课程编号

03021031、03021045

课程名称

（英文名称）

化工原理

Principles of Chemical   Engineering

课程性质

本课程是一门专业基础课，是工科高等院校化工及及相近专业教学计划中必修的主干课程。

学分/学时

6学分 / 122学时

开课学期

第四、五学期

开课单位

化学化工学院

适用专业

化学工程与工艺、制药工程、应用化学等

先修课程

高等数学、大学物理、物理化学、C语言程序设计、认识实习

教材及参考书

[1] 夏清，贾绍义．化工原理[M]．天津: 天津大学出版社,2012 

[2] 陈敏恒，丛德滋，方图南．化工原理[M]．北京:化学工业出版社,2015

[3] 管国锋，赵汝博．化工原理[M]．北京: 化学工业出版社,2015

[4] 杨祖荣，刘丽英，刘伟. 化工原理[M]．北京: 化学工业出版社,2014

[5] 邹华生，黄少烈 ．化工原理[M]．北京: 高等教育出版社,2016

1 课程简介

本课程主要介绍流体流动、传热和传质的基本原理、主要单元操作典型设备的构造、操作原理、计算、选型及研究方法，单元操作典型设备最新研究成果，培养学生运用基础理论分析和解决化工单元操作中的各种工程实际问题的能力。课程强调工程观点、经济观点、定量计算和工程设计（研究）能力的训练，强调处理工程问题的方法论，强调理论与实际结合，提高学生分析问题、解决问题的能力。

2课程目标

1、掌握流体流动、传热、传质的基础理论。运用基础科学的理论，研究化工生产中的单元操作过程及其设备，建立工程观点。

2、掌握主要单元操作的基本原理，能够对单元操作过程进行分析，识别和判断单元操作过程的关键环节和参数，具有运用单元操作基本知识、工程技术观点分析和解决工程实际问题的能力、一定的工程思维和逻辑思辨能力及创新意识。

3、采用单元操作的原理，解决化工生产过程中典型单元操作的计算、设计、操作、优化及过程强化，具备正确的工程伦理观。

4、对单元操作过程中常用的化工计算图表、手册及资料等具有查阅和选用的能力。了解化工专业常用模拟软件的使用原理和方法。在缺乏数据的情况下，能够组织实验以取得必要的设计数据。【支撑毕业要求指标点5.1 L】

H：高支撑；M：中等支撑；L：低支撑

3课程目标与毕业要求指标点的对应关系

毕业要求

毕业要求指标点

课程目标

毕业要求1

指标点1.3：能够将相关知识和数学模型方法用于推演、分析化学工程问题。

课程目标1

毕业要求2

指标点 2.1：能运用相关科学原理，识别和判断复杂化学工程问题的关键环节。

课程目标2

毕业要求3

指标点 3.1：能够掌握工程设计和产品开发全周期、全流程设计/开发的基本方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。

课程目标3

毕业要求5

指标点 5.1：能够在化工过程中通过各种途径获取有效信息和资源并合理使用。

课程目标4

4课程目标与教学内容和方法(环节）对应关系表

课程目标

教学内容

教学方法（环节）

课堂

教学

网络作业

网络导学

案例

讨论

专题调研

课程目标1

内容1：绪论

内容2：流体流动

2.1流体的物理性质

2.2流体静力学基本方程

2.3流体流动的基本方程

2.4流体流动现象

2.7流量测量

内容3：流体输送机械

3.1离心泵（工作原理、特性曲线、安装高度）

3.2其他类型液体输送机械

3.3气体输送和压缩机械

内容4：非均相物系的分离和固体流态化

4.1概述

4.2颗粒及颗粒床层的特性

4.4过滤（原理）

4.5固体流态化

内容5：传热

5.1概述

5.2热传导

5.3对流传热（概述、沸腾给热与冷凝给热）

5.6辐射传热

内容6：蒸馏

6.1概述

6.2两组分溶液的气液平衡

6.4精馏原理和流程

6.6间歇精馏

6.7恒沸精馏和萃取精馏

内容7：吸收

7.1气体吸收的相平衡关系

7.2传质机理与吸收速率   

内容8：蒸馏和吸收塔设备

8.1概述

8.2板式塔（板上气液接触状态、气体通过筛板的阻力损失、板式塔的不正常操作现象、板效率的表示方法、塔板型式）

8.3填料塔（结构、填料特性、气液两相在填料层内的流动、附属结构）

内容9：干燥

9.1湿空气的性质

9.3固体物料在干燥过程中的平衡关系

9.5干燥速率

10.1蒸发设备

11.1萃取原理、相平衡及萃取设备

12.1膜分离的基本原理和方法、膜装置及应用、结晶基本理论、结晶方法与设备

√

√

√

√

√

课程目标2

内容2：流体流动

2.5流体在管内的流动阻力

内容3：流体输送机械

3.1离心泵（流量调节、组合操作）

内容4：非均相物系的分离和固体流态化

4.3沉降分离（沉降运动）

4.4过滤（流体通过固定床的压降）

内容5：传热

5.3对流传热（数学描述）

内容6：蒸馏

6.3平衡蒸馏和简单蒸馏

内容7：吸收

7.3吸收塔的计算（数学描述、计算方法）   

内容8：蒸馏和吸收塔设备

8.2板式塔（提高塔板效率的措施）

8.4板式塔与填料塔的比较

内容9：干燥

9.2湿焓图应用

√

√

√

√

课程目标3

内容2：流体流动

2.6管路计算

内容3：流体输送机械

3.1离心泵（计算选型）

内容4：非均相物系的分离和固体流态化

4.3沉降分离（设备）

4.4过滤（设备）

内容5：传热

5.4传热过程计算（设计型、操作型）

5.7换热器

内容6：蒸馏

6.5两组分连续精馏的计算（设计型、操作型）

内容7：吸收

7.3吸收塔的计算（设计型、操作型）   

内容8：蒸馏和吸收塔设备

8.2板式塔（板式塔的设计）

内容9：干燥

9.4干燥过程的物料衡算和热量衡算

9.6干燥过程计算

√

√

√

√

课程目标4

内容2：流体流动

2.5流体在管内的流动阻力（湍流时直管阻力损失的实验研究方法）

内容3：流体输送机械

3.1离心泵（类型）

内容5：传热

5.5对流传热系数关联式

内容7：吸收

7.4吸收系数

内容8：蒸馏和吸收塔设备

8.3填料塔（填料塔的传质）

√

√

5教学基本内容

根据全国高等学校化工原理课程教学指导委员会起草的高等学校工科本科《化工原理》课程教学基本要求，教学内容包含绪论、流体流动、流体输送机械、非均相物系的分离和固体流态化、传热、蒸馏、吸收、蒸馏和吸收塔设备、干燥等部分，并按照：基本知识、基本理论、工艺计算和典型设备来组织教学。理论教学课时96学时，其中：

内容1：绪论（支撑课程目标1）

掌握单位换算方法；掌握物料衡算、热量衡算的原则以及衡算的方法和步骤。熟悉单元操作的概念及其在化工过程中的地位。了解本课程的目的、任务、化学工程的发展简史。了解过程速率、平衡关系。

内容2：流体流动（支撑课程目标1、2、3、4）

掌握流体静力学基本方程式，连续性方程式和柏努利方程式及其应用；理解流体的流动类型和流动阻力的概念；掌握流体流动阻力的计算，简单管路的设计型计算和输送能力的核算。了解测速管，文丘里流量计,孔板流量计和转子流量计的工作原理和基本计算。

内容3：流体输送机械（支撑课程目标1、2、3、4）

了解离心泵的结构及基本方程式；掌握离心泵的性能参数及影响因素、泵的特性曲线、工作点和流量调节；掌握离心泵安装高度的确定原则；正确选用离心泵、风机的型号。了解其它类型流体输送机械。

内容4：非均相混合物分离及固体流态化（支撑课程目标1、2、3）

理解球形颗粒和均匀床层的特性；掌握一维固定床层的流动压降的计算；理解液体过滤操作的基本原理；掌握过滤基本方程式及其应用；掌握过滤过程及设备的计算和过滤常数的测定方法。了解重力沉降运动的基本原理，掌握重力沉降设备的计算。了解流化床的基本概念和主要特征。

内容5：传热（支撑课程目标1、2、3、4）

掌握热传导的基本原理，傅立利定律，平壁与圆筒壁的稳定热传导及计算，掌握对流传热的基本原理，牛顿冷却定律，对流传热系数关联式的用法和条件；运用传热速率方程并对热负荷、平均温度差、总传热系数进行计算；要求能够根据计算结果及工艺要求选用合适的换热器。了解列管换热器的结构特点及其应用。

内容6：蒸馏（支撑课程目标1、2、3）

掌握相对挥发的定义；了解闪蒸的原理；掌握用安托因方程计算平衡的汽液相组成；掌握 "t~x~y"图线、泡点线和露点线；了解总压对泡点线和露点线的影响；了解正、负偏差溶液的形成和特点。掌握简单蒸馏的计算；掌握精馏原理及回流的定义；掌握全塔物料衡算；掌握恒摩尔流假设；掌握五种进料状态；掌握平衡线、q线、精馏段操作线和提馏段操作线；掌握理论板的定义及全塔效率的概念。掌握全回流、最小回流比和最佳加料板位置的概念；掌握进料状态对理论塔板数的影响；掌握设计型计算中图解法、逐板计算法求解理论塔板数的方法；了解吉利兰快速估值法和芬斯克方程求最少理论塔板数。在操作型计算中，掌握进料浓度、回流比的变化对塔顶产品和塔底产品的影响。了解直接蒸汽加热、分凝器、冷液回流、侧线出料和回收塔各自的特点。了解间歇精馏的特点与计算，了解特殊精馏的特点。

内容7：吸收（支撑课程目标1、2、3、4）

掌握吸收的概念、类型和目的；了解解吸的概念；掌握溶剂选择的原则；掌握亨利定律三种表达形式及相关的计算；掌握吸收与解吸的过程方向判断及过程推动力的计算。了解菲克定律的适用范围；掌握等摩尔相向分子扩散和分子单向扩散时，分子扩散速率与传质速率之间的关系；掌握摩尔相向分子扩散和分子单向扩散传质速率积分式的区别；了解气、液相分子扩散系数。了解吸收过程；掌握双膜理论；掌握汽、液相总传质系数的计算方法，以及推动力与阻力的关系；掌握气膜控制和液膜控制；掌握物料衡算和操作线方程；掌握汽、液相总传质单元高度及总传质单元数常用的计算方法；掌握设计型和操作型计算；了解其它吸收流程。

内容8：蒸馏和吸收塔设备（支撑课程目标1、2、3）

了解填料塔和板式塔的主要构件；掌握塔内气液两相的流动状况和传质特性；了解常见的不正常操作情况和评价设备的基本性能；熟悉常规塔设备的一般计算方法。

内容9：干燥（支撑课程目标1、2、3）

了解湿分的定义、去湿的方法及干燥的分类；了解干燥过程的必要条件和干燥推动力。掌握湿空气的主要性质，它们的定义和计算公式；掌握湿空气的"I-H"图及其中的五种线；掌握确定湿空气状态的三种条件及由状态点确定空气有关参量。掌握干燥过程的物料衡算和热量衡算；掌握等焓和非等焓干燥过程确定干燥器出口状态空气；掌握干燥器的热效率和干燥效率的定义。了解物料中所含水分性质；掌握平衡水分与自由水分、结合水分与非结合水分的概念；掌握干燥速率的定义及干燥速率曲线；掌握临界水含量的概念；了解影响恒速干燥和降速干燥的因素。掌握恒速和降速段干燥时间的计算方法。了解干燥器的主要型式及它们的特点。

内容10：蒸发（支撑课程目标1）

了解蒸发设备。

内容11：萃取（支撑课程目标1）

了解萃取原理、相平衡及萃取设备。

内容12：结晶与膜分离（支撑课程目标1）

了解膜分离的基本原理和方法、膜装置及应用。了解结晶基本理论、结晶方法与设备。

6 教学安排

学时分配如下表：（注：案例讨论化工原理上下各二选一）

序号

教学内容

网络

导学

网络

作业

课堂

教学

网络

测验

案例

讨论

专题

调研

总计

1

概论

0.5

2

2.5

2

流体流动

1

2

14

17

3

流体输送机械

0.5

1

5

1.5

1

9

4

非均相物系分离及固体流态化

0.5

1.5

12

1.5

15.5

5

传热

1

1

14

1

课外2

17

6

蒸馏

1

2

16

1

20

7

吸收

1

2

15

1

1

20

8

蒸馏和吸收塔设备

0.5

1

4

1

课外2

6.5

9

干燥

0.5

1

12

1

14.5

合计

6

12

94

8

2

课外4

122

7 教学方法

课程教学以课堂教学、课外作业及测验、网络、案例讨论、专题调研等方式共同实施。

1、讲授单元操作的基本知识及计算方法， 引导和鼓励学生通过实践和自学获取知识，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。

2、教师首先提出学习任务，学生通过线上资源（如自有视频或国内外知名特色高校视频、PPT或资料检索等）导学；通过生活案例启发式教学、互相问答、工程案例讨论加深理解，完成网络作业、网络单元测验巩固提高，网络讨论或QQ微信答疑解惑，专题调研进行探究培养能力，实施线上线下混合式教学。

3、实施启发式教学，案例式教学，探究式教学，突出对学生创新思维和创新意识的培养，提高学生的逻辑思辨能力、工程实践能力以及创新意识，以符合应用型本科院校人才培养方案和专业认证的要求。

4、理论教学及实践（实验、课程设计）相结合，逐步解决设计型、操作型、综合型三类工程问题，从应用中提炼工程观点和工程处理方法，建立工程观点，树立工程思维，面向工程应用。

8 课程考核

及成绩评定方式

考核方式：采用导学及作业成绩、分组PPT案例讨论、单元测验、课程专题调研报告和期末考试相结合的形式对学生课程成绩进行综合评定。课程目标达成评价与考核总成绩中，平时成绩占10%、分组PPT案例讨论占10%、单元测验占10%、专题调研报告占10%、期末考试占60%。具体评定方法如下：

（1）导学及作业成绩：主要是SPOC平台上由主讲教师团队布置的导学及网络作业，每次作业采用百分制，有详细的评分标准。考核学生对知识点的复习、理解和综合应用程度。知识性的作业题（对应课程目标1）2%；识别和判断单元操作过程的关键环节和参数（对应课程目标1）2%；工艺计算、综合性的作业题（对应课程目标3）6%左右。

（2）案例讨论：根据工程案例要求进行分组PPT案例讨论汇报。根据讨论汇报的工程观点及基本概念准确率（对应课程目标1）、方案分析合理程度及创新意识（对应课程目标2）、工艺计算正确率（对应课程目标3）、信息获取可信度及PPT文档规范度（对应课程目标4）给出成绩，分别占3%、3%、3%、1%左右。

（3）单元测验：每章结束后在SPOC平台上由主讲教师团队针对性地考核学生对每章知识点的复习、理解和掌握程度，每次单元测验采用百分制，均为单选题。知识性的考题（对应课程目标1）6%；计算性的考题（对应课程目标3）4%左右。

（4）专题调研报告：

掌握化工单元操作的基础知识（对应课程目标1）4%；

了解化工行业单元操作前沿发展，能对化学工程领域复杂工程问题的影响因素和关键要素进行分析比较，并进行评价（对应课程目标2）3%；

文献查阅与整理、文献引用和评述及文档规范程度、对全文的扼要总结（对应课程目标4）3%；

（5）期末考试：综合考核学生对知识点的复习、理解和掌握程度。题型以填空题、选择题、作图题、计算题等为主。知识性的考题（对应课程目标1）25%；识别和判断单元操作过程的关键环节和参数（对应课程目标2）12%；主要单元操作的工艺计算（对应课程目标3）23%左右。

课程目标与课程考核环节关系：

序号

课程目标

考核环节

合计

考试

导学及作业

案例讨论

单元测验

调研报告

1

课程目标1

25%

2%

3%

6%

4%

40%左右

2

课程目标2

12%

2%

3%

3%

20%左右

3

课程目标3

23%

6%

3%

4%

36%左右

4

课程目标4

1%

3%

4%左右

合计

60%

10%

10%

10%

10%

100%

9课程目标达成情况评价

1、课程目标1的达成情况通过考试、导学及作业成绩、案例讨论、单元测验、调研报告综合考评；

2、课程目标2的达成情况通过考试、导学及作业成绩、案例讨论、调研报告综合考评；

3、课程目标3的达成情况通过考试、导学及作业成绩、案例讨论、单元测验综合考评；

4、课程目标4的达成情况通过案例讨论、调研报告综合考评。