化工原理理论课教案.docx

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化工原理理论课教案

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

上学期考试小结

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

2.熟悉：

教学重点

教学难点

无。

教学方法

讲座式、启发式

课时安排

70分钟

20分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

考试情况及问题

上学期期末考试题型有：

填空、选择、判断、名词解释及分析计算等五种题型。

其中分析计算题的答对率较低。

化工原理课程工程性较强，学生初次接触工程性学科，学习起来比较吃力；另外，分析计算题要求学生具有分析问题与工程计算的综合能力，也是分析计算题答对率较低的主要原因。

根据本门课程图表多、计算多、工程性强但课时有限的特点，①充分利用多媒体教学设备，加大教学信息量，加强教学交互性，使同学对图表理解更直观，基本概念更清晰。

②强化习题课，加强工程计算及计算机应用的训练。

进一步加强计算能力的训练、增强分析问题解决问题的能力。

学习方法

学习态度：

认真

学习四步骤：

①课堂：

认真听讲、记笔记

②平时：

独立、认真、按时完成作业

③考前复习：

课本、作业及学习指导

④考试：

只有平时踏实学，考试才会不慌张。

小结

（10分钟）

重申学习方法。

思考题

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第六章液体蒸馏

第一节双组分溶液的汽液平衡

第二节蒸馏与精馏原理

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

双组分汽液平衡计算常用公式。

2.熟悉：

双组分汽液平衡相图常见形式及其作图方法。

教学重点

1.双组分汽液相平衡关系。

2.相图的绘制及相关计算。

教学难点

无。

教学方法

启发式

课时安排

5分钟

60分钟

15分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、概述

蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作。

如何实现蒸馏？

举例说明。

举例：

苯与甲苯混合液的分离

与其他分离操作相比，蒸馏的优缺点。

蒸馏的应用

蒸馏方式及选择

二、两组分理想溶液汽液平衡

利用相律分析两组分溶液达到气液平衡时的平衡关系。

1）等温图

2）等压图（平衡温度—组成图）：

重点讲解。

3）气液平衡组成图

气液平衡关系的确定

相对挥发度的概念及意义

三、非理想溶液汽液平衡

正偏差溶液与最低恒沸点：

举例说明（乙醇—水体系）

负偏差溶液与最高恒沸点：

举例说明（硝酸—水混合物）

四、蒸馏与精馏原理

单级蒸馏操作原理：

简单蒸馏与平衡蒸馏

由单级蒸馏原理引出多级蒸馏原理即精馏原理

精馏操作原理与流程

精馏操作的一些概念，如：

加料板、精馏段、提馏段、理论板及回流比

小结

（5分钟）

1.汽液平衡相图。

2.相关计算。

思考题

1.为什么说α是蒸馏分离的推动力？

2.如何能获得汽液平衡数据？

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第六章液体蒸馏

第三节双组分溶液连续精馏塔计算

（1）

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

精馏塔物料衡算、操作线方程。

2.熟悉：

五种不同热状态进料方式对精馏的影响。

教学重点

1.三种操作线。

2.进料热状态。

教学难点

1.操作线描述、意义及作图。

教学方法

启发式

课时安排

10分钟

15分钟

10分钟

50分钟

10分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、概述

分析双组分溶液连续精馏过程中涉及的操作参数。

连续精馏计算的两个假设条件：

理论板与恒摩尔流的假定

全塔物料衡算：

注意流量与组成的对应（作业题5）

二、精馏段操作线

操作线方程的意义

对包括精馏段某塔板以上塔段及冷凝器的范围作物料衡算即得

分析精馏段操作线方程的意义

三、提馏段操作线

对包括提馏段某塔板以下塔段及再沸器的范围作物料衡算即得

分析提馏段操作线方程的意义

四、加料板操作线

对加料板分别作物料衡算及热量衡算，联立两衡算式

可引出进料热状况参数，并分析进料热状况参数的意义。

进料热状况参数值的求解（作业题6）

分析实际生产中可能的五种进料热状况。

（包括各进料热状况下的实际塔内操作情况及进料热状况参数的大小）

联立精馏段操作线方程、提馏段操作线方程及进料热状况参数的公式，

即可得到加料板处的操作线方程。

分析加料板操作线方程的意义

五、操作线在y-x图上的表示

图示说明作图程序。

（作业题8）

小结

（5分钟）

1.三个操作线。

2.五种进料状态。

思考题

1.如何在x－y相图中作出三种操作线。

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第六章液体蒸馏

第三节双组分溶液连续精馏塔计算

（2）

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

塔板数的逐板计算及图解方法。

2.熟悉：

相关公式及作图方法。

教学重点

1.计算程序。

2.作图程序。

教学难点

1.无。

教学方法

启发式

课时安排

10分钟

20分钟

10分钟

35分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、理论级、推动力、塔板数

理论塔板或理论级的概念

图解说明精馏过程中传质推动力

精馏塔的理论塔板数

二、逐板计算法

依次利用平衡关系和操作线关系进行计算，直至达到精馏分离要求为止。

从塔顶算起，逐板计算法的计算步骤

从塔底算起，逐板计算法的计算步骤

另外，为方便起见，可将逐板计算法的计算步骤编程。

三、图解法

图解法的基本原理与逐板计算法的完全相同。

图解法的作图步骤

要求学生掌握图解法求理论板层数的作图方法（作业题9）。

四、加料板位置的确定

适宜的加料板位置的确定

以及塔板数的确定（需考虑再沸器及冷凝器的类型）。

五、例题

例：

图解法求理论板数

适宜加料板的确定

小结

（5分钟）

1.计算、图解方法程序。

思考题

1.加料板确定需注意那些方面？

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第六章液体蒸馏

第三节双组分溶液连续精馏塔计算（3）

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

最小理论塔板数的计算。

2.熟悉：

芬斯克方程。

教学重点

1.最小理论塔板数概念、意义、计算。

2.回流比对操作线位置的影响及意义。

教学难点

1.无。

教学方法

启发式

课时安排

30分钟

10分钟

25分钟

30分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、回流比、操作线

分析回流比对精馏段操作线及提馏段操作线位置的影响

分析调节回流比的意义

二、全回流

分析全回流（即回流比为无穷大）的操作状态

全回流操作条件下精馏段操作线和提馏段操作线的变化

全回流时，传质推动力最大，操作线变为对角线。

全回流时，达到给定分离程度所需的理论板层数最少，称最少理论板数。

全回流的意义

三、芬斯克方程

全回流时，最少理论板数的求法：

除了可以在y-x图上的平衡线与对角线之间直接图解求得以外，

还可由芬斯克方程式计算得到。

芬斯克方程的推导过程：

即全回流时利用逐板计算法。

四、最小理论塔板数计算及例题

举例说明最少理论板数的计算方法

小结

（5分钟）

1.最小理论塔板数计算。

思考题

1.全回流意义？

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第六章液体蒸馏

第三节双组分溶液连续精馏塔计算（4）

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

最小回流比确定、塔板数简捷计算法。

2.熟悉：

回流比、操作线。

教学重点

1.最小回流比、适宜回流比、吉利兰算图。

教学难点

1.最小回流比。

教学方法

启发式

课时安排

30分钟

15分钟

20分钟

15分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、最小回流比的概念、意义、计算

最小回流比的概念（作图说明）

最小回流比的意义

最小回流比的求法（作图讲解）

二、适宜回流比的选择

适宜回流比的选择依据：

操作费用和设备费用之和为最低。

分析操作费用与回流比的关系

分析设备费用与回流比的关系

操作费用和设备费用之和即总费用与回流比的关系

适宜回流比选择的一般性原则：

可取为最小回流比的1.1～2倍

三、吉利兰算图、塔板数的简捷计算法

参照吉利兰图讲解利用吉利兰图这一简捷法求理论板层数的方法和步骤

除了吉利兰图外，还可利用由吉利兰图原始数据回归的方程式进行计算

四、例题

举例说明最小回流比的求法（作业题12）

举例说明利用简捷算法求理论板数

五、能量衡算

冷凝器的热量衡算及冷却介质消耗量的求算

再沸器的热量衡算及加热介质消耗量的求算

全塔热量衡算

小结

（5分钟）

1.最小回流比。

思考题

1.回流比与塔板数关系？

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第六章液体蒸馏

第四节板式塔

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

板式塔设计主要尺寸计算。

2.熟悉：

正常及非正常操作的相关概念、常见塔板型式。

教学重点

1.设计计算。

2.相关概念。

教学难点

性能负荷图

教学方法

启发式

课时安排

10分钟

20分钟

30分钟

15分钟

20分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、板式塔操作

图示讲解说明板式塔内精馏分离的操作

板式塔的结构（图示讲解说明）

板式塔的设计原则（由上归纳总结）

二、流体力学

气液接触状态（图示讲解说明）

塔板压降（图示讲解说明）

漏液（图示讲解说明）

雾沫夹带（图示讲解说明）

液泛（图示讲解说明）

板上液体返混（图示讲解说明）

板上液面落差（图示讲解说明）

三、性能负荷图、板效

雾沫夹带线、漏液线、液泛线、液相负荷下限线、液相负荷上限线

操作弹性：

如何确定与计算

塔板效率：

单板效率（计算方法）和全塔效率（意义）

四、设计计算

塔高及塔径的计算（塔板间距与空塔气速选取的原则）

五、塔板型式

图示介绍泡罩塔板、浮阀塔板、筛板和浮舌塔板等

塔板的液流型式：

单流型、双流型、四程流型、阶梯流型及U型流型等

小结

（5分钟）

1.概念。

2.设计。

思考题

性能负荷图有何意义。

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第六章液体蒸馏

习题课

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

进一步熟悉、掌握液体蒸馏相关概念及计算。

教学重点

解题方法

教学难点

无

教学方法

启发式

课时安排

10分钟

20分钟

40分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、描述精馏过程的基本关系

气液平衡关系的作用及其表达方式

物料衡算与精馏段、提馏段操作线方程

热量衡算与进料方程、进料热状况参数

理论板、实际板与板效率

二、精馏操作回流比的选定

全回流

最小回流比

适宜回流比

三、连续精馏塔理论板数的计算

逐板计算法

图解法

简捷法

四、其他类型的蒸馏过程

简单蒸馏和平衡蒸馏

间歇精馏

五、本章作业讲解

重点讲解习题12（分析方法）

六、本章小测验

小结

思考题

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第七章吸收

第一节气――液相平衡

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

气体的溶解度、亨利定律。

2.熟悉：

吸收剂的选择。

教学重点

1.亨利定律。

2.概念。

教学难点

亨利定律的不同表达形式。

教学方法

启发式

课时安排

10分钟

15分钟

45分钟

15分钟

10分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、吸收概述

什么是吸收？

（图解说明）

吸收的目的（可举例说明）

吸收分类

二、气体的溶解度

气体在液体中溶解度的概念

溶解度曲线（分析、图例说明）

三、亨利定律的不同表达形式

将亨利定律表示为溶质在液相中的摩尔分率与其在气相中的分压的关系

将亨利定律表示为溶质在液相中的体积摩尔浓度与气相中的分压的关系

将亨利定律表示为溶质在液相中的摩尔分率与气相中的摩尔分率的关系

将亨利定律表示为溶质在液相中的摩尔比与气相中的摩尔比的关系

四、用气液平衡关系分析吸收过程

判断过程的方向（例题说明）

计算过程的推动力

确定过程的极限

五、吸收剂的选择

吸收剂选择时，应考虑的问题：

溶解度、选择性、挥发度、黏度及其它

小结

（5分钟）

1.亨利定律。

思考题

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第七章吸收

第二节传质机理与吸收速率

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

吸收速率方程式

2.熟悉：

吸收过程的机理。

教学重点

1.双膜理论。

2.吸收速率方程式。

教学难点

1.吸收速率方程式。

教学方法

启发式

课时安排

15分钟

10分钟

15分钟

10分钟

15分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、双膜理论

气液两相间存在一个界面，界面上气液两相处于平衡状态

界面两侧分别存在很薄的气膜和液膜，膜内以分子扩散方式进行传质

膜外的气液相主体传质阻力可以忽略不计，传质阻力集中在两层膜内

二、气膜吸收速率方程式

气相组成以分压表示时的气膜吸收速率方程式

气相组成以摩尔分数表示时的气膜吸收速率方程式

气相组成以摩尔比浓度表示时的气膜吸收速率方程式

三、液膜吸收速率方程式

液相组成以体积摩尔浓度表示时的液膜吸收速率方程式

液相组成以摩尔分数表示时的液膜吸收速率方程式

液相组成以摩尔比浓度表示时的液膜吸收速率方程式

四、界面浓度

界面浓度的确定（分析、作图说明）

五、总吸收速率方程式

以气相组成表示总推动力的吸收速率方程式

以液相组成表示总推动力的吸收速率方程式

以摩尔比浓度为总推动力的吸收速率方程式

六、各种吸收系数之间的关系

七、传质速率方程的分析

小结

（5分钟）

1.吸收速率方程式。

思考题

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第七章吸收

第三节吸收塔计算

（1）

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

吸收塔的物料衡算与操作线方程。

2.熟悉：

吸收剂用量的决定与塔径的计算。

教学重点

1.吸收剂用量的决定与塔径的计算。

教学难点

无

教学方法

启发式

课时安排

25分钟

40分钟

5分钟

25分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、吸收塔的物料衡算与操作线方程

物料衡算（以逆流接触的吸收塔为例分析）

吸收塔的操作线方程（逆流吸收塔和并流吸收塔）

吸收塔的操作线在坐标图上的表示（作图说明）

二、吸收剂用量的决定

最小液气比（图解分析）

最小吸收剂用量

适宜的液气比

吸收剂用量的选用原则

最小液气比的求法（图解法）

三、塔径的计算

根据流量计算公式可求取

四、填料层高度的计算

填料层高度的基本计算式

传质单元高度与传质单元数的概念

传质单元高度的物理意义

传质单元数的求法

小结

（5分钟）

1.计算方法。

思考题

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第七章吸收

第三节吸收塔计算

（2）

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

填料层高度的计算。

2.熟悉：

理论板层数的计算。

教学重点

1.填料层高度的计算。

教学难点

无

教学方法

启发式

课时安排

50分钟

25分钟

20分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、填料层高度的计算

填料层高度的基本计算式

传质单元数的求法

平衡线为直线时，

脱吸因数法

对数平均推动力法

平衡线为曲线时，

图解积分法

近似梯级法

二、理论板层数的计算

图解法（梯级图解法）

解析法

理论板数与传质单元数的关系

三、吸收的操作型计算

例题

小结

（5分钟）

1.计算方法。

思考题

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第七章吸收

第四节吸收系数

第五节脱吸及其它条件下的吸收

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

获取吸收系数的途径。

2.熟悉：

脱吸及其它条件下的吸收过程。

教学重点

1.吸收系数的准数关联式。

教学难点

1.无

教学方法

启发式

课时安排

20分钟

35分钟

20分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

4.1吸收系数概述

1.作表对比吸收中的各种吸收系数与传热中的各种传热系数

2.吸收系数的获得途径

①实验测定

画出具体的实验装置，简单介绍实验测定的步骤和操作以及数据的处理

②经验公式强调经验公式的适用条件

③准数关联式联系传热中的准数关联式

4.2吸收系数的准数关联式

准数关联式中常用的几个准数有：

1.施伍德准数联系传热中的努塞尔特准数，便于学生记忆

2.施密特准数联系传热中的普兰特准数

3.雷诺准数回忆流体流动中的雷诺准数

4.伽利略准数联系传热中的格拉斯霍夫准数

5.1脱吸

1.脱吸的流程画流程图讲解。

分析脱吸流程和吸收流程的异同点。

2.脱吸的计算

①脱吸的操作线方程物料衡算法推导脱吸的操作线方程

坐标图上作出脱吸的操作线和平衡线的操作线

②填料层高度的计算与吸收过程的计算类似，但注意区别。

5.2其它条件下的吸收

1.多组分吸收（举例讲解）关键组分的选取

2.化学吸收举例讲解

3.非等温吸收分析实际吸收过程中的热效应对吸收过程的影响。

小结

（5分钟）

1.吸收系数。

2.脱吸。

思考题

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第七章吸收

习题课

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

2.熟悉：

概念、计算

教学重点

教学难点

无。

教学方法

启发式

课时安排

10分钟

15分钟

20分钟

30分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

重点：

低浓度、单组分、等温、物理吸收的原理与计算

一、亨利定律

亨利定律的不同表达形式

相平衡常数

从相平衡关系分析吸收操作

二、吸收速率方程

吸收速率方程的不同表达形式

注意吸收速率方程式中吸收系数与吸收推动力在范围和单位上的一致性

为避开界面浓度，通常采用总吸收系数的速率方程

三、吸收塔的物料衡算

由物料衡算可得出吸收塔的操作线方程

吸收塔的操作线方程在坐标图上的表示

吸收剂的最小用量及适宜的吸收剂用量

四、传质单元数法计算填料层高度

基本公式：

填料层高度=（传质单元数）×（传质单元高度）

传质单元高度及其物理意义

传质单元数及其求法（脱吸因数法和平均推动力法）

五、本章作业讲解

重点讲解习题11（分析方法）

六、本章小测验

小结

思考题

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第八章干燥

第一节湿空气的性质及湿度图

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

湿空气的性质、湿焓图。

2.熟悉：

教学重点

1.湿空气的性质、湿焓图。

教学难点

湿焓图

教学方法

启发式

课时安排

10分钟

50分钟

35分钟

教学步骤、内容（详细内容见课件）

一、概述

化学工业中常用的主要除湿方法

干燥操作的分类

分析干燥操作的必要条件

本章重点讨论以空气为干燥介质，以水为湿份的对流干燥过程

二、湿空气的性质

湿空气中水蒸气含量的表示方法：

湿度与相对湿度（区别与联系）

湿空气的比容

湿空气的比热容

湿空气的焓

湿空气的干球温度和湿球温度（重点讲解）

湿空气的绝热饱和温度（绝热饱和塔与绝热饱和过程）

湿空气的露点（露点、湿球温度与绝热饱和温度的关系）

三、湿焓图及应用

湿焓图的构成：

等湿度线群

等焓线群

等干球温度线群

等相对湿度线群

蒸气分压线

已知湿空气的一对相互独立的参数，如何在湿焓图上确定空气的状态点

（在湿焓图上说明）

小结

（5分钟）

1.湿空气性质。

思考题

化工原理

理论课教案

授课教师:

赵彦巧

教学课题

第八章干燥

第二节物料衡算、热量衡算

课型

化工原理

理论课

对象

制药工程专业2006级本科1～2班

教学目的

1.掌握：

物料衡算、热量衡算。

2.熟悉：