《化工基础》课程教学大纲.docx

化工基础课程教学大纲一、课程基本信息英文名称FundamentalsofChemicalEngineering课程代码CHEM2048课程性质专业必修课程授课对象化学专业、化学教育专业、应用化学专业、环境工程专业学分3学时54主讲教师伍鹏修订日期2023.05指定教材温瑞媛，化学工程基础，北京大学出版社，2015年二、课程目标（一）总体目标：化工基础课程是化学专业、化学教育专业、应用化学专业、环境工程专业等高等学校相关专业的一门必修专业技术基础课程，它在基础课和专业课之间，起着承前启后，由理及工的桥梁作用。该课程是综合运用数学、物理、化学等基础知识，分析和解决化工生产中各种物理过程（或单元操作）及反应器基本原理的工程学科。通过学习，学生应能掌握流体流动、流体输送、传热过程、蒸储、吸收等单元操作及反应器的基本概念、基本理论、基本计算、典型设备等问题，为学生学习后续专业课程和将来从事工程技术工作打下基础，将学生培养成为既具有扎实的基础理论知识，又能结合实际分析和解决实际问题的化学工作者。（二）课程目标：通过学习初步掌握化工基础（三传一反）的基本概念、基本理论、基本计算方法和典型设备等，初步具备从工程观点分析和解决问题的能力，了解技术经济观点在工业生产中的重要意义。课程目标L学握单元操作（流体流动过程、传热过程、吸收、精馈等）和基本反应器的基本概念、基本理论和基本计算，初步掌握典型化工设备的构造、性能、用途和操作原理。课程目标2：了解和掌握化学工程学分析问题和解决问题的基本观点和方法，能运用所学理论知识科学解释生活中的有关化工“三传一反”的现象，了解科研成果产业化过程中可能遇到的问题以及解决问题的一般方法。课程目标3：初步树立技术经济观点，初步掌握化工运算的基本方法，使学生初步具有相应的分析工程实际问题和解决工程实际问题的能力。（）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求课程目标1动量传递、热量传递和质量传递的基本概念、原理和方法1.工程知识：能够将数学、自然科学、工程基础和专业知识用于解决化学及化学工程领域的复杂工程问题。课程目标2流体流动、热量传递和质量传递过程的计算2.问题分析：能够应用数学、自然科学和工程科学的基本原理，识别、表达、并通过文献研究分析化学及化学工程领域的复杂工程问题，以获得有效的结论。课程目标3基本化学反应器的选型、设计、分析和计算7.环境和可持续发展：能够理解和评价针对复杂工程问题的化学及化学工程实践对环境、社会可持续发展的影响。三、教学内容本课程主要教学内容包括:流体流动、流体输送、传热、吸收、蒸储、化学反应工程基础。以教师课堂讲授为主，以学生课堂讨论为辅。触1、教学内容®化学工程在化学化工领域中的地位©化工技术学科的发展®化工基础课的内容和学习目的©化工过程开发含义步骤：开发基础研究；过程研究；工程研究；技术经济评价化工数据及物理量单位化工数据：基础数据（物性数据），过程参数（操作参数），结构参数，无因次参数物理量单位：基本单位、导出单位、单位换算®使学生了解化学工程在化学化工领域中的桥梁地位和化工技术学科的发展过程©明确化工基础课的内容和学习目的®简介化工过程开发含义、步骤及内容，使学生了解科研成果产业化的流程和基本方法介绍化工数据，复习物理量单位第一章流体的流动及输送1、教学内容流体特性与流体研究中的假设流体静力学方程及其应用流体密度、压强流体静力学方程及应用流体在管内流动的基本方程流量与流速流动的连续性方程流体流动的能量守衡与转化及应用流体的流动现象牛顿粘性定律流体流动类型流速分布、平均流速流动边界层®流体在管内的流动阻力损失沿程阻力、局部阻力管路阻力计算的应用：乌氏粘度计管路计算简单管路，分支管路，并联管路流速和流量的测定测速管孔板流量计，文丘里流量计，转子流量计流体输送机械离心泵构造、原理、特性参数、特性曲线离心泵安装高度其他流体输送机械2、教学要点©使学生了解流体特性与流体研究中的假设©复习深化流体静力学方程，并用于生产实际中的压强测量，液位测量和控制，液封等®引导学生从宏观角度分析流体，掌握流动过程的质量及能力衡算方法，并用于虹吸管路计算；流体流向判断；流体流动阻力阻力分析，流速和流量测量等。掌握阻力计算方法和简单的管路计算©使学生学会从微观角度分析流体，了解流动流体内部不同位置处的具体情况以离心泵为例使学生了解输送流体的设备第二章热量传递©传热概述传热的基本方式：热传导；热对流；热辐射冷、热流体的接触方式：直接接触式；间壁式；蓄热式载热体及其选择®热传导傅里叶定律，导热系数平壁稳定热传导速率方程：单层，多层圆筒壁稳定热传导速率方程：单层，多层平壁和圆筒壁内温度分布®热对流对流传热机理对流传热速率方程牛顿公式给热系数©热交换热交换过程分析传热速率基本方程：传热系数，平均温度差©传热过程的计算热量衡算传热计算举例©热交换器换热器简介传热过程的强化2、教学要点®使学生了解传热的基本方式，冷、热流体的接触方式，载热体种类及其选择的一般原则使学生掌握傅里叶定律的意义及应用，掌握固体壁内部传热规律使学生掌握流动流体中热量传递规律，了解给热系数、总传热系数影响因素和获得方法使学生学会热交换计算©使学生了解热交换器类型和传热过程强化的途经和措施第三章传质分离过程1、教学内容第一部分传质过程概述传质过程定义®浓度表示法及其换算分子扩散与费克定律对流扩散两相间传质的双膜模型第二部分液体的精储双组分溶液的气液平衡连续精微装置及流程连续精储物料衡算理论塔板和理论塔板数®板式塔的效率塔高、塔径和塔板压力降©特殊精储简介第三步分吸收®吸收概述®吸收原理及流程©吸收的气液平衡关系®传质速率方程©吸收过程物料衡算®填料层高度的计算化学吸收简介2、教学要点®介绍传质定义，复习浓度表示方法©介绍费克定律，使学生掌握分子扩散方式传质的规律®使学生了解虚拟等效膜和双膜模型的要点和意义，并用于分析流动两相间的传质规律®使学生掌握精ia和吸收的概念、目的、依据、原理、装置、流程®使学生掌握精馆和吸收的气液平衡关系，物料衡算，回流比对精谯操作、液气比对吸收操作的影响及其优化选择®使学生掌握精健时理论塔板数和吸收时填料层高度的计算简介板式塔的效率、特殊精镭、化学吸收等第四章化学反应工程的基本原理1、教学内容©概述化学反应工程概述化学反应工程的基本概念：体积，时间，混合，返混流动模型化学反应体系的量化学计量方程式，关键组分，转化率化学反应消耗速率，生成速率，收率，选择性等温变容反应体系：浓度，转化率，动力学方程表达式®均相反应器化学反应器设计的基本内容和基本方法间歇操作的釜式反应器，全混流反应器，活塞流反应器理想反应器的组合，均相反应器的优化选择反应器热稳定性，成本核算化学反应器中的非理想流动停留时间分布概念，测定，理想反应器中的停留时间分布实际反应器的设计方法2、教学要点使学生了解化学反应工程学的研究内容和研究方法以及该学科中体积、时间、混合等概念的内涵，掌握流动模型使学生掌握等温变容反应体系浓度，转化率，动力学方程表达式®使学生了解化学反应器设计的基本内容和基本方法；掌握间歇操作的釜式反应器、全混流反应器、活塞流反应器有关时间、体积的计算；学会反应器生产能力比较，了解操作条件优化方法，理想反应器的组合；掌握反应器热稳定性的意义和判据使学生了解停留时间分布概念、函数、测定方法及其在描述非理想反应器中的意义四、学时分配表2：各章节的具体内容和学时分配表章节章节内容学时分配绪论化工技术学科的发展、化工基础课程的学习内容和目的、单位制换算2第一章流体的流动及输送16第二章热量传递10第三章传质分离过程18第四章化学反应工程的基本原理8五、教学进度表3,教学进度表周次起讫日期教学内容教时分配目的要求备注12月20日-2月26H绪论第一章流体静力学方程（1）3了解化学工程概貌，化工物理量及单位；掌握流体静力学方程及应用22月27日-3月5日第一章流体静力学方程（2）；流体流动基本方程（1）3掌握流体静力学方程及应用33月6日-3月月日流体流动基本方程（2）3掌握流体流动基本方程43月13日-3月19日流动基本方程应用，牛顿粘性定律，流动类型，流速分布，平均流速，阻力计算（1）3学习流体流动基本方程的应用，牛顿粘性定律，流动类型，流速分布和平均流速53月20日-3月26日阻力损失计算(2),乌氏粘度计，管路计算，测速管3掌握阻力计算方法，了解乌氏粘度计原理，流速测量原理63月27日-4月2日流体流动机械设备(离心泵)3掌握离心泵工作的基本原理，理解离心泵的气缚现象和汽蚀现象，了解离心泵的安装要点74月3日-4月9日第二章传热基本方式，平壁、圆筒壁内热传导3学习传热基本概念、傅立叶定律及热传导计算84月10日-4月16日热对流，热交换过程分析热交换传热速率方程热交换计算，传热设备及传热过程强化3掌握热对流和热交换传热速率方程掌握热交换计算，了解传热设备及传热过程强化途径94月17日-4月23日阶段总结；期中考试3104月24日-4月30日第三章传质概论，精馆概述；3了解传质概念、双膜模型，精偏概况，气液平衡关系，理解菲克扩散定律的含义和应用115月1日-5月7日3五一放假125月8日-5月14日双组分溶液的气液平衡关系，精微原理和装置3掌握双组分溶液的气液平衡关系，掌握精微过程原理，了解精储塔的结构和形式135月15日-5月21H精播过程物料衡算，塔板效率3了解简单蒸储、平衡蒸储和特殊精镭；掌握精储过程的物料衡算145月22日-5月28日理论塔板；吸收概论，原理及流程，气液平衡关系3掌握理论塔板概念和塔板数计算方法，吸收概念，原理及流程，气液平衡关系155月29日-6月4日传质速率方程，吸收物料衡算，填料层高度计算3掌握吸收传质速率方程、物料衡算、吸收填料层高度计算166月5日-6月11日第四章化学反应工程概述，反应器类型，一些概念，流动模型，化学反应体系的量，等温变容反应体系3了解基本反应器特点，掌握时间、体积、返混等概念及流动模型，化学反应体系的量，分子总数变化带来的影响176月12日-6月18日IBR,CSTR,PFR计算3掌握IBR、CSTR和PFR的简单计算186月19日-6月25日停课复习考试196月26日-7月2日六、教材及参考书目教材：温瑞媛，化学工程基础，北京大学出版社，2005年参考书：1、李德华，化学工程基础，化学工业出版社(2004)2、杨国泰，化学工程基础学习指导，化学工业出版社(2003)3、武汉大学，化学工程基础，高等教育出版社(2001)4、王定锦，化学工程基础，高等教育出版社(1992)5、北京大学化工基础编写组，化学工程基础(笫二版)，高等教育出版社(1983)6、陈敏恒，化工原理，化学工业出版社(1999)7、朱炳辰，化学反应工程(第三版)，化学工业出版社(2004)8、朱炳辰，化学反应工程例题与习题，华东化工学院出版社(1993)9、RichardsonJ.F.,ChemicalEngineering(VoL3,3rded.),世界图书出版公司(2000)10、Levenspiel0.,ChemicalReactionEngineering(2nded.),JohnWiley(1972)七、教学方法授课方式：陈述法，案例分析，师生互动，小组讨论，PPT分组汇报等。基本要求.1 .课前通过智慧树、雨课堂等教学平台观看小微课视频，做好预习，大约0.5小时。2 .课堂上通过讲授重、难点，用案例分析、小组讨论等方式帮助学生理解知识点。3 .课后通过习题的练习，巩固和加深对化学反应工程知识重点和难点的理解，融会贯通。八、考核方式及评定方法（一）课程考核与课程目标的对应关系表4,课程考核与课程目标的对应关系表课程目标考核要点考核方式课程目标1知识储备平时作业、期中/期末考试（填空题、选择题）课程目标2能力达成平时作业、期中/期末考试（问答题、计算分析题）课程目标3素质养成平时作业、期中/期末考试（问答题、计算分析题）（一）评定方法1 .评定方法本课程注重过程化考核，考核成绩构成为：平时作业成绩20%+期中考试30%+期末考试成绩50%O（1） 平时成绩由平时作业、课堂小组讨论构成。（2）期中考试和期末考试以闭卷形式进行。试卷考核围绕课程目标考察学生专业基础知识、问题分析、解决问题的能力。2 .课程目标的考核占比与达成度分析表5：课程目标的考核占比与达成度分析表核占比课程目£平时(20%)期中(30%)期末(50%)总评达成度课程目标110.0%15.0%25.0%课程目标1达成度=（0.1X平时成绩+0.15X期中考试成绩+0.25X期末考试成绩）/50课程目标25.0%10.0%15.0%课程目标2达成度=（0.05X平时成绩+0.05X期中考试成绩+0.15X期末考试成绩）/30课程目标35.0%5.0%10.0%课程目标3达成度=（0.05X平时成绩+0.05X期中考试成绩+0.1OX期末考试成绩）/20备注：课程目标考核占比会随着每学年课程的考核形式、试卷题型和内容等略有变化。（三）评分标准课程目标评分标准90-10080-8970-7960-69<60优良中合格不合格ABCDF课程目标1能熟练掌握单元操作（流体流动过程、传热过程、吸收、精储等）和基本反应器的基本概念、基本理论和基本计算，熟悉典型化工设备的构造、性能、用途和操作原理，能够灵活运用数学、物理化学、化工热力学等学科知识表达化工“三传一反”有关的问题。掌握单元操作（流体流动过程、传热过程、吸收、精镭等）和基本反应器的基本概念、基本理论和基本计算，基本掌握典型化工设备的构造、性能、用途和操作原理，能够运用数学、物理化学、化工热力学等学科知识表达化工“三传一反”有关的问题。较好地掌握单元操作（流体流动过程、传热过程、吸收、精储等）和基本反应器的基本概念、基本理论和基本计算，了解典型化工设备的构造、性能、用途和操作原理，能够运用数学、物理化学、化工热力学等学科知识表达化工“三传一反”有关的问题。基本能够掌握单元操作（流体流动过程、传热过程、吸收、精镭等）和基本反应器的基本概念、基本理论和基本计算，了解典型化工设备的构造、性能、用途和操作原理，基本能够运用数学、物理化学、化工热力学等学科知识表达化工“三传一反”有关的问题。未能掌握单元操作（流体流动过程、传热过程、吸收、精储等）和基本反应器的基本概念、基本理论和基本计算，不了解典型化工设备的构造、性能、用途和操作原理，不能运用数学、物理化学、化工热力学等学科知识表达化工“三传一反”有关的问题。课程目标评分标准90-10080-8970-7960-69<60优良中合格不合格ABCDF课程目标2熟练掌握化学工程学分析问题和解决问题的基本观点和方法，能灵活运用所学理论知识科学解释生活中的有关化工“三传一反”的现象，熟悉科研成果产业化过程中可能遇到的问题以及解决问题的一般方法。掌握化学工程学分析问题和解决问题的基本观点和方法，能运用所学理论知识科学解释生活中的有关化工“三传一反”的现象，基本熟悉科研成果产业化过程中可能遇到的问题以及解决问题的一般方法。基本掌握化学工程学分析问题和解决问题的基本观点和方法，能运用所学理论知识科学解释生活中的有关化工“三传一反”的现象，了解科研成果产业化过程中可能遇到的问题以及解决问题的一般方法。基本掌握化学工程学分析问题和解决问题的基本观点和方法，能运用所学理论知识科学解释生活中的有关化工“三传一反”的现象，基本了解科研成果产业化过程中可能遇到的问题以及解决问题的一般方法。没掌握化学工程学分析问题和解决问题的基本观点和方法，不能运用所学理论知识科学解释生活中的有关化工“三传一反”的现象，不了解科研成果产业化过程中可能遇到的问题以及解决问题的一般方法。课程目标3树立良好的技术经济观点，熟练掌握化工运算的基本方法，具有较强的分析工程实际问题和解决工程实际问题的能力。树立技术经济观点，初步掌握化工运算的基本方法，具有相应的分析工程实际问题和解决工程实际问题的能力。初步树立技术经济观点，初步掌握化工运算的基本方法，具有一定的分析工程实际问题和解决工程实际问题的能力。初步树立技术经济观点，了解化工运算的基本方法，具有初步的分析工程实际问题和解决工程实际问题的能力。没有树立技术经济观点，不了解化工运算的基本方法，不具备相应的分析工程实际问题和解决工程实际问题的能力。