的結構特點及其適用場合。能力目標：能利用三角形相圖解決萃取計算、分析、作圖等實際萃取問題。教學方法：課堂講授、網絡答疑；教學手段：多媒體教學。8課程思政元素：職業道德、使命擔當、環保意識課程思政教學內容設計：萃取過程適宜萃取劑用量，單純以經濟效益為目標追求經濟效益最大化而忽視環境、資源有效利用率的時代已經成為過去。隨著全球能源結構和資源的日益緊缺，更為合適的萃取劑用量值得深入研究和被認識，籍此在教學過程中，對學生加強新型能源和資源利用觀點和意識教育。8.干燥課程目標11)濕空氣性質；2)濕度圖及其應用；3)平衡過程的物料衡算和熱量衡算；4)干燥速度與干燥時間；5)干燥器的類型與選用。知識目標：掌握干燥過程原理、目的及實施；掌握濕空氣性質及計算，濕度圖構成及應用，干燥過程中空氣狀態的確定；了解干燥過程的物料衡算與熱量衡算；了解恒定干燥條件下干燥速率與干燥時間計算；熟悉物料中所含水分的性質及干燥機理，熟悉結合水分、自由水分和臨界水分的概念及相互關系。能力目標：能對干燥過程進行簡單的表述。教學方法：課堂講授、網絡答疑；教學手段：多媒體教學。2四、成績評定及考核方式（一）考核及成績評定方式考核與成績評定表課程目標內涵觀測點考核與評價方式及成績比例（%）合計（%）形成性過程考核終結性考核平時表現作業期末考試課程目標12.29518.232.2課程目標21.2352836課程目標33.13523.831.8匯總151570100本課程總評成績由以下方式給出，即：總評成績=考試成績×70%+平時成績×15%+作業成績×15%，其中：考試成績：根據課程的理論知識考試成績給出，考試采用閉卷形式進行。滿分100分，占總評成績的70%。平時成績：根據課程內容對學生在課堂上的回答問題的表現情況和雨課堂知識點答題情況給分。對課程目標1、課程目標2和課程目標3均有所支撐，其中課程目標1占60%，課程目標2占20%，課程目標3占20%。作業成績滿分100分，占總評成績的15%。作業成績：按照教學進度，教學過程中布置3次作業，作業1支撐課程目標1、作業2支撐課程目標2、作業3支撐課程目標3、。作業成績滿分100分，占總評成績的15%。（二）評分標準平時表現評分標準（以滿分100計）評價指標（100分）優（90%-100%）良（80%-90%）中（60%-80%）差（0%-60%）到課及課堂練習提交情況（33分）不缺課，課堂練習提交，正確率高不缺課，課堂練習缺少，正確率高缺課1-2次，課堂練習缺少，正確率不高缺課2次以上，課堂練習缺少，正確率不高積極、正確程度（33分）積極，了解學習內容的重難點，提出疑問老師講解后能充分理解。老師鼓勵后積極、踴躍，對學習內容提出疑問，但學習重點和思路不清晰。老師鼓勵后積極度不高，對于大家提出的共性疑問有互動。消極，沒有互動和疑問課堂測試得分（33分）依答案給分，乘以換算系數作業評分標準（每項內容均以100分計）內容優（90%-100%）良（80%-90%）中（60%-8