《化工原理（过程原理）》课程教学大纲 课程编号：032134 课程名称：化工原理（过程原理）》 英文名称：Principles of Chemical Engineering 课程类型：专业基础课 总学时：40 讲课学时：40实验学时：实验单独开课 学 分：2.5 适用对象：过控专业 先修课程：高等数学、物理学、计算机技术、流体力学、传热学 开课单位：化工学院 一、课程性质和教学目标 《化工原理》是化学工程与工艺专业及相近专业的技术基础课，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，是化工类及相近专业的主干课程。 适用于过控专业的《化工原理》课程亦称“过程原理”，其主要研究内容是以过程工业生产中的物 理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成的若干“单元操作”。化工原理属工科科学，强调用自 然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，强调从动量、热量传递实质上理解过程，强调共同研 究方法的教有。教学中要加强过程设计开发能力的训练，强调工程观点，强调理论和实际相结合，提 高学生分析问题、解决问题的能力。 本课程的教学目标为： (1)掌握单元操作基础知识，并能用其基本理论表达、分析复杂工程问题。 (2)能够在安全、环境、法律等现实约束条件下，通过技术经济评价，对过程工业单元操作的设 计方案，进行可行性分析 (3)能够应对市场、用户需求及技术发展的变化，跨学科提出化工单元设备技术改造、系统更新 效能改进的方案，并进行可行性分析。 本课程的教学目标与单业要求的对应关系为： 课程教学日标 毕业要求 1-3掌握机械制图、力学、电工学等工程基础知识，并能用其基本 理论表酒 分析复杂工程题 价对过型 等现实约束条件下，通过技术经济剂 业装备复杂工程的设计 进 可性分花 ,用 G:E 学科提出技术改造
《化工原理（过程原理）》课程教学大纲 课程编号: 032134 课程名称：化工原理（过程原理） 英文名称：Principles of Chemical Engineering 课程类型：专业基础课 总 学 时：40 讲课学时：40 实验学时：实验单独开课 学 分：2.5 适用对象：过控专业 先修课程：高等数学、物理学、计算机技术、流体力学、传热学 开课单位：化工学院 一、课程性质和教学目标 《化工原理》是化学工程与工艺专业及相近专业的技术基础课，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，是化工类及相近专业的主干课程。 适用于过控专业的《化工原理》课程亦称“过程原理”，其主要研究内容是以过程工业生产中的物 理加工过程为背景，按其操作原理的共性归纳成的若干“单元操作”。化工原理属工科科学，强调用自 然科学的原理考察、解释和处理工程实际问题，强调从动量、热量传递实质上理解过程，强调共同研 究方法的教育。教学中要加强过程设计开发能力的训练，强调工程观点，强调理论和实际相结合，提 高学生分析问题、解决问题的能力。 本课程的教学目标为： （1）掌握单元操作基础知识，并能用其基本理论表达、分析复杂工程问题。 （2）能够在安全、环境、法律等现实约束条件下，通过技术经济评价，对过程工业单元操作的设 计方案，进行可行性分析。 （3）能够应对市场、用户需求及技术发展的变化，跨学科提出化工单元设备技术改造、系统更新、 效能改进的方案，并进行可行性分析。 本课程的教学目标与毕业要求的对应关系为： 课程教学目标 毕业要求 1 2 3 1-3 掌握机械制图、力学、电工学等工程基础知识，并能用其基本 理论表达、分析复杂工程问题。 √ 3-2 能够在安全、环境、法律等现实约束条件下，通过技术经济评 价，对过程工业装备复杂工程的设计方案，进行可行性分析。 √ 11-2 应对市场、用户需求及技术发展的变化，跨学科提出技术改造、 系统更新、效能改进的方案，并进行可行性分析。 √
二、教学基本要求 通过《化工原理》课程的学习，要求学生掌握各单元操作的基本概念和基本内容，掌握各单元操 作设备的特点和工艺计算方法，提高分析和解决工程问题的能力：熟悉单元操作的研究方法，包括数 学解析方法、量纲分析理论指导下的实验研究方法和数学模型法：学会从传递过程的实质上理解单元 操作过程。 三、教学内容及要求 绪论(2学时) 介绍本课程的性质以及与教授专业之间的关系。 第一章流体流动基础 因该专业已安排《流体力学》课程，故本章不再安排学时讲授，教材中未被《流体力学》课程覆 盖的部分基础知识点合并到第二章学习。 第二章流体输送机械(6学时) 机械能守恒与伯努利方程机械能守恒原理：伯努利方程的形式、基准和适用条件。 管路特性流体输送对输送机械的要求：管路特性方程：带泵管路的分析方法-过程分解法。 离心系泵的输液原理：影响离心泵理论压头的主要因素（流量、密度及气缚现象等）：系的功率、 效率和实际压头：离心泵的工作点和流量调节方法：离心泵的并联和串联：离心泵的安装高度，气蚀 余量和允许吸上真空高度：离心泵的选用。 其它泵容积式泵的工作原理、特点和流量调节方法（以往复泵为主）。 气体输送机越气体输送的特点及全风压的概念：气体输送机械的主要特性：风机的选择：压缩 机和真空泵的工作原理，获得真空的方法。 第三章沉降与过滤(6学时) 数学模型法：影响压降的主要因素。 过滤过滤方法：过滤过程数学描述（物料衡算和过滤速率方程）：过滤速率、推动力和阻力的彬 念：过滤速率方程的积分应用一间接实验和参数综合法：洗涤时间及常用过滤机的构造。 曳力系数两类流动（内部流动和外部流动）问题：表面曳力和形体曳力：球形颗粒的曳力系数 及斯托克斯定律。 自由沉降沉降运动一极限处理方法：沉降速度及其计算：降尘室的流量、沉降面积和粒径的关 系：旋风分离器的工作原理及影响性能的主要因素，粒级效率的概念。 第四章传热 因该专业已安排《传热学》课程，故不再安排学时讲授，由学生自学
二、教学基本要求 通过《化工原理》课程的学习，要求学生掌握各单元操作的基本概念和基本内容，掌握各单元操 作设备的特点和工艺计算方法，提高分析和解决工程问题的能力；熟悉单元操作的研究方法，包括数 学解析方法、量纲分析理论指导下的实验研究方法和数学模型法；学会从传递过程的实质上理解单元 操作过程。 三、教学内容及要求 绪论（2 学时） 介绍本课程的性质以及与教授专业之间的关系。 第一章 流体流动基础 因该专业已安排《流体力学》课程，故本章不再安排学时讲授，教材中未被《流体力学》课程覆 盖的部分基础知识点合并到第二章学习。 第二章 流体输送机械（6 学时） 机械能守恒与伯努利方程 机械能守恒原理；伯努利方程的形式、基准和适用条件。 管路特性 流体输送对输送机械的要求；管路特性方程；带泵管路的分析方法--过程分解法。 离心泵 泵的输液原理；影响离心泵理论压头的主要因素（流量、密度及气缚现象等）；泵的功率、 效率和实际压头；离心泵的工作点和流量调节方法；离心泵的并联和串联；离心泵的安装高度，气蚀 余量和允许吸上真空高度；离心泵的选用。 其它泵 容积式泵的工作原理、特点和流量调节方法（以往复泵为主）。 气体输送机械 气体输送的特点及全风压的概念；气体输送机械的主要特性；风机的选择；压缩 机和真空泵的工作原理，获得真空的方法。 第三章 沉降与过滤（6 学时） 数学模型法；影响压降的主要因素。 过滤 过滤方法；过滤过程数学描述（物料衡算和过滤速率方程）；过滤速率、推动力和阻力的概 念；过滤速率方程的积分应用—间接实验和参数综合法；洗涤时间及常用过滤机的构造。 曳力系数 两类流动（内部流动和外部流动）问题；表面曳力和形体曳力；*球形颗粒的曳力系数 及斯托克斯定律。 自由沉降 沉降运动—极限处理方法；沉降速度及其计算；降尘室的流量、沉降面积和粒径的关 系；旋风分离器的工作原理及影响性能的主要因素，粒级效率的概念。 第四章 传热 因该专业已安排《传热学》课程，故不再安排学时讲授，由学生自学
第五章吸收(8学时) 感述工业吸收过程：气体吸收的目的、原理及实施方法：吸收过程的经济性与吸收剂的选择。 气液相平衡亨利定律、温度、总压对平衡的影响：相平衡与吸收过程的关系。 单相与相际传质分子扩散与费克定律，扩散系数：等分子反向扩散、单向扩散的概念：对流作 质与有效膜模型（双膜理论）：相际传质，传质分系数和总系数的关系，传质速率方程：传质推动力和 传质系数的关系一一传质速率的工程处理方法：溶解度对两相传质阻力分配的影响。 吸收过程的数学描述低浓度气体吸收的假定：物料衡算、传质速率一一吸收过程数学描述方法： Hx、N的分解一一变量分离法：计算的对数平均推动力法和吸收因素法：物料衡算及操作线的含义。 吸收操作操作型问题的命题和解法，影响吸收结果的操作因素分析。 填料鳖了解填料塔的基本结构和附件、填料的种类、流体力学性能以及塔操作过程中的流体力 学性能。 第六章蒸馏(12学时) 概述：典型工艺过程中的精馏操作：蒸馏操作的目的、原理及实施方法；蒸馏操作的经济性。 双组分溶液的气液相平衡相律的应用：理想溶液的气液相平衡及泡点、露点计算：相对挥发度： 平衡蒸馏与简单蒸馏。 拮馏用传质观点分析精馏原理：精馏过程数学描述一一一元过程法：恒摩尔流的简化假设，理 论板和板效率一工程简化处理方法：加料板上的过程分析：控制体物料衡算和操作线方程。 双组分精馏的设计型计篁精馏设计型计算的命题：理论板数的逐板计算法：用图解法分析精偏 过程的方法；全回流和最少理论板数，最小回流比：加料热状态和回流比的选择：双组分精馏过程的 其它类型。 双组分精馏的操作型间题讨论精馏操作型问题的命题：分离能力和物料衡算对精偏操作的制约 和调节：灵敏板的概念。 恒沸精馏与萃取精馏的基本概念。 板式鉴了解板式塔的基本结构、塔板的类型、流体力学性能以及设计过程。 第七章干燥(6学时) 采用双语教学方式，英文版教材见“七、教材和参考书目”。 概述化工产品干燥实例：固体干燥的目的、原理及实施方法。 王燥静力学湿空气的状态参数及其计算：热、质同时传递过程的主要特点：过程的极限一湿 球温度与绝热饱和温度：【H图及其应用：水分在气固两相间的平衡。 于燥动力学恒定气流条件下物料的干燥速率及临界含水量。 干燥过程计篁间做干燥过程的干燥时间：连续干燥过程的特点，物料衡算，热量衡算及热效率
第五章 吸收（8 学时） 概述 工业吸收过程；气体吸收的目的、原理及实施方法；吸收过程的经济性与吸收剂的选择。 气液相平衡 亨利定律、温度、总压对平衡的影响；相平衡与吸收过程的关系。 单相与相际传质 分子扩散与费克定律，扩散系数；等分子反向扩散、单向扩散的概念；对流传 质与有效膜模型（双膜理论）；相际传质，传质分系数和总系数的关系，传质速率方程；传质推动力和 传质系数的关系——传质速率的工程处理方法；溶解度对两相传质阻力分配的影响。 吸收过程的数学描述 低浓度气体吸收的假定；物料衡算、传质速率——吸收过程数学描述方法； HOG、NOG 的分解——变量分离法；计算 NOG 的对数平均推动力法和吸收因素法；物料衡算及操作线的含义。 吸收操作 操作型问题的命题和解法，影响吸收结果的操作因素分析。 填料塔 了解填料塔的基本结构和附件、填料的种类、流体力学性能以及塔操作过程中的流体力 学性能。 第六章 蒸馏（12 学时） 概述： 典型工艺过程中的精馏操作；蒸馏操作的目的、原理及实施方法；蒸馏操作的经济性。 双组分溶液的气液相平衡 相律的应用；理想溶液的气液相平衡及泡点、露点计算；相对挥发度； 平衡蒸馏与简单蒸馏。 精馏 用传质观点分析精馏原理；精馏过程数学描述——一元过程法；恒摩尔流的简化假设，理 论板和板效率——工程简化处理方法；加料板上的过程分析；控制体物料衡算和操作线方程。 双组分精馏的设计型计算 精馏设计型计算的命题；理论板数的逐板计算法；用图解法分析精馏 过程的方法；全回流和最少理论板数，最小回流比；加料热状态和回流比的选择；双组分精馏过程的 其它类型。 双组分精馏的操作型问题讨论 精馏操作型问题的命题；分离能力和物料衡算对精馏操作的制约 和调节；灵敏板的概念。 恒沸精馏与萃取精馏的基本概念。 板式塔 了解板式塔的基本结构、塔板的类型、流体力学性能以及设计过程。 第七章 干燥（6 学时） 采用双语教学方式，英文版教材见“七、教材和参考书目”。 概述 化工产品干燥实例；固体干燥的目的、原理及实施方法。 干燥静力学 湿空气的状态参数及其计算；热、质同时传递过程的主要特点；过程的极限——湿 球温度与绝热饱和温度；I-H 图及其应用；水分在气固两相间的平衡。 干燥动力学 恒定气流条件下物料的干燥速率及临界含水量。 干燥过程计算 间歇干燥过程的干燥时间；连续干燥过程的特点，物料衡算，热量衡算及热效率
四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号教学内容 学时 教学方式 对应教学目标 绪论 2 进授 1 讲授2次 流体输送机械 6 翻转课堂1次：流体输 1.3 送方案设计 沉降与过滤 6 翻转课堂2次：气周分 设计：液固分离 1,3 翻转课堂2次：基于经 吸收 文理价的与比代化 1.2.3 断利随制/分布哭沿 挂授3次 翻结理背3次，基干☒ 蒸馏 济评价的回流比优化： 1,2,3 精馏塔控制方案设计： 新型塔板设计 整课1次千燥方， 拼授2资 五、课程建设与改革（含教学思想、教学方法、教学手段） 化工过程有原料预处理过程、反应过程和反应后产物后处理过程组成。除反应过程外，其余的是 由各种单元操作来完成。研究单元操作的化工原理课程内容十分广泛，实际工程问题非常复杂。化工 原理课程主要介绍常用的单元操作，以基础知识、基本原理为主，掌握这些知识，是学生进一步学习 的基础。课程内容的重点是各单元操作的基本概念和基本内容，各单元操作设备的特点和工艺计算和 操作方法。 化工原理（过程原理）教材是以单元操作的内容顺序安挂，各章相对独立。但是，化工原理教学 中要特别强调各单元操作共同的研究方法的教学：特别注意从传递过程本质上理解单元操作的内容。 注意不要让学生觉得过化工原理（过程原理）仅仅是一门实验性课程，而是理论与实践紧密结合的课 程。加强工程观点的教学，包括技术经济、安全环保等观点。 由于时间紧，内容多，课程讲授环节全部采用多媒体教学，识记性质的基础知识点仅作课堂提要， 不再深度讲授，将大约一半的课时用于翻转课堂环节。通过学生自由分组开展项目式学习(PBL),培 养学生的解决实际问题能力和创新能力，达成“评价”、“创造”等高阶能力的培养。 六、考核及成绩评定方式 本课程的成绩评定方式为：期末考试成绩×50%+翻转课堂表现×50%=100%
四、课堂教学学时分配及对应教学目标 序号 教学内容 学时 教学方式 对应教学目标 1 绪论 2 讲授 1 2 流体输送机械 6 讲授 2 次 翻转课堂 1 次：流体输 送方案设计 1，3 3 沉降与过滤 6 讲授 1 次 翻转课堂 2 次：气固分 离方案设计；液固分离 方案设计 1，3 4 吸收 8 讲授 2 次 翻转课堂 2 次：基于经 济评价的液气比优化； 新型填料/分布器设计 1，2, 3 5 蒸馏 12 讲授 3 次 翻转课堂 3 次：基于经 济评价的回流比优化； 精馏塔控制方案设计； 新型塔板设计 1, 2，3 6 干燥 6 讲授 2 次 翻转课堂 1 次：干燥方 案设计 1, 3 五、课程建设与改革（含教学思想、教学方法、教学手段） 化工过程有原料预处理过程、反应过程和反应后产物后处理过程组成。除反应过程外，其余的是 由各种单元操作来完成。研究单元操作的化工原理课程内容十分广泛，实际工程问题非常复杂。化工 原理课程主要介绍常用的单元操作，以基础知识、基本原理为主，掌握这些知识，是学生进一步学习 的基础。课程内容的重点是各单元操作的基本概念和基本内容，各单元操作设备的特点和工艺计算和 操作方法。 化工原理（过程原理）教材是以单元操作的内容顺序安排，各章相对独立。但是，化工原理教学 中要特别强调各单元操作共同的研究方法的教学；特别注意从传递过程本质上理解单元操作的内容。 注意不要让学生觉得过化工原理（过程原理）仅仅是一门实验性课程，而是理论与实践紧密结合的课 程。加强工程观点的教学，包括技术经济、安全环保等观点。 由于时间紧，内容多，课程讲授环节全部采用多媒体教学，识记性质的基础知识点仅作课堂提要， 不再深度讲授，将大约一半的课时用于翻转课堂环节。通过学生自由分组开展项目式学习（PBL），培 养学生的解决实际问题能力和创新能力，达成“评价”、“创造”等高阶能力的培养。 六、考核及成绩评定方式 本课程的成绩评定方式为：期末考试成绩×50% + 翻转课堂表现×50% =100%
评分标准： 1)期末考试 按期末考试的标准答案、评分标准百分制评分，总评后折算成50分。 期末考试采用闭卷方式，题型一般采用选择题、填空题、计算题、综合题等 2)翻转课堂 开展项目式学习(PBL),提前公布话题今学生自由分组(45人一组)研究，在课堂上展示和答 辩。根据课程目标安排，翻转课堂分为“经济评价”和“创新方案”两类，各自的成绩作为评价课程 目标2和课程目标3达成情况的依据。翻转课堂采用统一的成绩评定方式：教师评价×80%+组内互 评均值×20%=100%。 教师评价部分兼顾个人表现与团队表现，成绩评定方式：个人打分均值×团队系数均值。 个人打分仅当团队进行课堂展示和答辩时评价，给分标准如下： 个人操堂表现 得分 展示提问环节中，充满自信，富有感染力，显示出团队核心地位 90-100 展示提问环节有自信，能自如宜讲和做答。 80-89 展示提问环节不够自信，显示未认真思考和较低的团队参与度。 70-79 未参加展示，或提问环节无法作答。 <70 团队系数每次翻转课堂都进行评价，由教师按团队的作品质量或答辩表现评价，标准如下： 打分项评价合理性或方案创新性学以致用情况PPT质量与答辩分工合理性合计 团队系数构成 30% 2070 100% 评定原则 40%起评 259%起评 15%起评 80%起评 组内互评部分评分办法：每次翻转课堂结束后在规定时间内进行，由组内协商给出每位成员的贡 献度。各成员贡献度加和应等于100%，最小打分间隔为5%，每组成员中应至少有3种不同的打分。 个人课堂表现<60的同学，互评贡献度最多不得超过10%。以组内最高贡献度为满分，以平均贡献度 (100%人数)为80分，对每人成绩进行归一化计算。对违反规定打分的团队，责令限期整改，并视情 节下调团队系数。 七、教材和参考书目 教材：《化工原理》（第五版），王志魁编著，化学工业出版社，2017年。 Unit Operation of Chemical Engineering Fifth Edition.Warren L McCabe,McGraw-Hill, 1nc.,1993. 参考书：《化工原理》（上、下册）（第四版），陈敏恒等编著，化学工业出版社，2016年。 《化工原理》（上、下册）（第三版），陆美娟、张浩勒等著，化学工业出版社，2012
评分标准： 1）期末考试 按期末考试的标准答案、评分标准百分制评分，总评后折算成 50 分。 期末考试采用闭卷方式，题型一般采用选择题、填空题、计算题、综合题等。 2）翻转课堂 开展项目式学习（PBL），提前公布话题令学生自由分组（4~5 人一组）研究，在课堂上展示和答 辩。根据课程目标安排，翻转课堂分为“经济评价”和“创新方案”两类，各自的成绩作为评价课程 目标 2 和课程目标 3 达成情况的依据。翻转课堂采用统一的成绩评定方式：教师评价×80% + 组内互 评均值×20% =100%。 教师评价部分兼顾个人表现与团队表现，成绩评定方式：个人打分均值×团队系数均值。 个人打分仅当团队进行课堂展示和答辩时评价，给分标准如下： 个人课堂表现 得分 展示/提问环节中，充满自信，富有感染力，显示出团队核心地位。 90~100 展示/提问环节有自信，能自如宣讲和做答。 80~89 展示/提问环节不够自信，显示未认真思考和较低的团队参与度。 70~79 未参加展示，或提问环节无法作答。 <70 团队系数每次翻转课堂都进行评价，由教师按团队的作品质量或答辩表现评价，标准如下： 打分项 评价合理性或方案创新性 学以致用情况 PPT 质量与答辩分工合理性 合计 团队系数构成 50% 30% 20% 100% 评定原则 40%起评 25%起评 15%起评 80%起评 组内互评部分评分办法：每次翻转课堂结束后在规定时间内进行，由组内协商给出每位成员的贡 献度。各成员贡献度加和应等于 100%，最小打分间隔为 5%，每组成员中应至少有 3 种不同的打分。 个人课堂表现<60 的同学，互评贡献度最多不得超过 10%。以组内最高贡献度为满分，以平均贡献度 （100%/人数）为 80 分，对每人成绩进行归一化计算。对违反规定打分的团队，责令限期整改，并视情 节下调团队系数。 七、教材和参考书目 教 材：《化工原理》（第五版），王志魁编著，化学工业出版社，2017 年。 Unit Operation of Chemical Engineering, Fifth Edition，Warren L. McCabe，McGraw-Hill, Inc.，1993。 参考书：《化工原理》（上、下册）（第四版），陈敏恒等编著，化学工业出版社，2016 年。 《化工原理》（上、下册）（第三版），陆美娟、张浩勤等著，化学工业出版社，2012
八、说明 化工原理是一门计算性很强的课程，通过一定数量的习题进行训练，对学生掌握基本知识有 重要的作用。作业要求学生独立完成。 大纲制订人：李奕帆 大纲审定人：张婕 制订日期：2021年8月10日
八、说明 化工原理是一门计算性很强的课程，通过一定数量的习题进行训练，对学生掌握基本知识有 重要的作用。作业要求学生独立完成。 大纲制订人：李奕帆 大纲审定人：张婕 制订日期：2021 年 8 月 10 日