吉林大学化工原理（通用12篇）
班级：化学工程与工艺1102班
姓名：王翔
学号：1505110321
日期：2014年1月1日
本套软件系统包括8个单元仿真实验：
实验一 离心泵性能的测试
实验二 管道阻力实验
实验三 传热实验
实验四 吸收实验
实验五 流体流动形态的观测
实验六 柏努利方程实验
实验七 干燥实验
实验八 精馏实验
以下是实验模拟观测过程和计算机生成的实验报告。
图1 离心泵性能的测试 观察气蚀现象（1）
图2 离心泵性能的测试 观察气蚀现象（2）
图3 离心泵性能的测试 离心泵特性曲线测定实验报告（1）
图4 离心泵性能的测试 离心泵特性曲线测定实验报告（2）
图5 离心泵性能的测试 离心泵特性曲线测定实验报告（3）
图6 离心泵性能的测试 离心泵特性曲线测定实验报告（4）
图7 管道阻力的测定实验报告（1）
图8 管道阻力的测定实验报告（2）
图9 管道阻力的测定实验报告（3）
图10 传热实验
图11 传热实验报告（1）
图12 传热实验报告（2）
图13 传热实验报告（3）
图14 传热实验报告（4）
图15 吸收实验 观察液泛现象
图16 吸收实验报告
图17 液体流动形态的观测 观察滞留形态
图18 液体流动形态的观测实验报告
图19 柏努利方程实验 观察测压孔与水流方向方位角与水位变化（1）
图20 柏努利方程实验 观察测压孔与水流方向方位角与水位变化（2）
图21 干燥实验报告（1）
图22 干燥实验报告（2）
图23 干燥实验报告（3）
图24 干燥实验报告（4）
图25 精馏实验 动态平衡调整
图26 精馏实验报告（1）
1 化工原理实践教学主要存在的问题
重庆理工大学化工学院于2005年开设化工原理实验室建设, 目前实验室总面积240多平方米, 累计投入近100万元。购买了数字化筛板精馏塔实验装置、全数字化给热系数测定实验装置、喷雾干燥实验装置、超临界萃取装置等实验装置。另外, 还联合四川大学开发了综合流体力学实验装置、典型错误配置教学实验装置及吸收实验装置等实验装置。其中, 综合流体力学的实验装置包括了实验大纲要求的三大类共6个实验的内容:离心泵特性曲线测试、流量计校核实验、流体力学、雷诺实验、局部阻力测定、直管阻力测定等功能。典型错误配置教学实验装置包含三类错误, 分别是操作步骤错误、仪表选配安装错误、流程设计安装错误。吸收实验装置并联4个不同填料, 分别为700X规整填料、700Y整装填料、θ环和拉西环。从上述硬件来说, 我校化工原理实验教学平台还算不错。但由于目前化工原理实验基本上都是围绕课程教学来设置, 实验的项目由指导老师进行设置, 学生对课题兴趣不大, 体现为很多学生不愿动手操作, 一部分学生仅仅参观而已, 真正开动脑筋思考的学生较少, 达不到应用型创新人才培养的要求。
2 化工原理实验教学与大学生科研立项相结合的改革
重庆理工大学在学生大二学期开始设立学生科研立项, 主要是结合教师科研和工程实践, 培养学生的科研热情、科研能力和工程思维, 进而培养大学生的实践能力和创新能力, 因此, 结合大学生科研立项, 改革化工原理实验教学的模式和内容, 创新实验教学体系。
2.1 结合大学生科研立项, 设定化工原理实验项目
传统的化工原理实验项目一般由指导老师指定, 学生被动地接受该实验, 无法发挥学生的主观能动性。为了打破这一传统的教学模式, 我们把科研立项课题引入化工原理实验教学环节, 改革实验教学的模式。比如在大学生科研立项“空气射流旋风分离氨氮废水的研究”中, 课题的内容很好地体现化工原理的“综合流体力学”的相关知识, 比如流体力学、离心泵特性曲线测试、流量计校核实验、雷诺实验、局部阻力测定、直管阻力测定等功能。虽科研立项旨在培养学生对于科研的积极性和热情, 但该实验又和化工原理实验紧密结合, 因此, 结合科研立项的内容和化工原理实验教学内容, 设立“空气射流旋风分离氨氮废水的综合流体力学实验”作为化工原理实验的一个课题, 发挥了学生的积极性和热情, 又培养了学生的科研能力。
2.2 通过科研立项与化工原理实验相结合, 激发学生激情, 培养学生动手能力和创新精神
创新和改革实验教学内容对于培养学生的动手能力和创新精神尤为重要。传统的化工原理实验教学内容由指导老师指定, 因此, 更新实验教学内容, 激发学生热情尤为重要。因此, 我们结合科研立项的研究内容和化工原理的实验教学内容, 如在“空气射流旋风分离氨氮废水的综合流体力学实验”中, 由于学生的科研活动需要考察流量, 温度, pH值等因素, 因此在该操作中存在一些问题, 如氨氮废水的流量计选择和安装错误、氨氮废水的温度和压力仪表选配安装错误、氨氮废水旋风分离的操作步骤错误等。而这些操作属于化工原理实验的教学内容。因此, 在科研立项中发生的这些常见错误, 可以作为化工原理实验的纠错性实验。通过分析这些频繁的发生在实验装置中错误, 一方面让学生了解问题产生的原因, 并进一步分析问题, 加深对知识的掌握和理解, 增加学生的自信心, 另外一方面培养学生的动手能力和创新精神。
2.3 立项结题报告和实验报告合二为一, 客观评价学生, 培养学生综合能力
化工原理实验的成绩一般以实验报告和动手操作两者结合来评定。但由于传统的实验内容大都一致, 学生的实验分析报告较为雷同, 对于成绩评定不具有可操作性。因此, 改革实验教学内容, 不同学生的实验操作和实验内容完全由学生自己选择, 这样既增加了学生的积极性和热情, 又加深了学生对化工单元操作的理解, 巩固和深化所学理论知识, 也培养学生动手能力。科研立项属于项目制, 需要学生就科研立项做结题报告;而化工原理实验属学生实验, 需要学生做实验报告, 因此, 我们将两个报告合二为一, 既锻炼了学生在科研活动中动手能力, 也可培养学生的科研热情和问题分析能力。因此, 综合考虑动手能力及学生对该实验的分析以及进一步的解决方案和建议, 通过该“合二为一”的实验报告的撰写, 既客观评价学生的成绩, 也培养学生的综合能力。
3 结论
结合大学生科研立项, 改革传统的化工原理的实验教学内容, 既发挥了学生的主观能动性和科研热情, 又锻炼了学生的动手能力和创新精神, 对培育应用型创新人才具有十分重要的作用。
参考文献
[1]贾建洪, 金红卫, 高建荣.拓宽专业口径后的化学工程与工艺专业教改实践[J].化工高等教育, 2003, (2) :22-23
[2]余国琮, 李士雨, 张凤宝等.化工类专业创新人才的培养模式[J].化工高等教育, 2006, 87 (1) :8-11
[3]余国琮.化工类专业创新人才培养模式、教学内容、教学方法和教学技术改革的研究与实施项目成果汇编[M].北京:化工出版社, 2004
[4]李素悦, 杜勇, 陈飞飞.化工原理实验教学中若干问题的思考[J].武汉科技学院学报, 2008, 21 (5) :76-79.
[5]赵清华, 高焕方, 许俊强, 全学军.化工原理实验教学中工程观点的培养.化工高等教育, 2010, 111 (1) :37-39
摘 要：化工原理课程是一门重要的专业必修课，起到由理论到工程的桥梁作用。本文结合该门课程的特点和本校在化工原理教学中的实际，就化工原理教学方法进行反思，以提高学生的积极性，做到学以致用。
关键词：化工原理；教学方法；学习兴趣
化工原理课程是各高校中与化学化工相关的专业性很强的必修课，学习该课程需综合运用数学物理、化学、计算技术等基础知识，分析和解决化工类型生产问题，培养学生的工程概念以及解决、分析实际化工问题的能力。化工原理的主要内容有流体流动、输送、传热和传质的基本原理以及主要单元操作如液体精馏、气体吸收、过滤和萃取等典型设备构造、操作原理、过程计算、设备选型、实验研究方法等。
由于化工原理课程原理较难、内容庞杂、操作多、公式繁琐，学生大多数都认为它是一门较难学好的课程，对它不感兴趣，有畏难思想。而且现在高校普遍压缩教学课时，化工原理课程内容多、学时少，教师几乎不能在有限的时间内把所有知识点都讲到、讲透。笔者结合化工原理教学的实际，就如何组织好课堂教学，改变学生的被动学习状态，激发学生的学习热情进行探讨。
一、从生活出发，理论联系实际
化工原理的理论内容本身较枯燥乏味，学生在课上会出现开小差、昏昏欲睡等问题。在讲原理时与生活相结合，不仅能调动学生的洞察、想象和思维能力，同时也能培养学生对化工原理课程的兴趣，有利于提高教学质量。
二、用对比的教学方法，建立内在联系
化工原理课程中的单元操作都可分解为动量传递、热量传递、质量传递这三种传递过程和三者的结合，简称“三传”。三种传递现象中存在着类似的规律和内在的联系。传递过程是联系各单元操作的一条主线。因此在某些章节中，有很多理论、公式都非常相似。在授课过程中，若能将类似的知识点进行对比和归纳，既有利于学生复习学过的内容，又有利于加深对新知识的理解和掌握。如热量传递中的给热问题就和气体吸收中的双模模型相似，间壁传热：（1）热流体以对流传热方式把热量向临近壁面传递；（2）存在温差的两个间壁面之间通过热传导传热；（3）另一侧间壁再通过对流传热把热量传递给另一侧的冷流体。气体的传质吸收与此类似，被吸收气体在气膜内通过分子扩散到气液界面，在界面处快速溶解，然后再以分子扩散的方式在液膜中扩散至主体。此外，吸收速率的推理可与传热速率相类似。
讲授中采用对比法，用学生已掌握的内容去理解新内容，可以使学生易于接受新内容，理解当中的理论，起到事半功倍的作用，还可以引导学生从多个角度分析、解决问题，从而培养他们的创新意识。
三、采用多媒体辅助教学
在教学中，运用多媒体，可把教师从粉笔板书的传统教学方式中解脱出来，既节省了课时，又能营造出和谐轻松的课堂气氛。更为重要的是，像换热器、离心泵和塔设备等常用的化工生产设备，学生往往没有接触过，没有空间概念，如果还是用板书来讲解的话，要浪费很多的时间和精力在黑板上画图，而且图形也可能会有一定的失真，最终事倍功半。倘若使用多媒体教学的话，可以用三维的立体动画清晰生动地展示这一过程，逼真地重现设备操作和设备内部结构，使得复杂结构直观化，抽象概念简单化，在课堂上就可以给学生一种很强的实物感。
多媒体的运用，将化工生产直接“搬入”课堂，增强了学生的学习兴趣，有些学生甚至会把自己在帮家里干活中遇到的问题也拿来问，真真正正让大家感受到化工原理的重要性。
四、重视实验，尽快建成化工原理实验室
化工原理课程包括教学、实验和设计三个环节，化工原理实验可以验证所学理论知识，也是培养学生科研能力和技术工作能力的一种有效手段，上好实验课将有助于理论教学质量的提高。目前，本校化学专业的学生只是进行了化工原理理论知识的学习，学校、学院尽快地建立实验室是非常有必要的，通过实验可以缓解学生对化工原理课程带来的厌学情绪。实验课内容有基本实验和综合设计性实验两部分，前期可以先进行基础实验，如雷诺实验、离心泵实验、过滤实验、精馏实验、干燥实验等，实现对化工原理的工程概念由感性认识到理性认识的飞跃。完成实验后，还要撰写一份符合规范的实验报告，后期再根据学生的具体情况开展综合性实验。
对于实验的组织，可实行开放式实验教学模式。即上课开始时教师不再对实验原理、操作步骤、仪器使用等进行讲解，这些内容都由学生自己完成，教师起到督导的作用，对学生的实验过程仅提供一些意见。因此，为了能顺利完成实验，学生必须做好实验前的准备工作，通过不断的思考和资料查找调动学生学习的积极性。而且通过准备工作，学生对实验中遇到的一些问题，就会尝试着分析和解决，使学生加深对化工原理课程认识的同时培养了解决实际问题的能力。
五、结束语
综上所述，为了使学生能够掌握化工原理的基本知识，学会解决工程问题的思维方法，并掌握处理具体工程问题的方法，要求教师不仅要吃透课程内容，还要精心准备教学内容，讲究授课方法和技巧，针对教学内容的不同应用多种方法来组织、实施教学，这样才能提高学生学习的主动性，使学生快乐自觉地学习。
参考文献：
[1]白薇扬，谭怀琴，赵清华，等.化工原理课程教学设计浅析[J].广州化工，2011，39（23）：146-147，150.
1、流体流动。流体静力学；质量守恒；流动流体的机械能守恒；阻力损失；管路计算；流体流量的测定；非牛顿流体的特性。
2、流体输送机械。离心泵；往复泵；气体输送。
3、液体搅拌。混合机理；搅拌器的性能；搅拌功率；搅拌器的放大。
4、流体通过颗粒层的流动。颗粒床层特性；流体通过固定床的压降，过滤。
5、颗粒的沉降和流态化。颗粒的沉降运动；沉降分离设备；流化床；气力输送。
6、传热。热传导；对流给热；沸腾给热和冷凝给热；热辐射；传热过程计算。
7、蒸发。蒸发操作的经济性和操作方式；单效蒸发的计算；多效蒸发。
8、气体吸收。气液相平衡；扩散和单相传质；相际操作；低浓度气体吸收；吸收的设计型计算和操作型计算；化学吸收。
9、精馏。双组分溶液的气液相平衡；双组分溶液的设计型计算和操作型计算；间歇精馏；恒沸精馏与萃取精馏；多组分精馏流程方案选择。
10、气液传质设备。板式塔；填料塔。
11、液液萃取。液液相平衡；萃取过程的计算；常用萃取设备的工作原理。
12、其它传质分离方法。结晶；吸附分离；膜分离。
?
一、实验目的1、? 熟悉填料吸收塔结构和流程
2、? 观察填料塔流体力学状况，测定压降与气速的关系曲线
3、? 掌握气相总体积系数kYa和气相总传质单元高度HOG的测定方法。
?
二、实验原理
1、? 填料塔流体力学特性
图2-73 填料层压降-空塔气速关系示意图填料塔的压降与泛点气速是填料塔设计与操作的重要流体力学参数，气体通过填料层引起的压降与空塔气速关系如图2-73所示：
当无液体喷淋时，干填料层压降Dp对气速u的关系在双对数坐标中可得斜率为1.8~2的直线，（图中aaˊ线）。当有液体喷淋时，在低气速下，（c点以前）对填料表面覆盖的液膜厚度无明显影响，填料层内的持液量与空塔气速无关，仅随喷淋量的增加而增大，压降正比于气速的1.8~2次幂，由于持液使填料层的空隙率减少，因此，压降高于相同气速下的干填料层压降，是图中bc段为恒持液区。随气速的增加液膜增厚，出现填料层持液量增加的“拦液状态”（或称载液现象），此时的状态点，图中的c点称载点或拦液点。气速大于载点气速后，填料层内的持液量随气速的增大而增加，压降与气速关系线的斜率增大，图中cd段为载液区段。当气速继续增大，到达图中d点，该点成为泛点，泛点对应的气速称为液泛气速或泛点气速。此时上升气流对液体产生的曳力使液体向下流动严重受阻，积聚的液体充满填料层空隙，使填料层压降急剧上升，压降与气速关系线变陡，图中d点以上的线段为液泛区段。填料塔实际操作的气速控制在接近液泛但又不发生液泛时的气速，此时传质效率最高。一般操作气速取液泛气速的60%~80%。
2、? 气相总体积吸收系数kYa的测定
(1)?? 气相总体积吸收系数
??（2—63）
式中：V ——惰性气体流量，kmol/s;
z ——填料层的高度，m;
W——塔的横截面积，m2;
Y1、Y2——分别为进塔及出塔气体中溶质组分的摩尔比，kmol（溶质）/kmol（惰性组分）； ——塔顶与塔底两截面上吸收推动力与的对数平均值，称为对数平均推动力。
??（2—64）
在本实验中，由测定进塔气体中的氨量和空气量求出Y1，由尾气分析器测出Y2，再由平衡关系求出Y*。数据整理步骤如下：
(1)?? 空气流量
标准状态的空气流量为V。用下式计算：
?（2—65）
式中：V1——标定状态下的空气流量，(m3/h);
T0、P0——标准状态下空气的温度和压强，kPa;
T1、P1——标定状态下空气的温度和压强，kPa;
T2、P2——使用态下空气的温度和压强，kPa;
(2)?? 氨气流量
标准状态下氨气流量 用下式计算：
（2—66）
式中：——氨气流量计示值，(m3/h)；
——标准状态下空气的密度,kg/m3；
——标准状态下氨气的密度, kg/m3。
若氨气中含纯氨为98%，则纯氨在标准状态下的流量V0〞用下式计算：
??? ?（2—67）
(3)?? 混合气体通过塔截面的摩尔流速：
（2—68）
式中：d——填料塔内径，m。
(4)?? 进塔气体浓度
??（2—69）
式中：n1——氨气的摩尔分率。
n2——空气的摩尔分率。
根据理想气体状态方程式：
∴? ?（2—70）
(5)??平衡关系式
如果水溶液<10%的稀溶液，平衡关系服从亨利定律，则：
Y*=mx???（2—71）
式中：m——相平衡常数，??（2—72）
H——亨利系数，Pa；
p——系统总压强，Pa.?（2—73）
?
式中：p*——平衡时的氨气分压,(mmHg或Pa)，其数值可从附录5.1氨气的平衡分压表查得。
(6)?? 出塔气体（尾气）浓度
出塔气体（尾气）浓度由尾气分析仪测得，具体见附录5.4，尾气浓度的测定方法。尾气中氨的浓度由下式计算：
???（2—74）
式中：T1、p1——空气流经湿式气体流量计的压强和温度；
T0、p0——标准状态下空气的温度和压强；
V1——湿式气体流量计所测得的空气体积，ml；
Vs——硫酸体积，L；
Cs——硫酸浓度，mol/L；
rs——反应式中硫酸配平系数，本实验rs =1；
r2——反应式中氨配平系数，本实验r2=2。
(7)?? 出塔液相浓度
根据物料平衡方程：
（2—75）
因进塔液相为清水，即X2=0，则
?（2—76）
(8)?? 计算
由对数平均推动力公式计算，其中∵X2=0∴Y*=0
(9)?? 求气相总体积吸收系数KYa3、? 传质单元高度HOG的测定
?（2—77）
式中：HOG——气相总传质单元高度，m；
NOG——气相总传质单元数，无因次。
z已知，NOG求出后，则HOG可求得。
?
三、实验装置及流程
图2-74 吸收装置流程图
l—风机；2—空气调节阀；3—油分离器；4—转子流量计；5—填料塔；6—栅板；7—排液管； 8—喷头；9—尾气调压阀；10—尾气取样管；11—稳压瓶；12—旋塞；13—吸收盒；14—湿式气体流量计；
15—总阀；16—水过滤减压阀；17—水调节阀；18—水流量计；19—压差计；20、21—表压计；
22—温度计；23—氨瓶；24—氨瓶阀；25—氨自动减压阀；
26、27—氨压力表；28—缓冲罐； 29—膜式安全阀；30—转子流量计；31—表压计；32—闸阀
四、实验步骤及注意事项
1、? 实验步骤
（1）?? 填料塔流体力学测定操作
1）? 先全开叶氏风机的旁通阀，然后再启动叶氏风机，风机运转后再逐渐关小旁通阀调节空气流量。做无液体喷淋时，干填料层压降Dp对应气速u的关系。
2）? 全开旁通阀，再打开供水系统在一定液体喷淋量下，缓慢调节加大气速到接近液泛，使填料湿润，然后再回复到预定气速进行正式测定。
3）? 正式测定时固定某一喷淋量，测量某一气速下填料的压降，按实验记录表格记录数据。
4）? 实验完毕停机时，必须全开空气旁通阀，待转子降下后再停机。
（2）?? 气相总体积吸收系数测定的操作
1）? 实验前确定好操作条件（如氨气流量、空气流量、喷淋量）准备好尾气分析器。
2）? 按前述方法先开动水系统和空气系统，再开动氨气系统，实验完毕随即关闭氨气系统，尽可能节约氨气。
2、? 注意事项
(1)填料塔流体力学测定操作，不要开动氨气系统，仅用水与空气便可进行操作。
(2)正确使用供水系统滤水器，首先打开出水端阀门，再慢慢打开进水阀，如果出水端阀门关闭情况下打开进水阀，则滤水器可能超压。
(3)正确使用氨气系统的开动方法，事先要弄清氨气减压阀的构造。开动时首先将自动减压阀的弹簧放松，使自动减压阀处于关闭状态，然后打开氨瓶顶阀，此时自动减压阀的高压压力表应有示值，关好氨气转子流量计前的调节阀，再缓缓压紧减压阀的弹簧，使阀门打开，低压氨气压力表的示值达到5ⅹ104Pa或8ⅹ104Pa时即可停止。然后用转子流量计前的调节阀调节氨气流量，便可正常使用。关闭氨气系统的步骤和开动步骤相反。
(4)尾气浓度的测定，详见附录5.4。
?
五、实验报告要求
1、? 在双对数坐标纸上绘出干填料层压降Dp与空塔气速u的关系曲线及一定液体喷淋密度下的压降Dp与空塔气速u的关系曲线。
操作条件下液体的喷淋密度 [m3/m2.h]
???（2—78）
2、? 测定含氨空气~水系统在一定的操作条件下的气相总体积吸收系数KYa和传质单元高度HOG。
六、思考题
1、? 阐述干填料压降线和湿填料压降线的特征。
2、? 为什么要测Dp~u的关系曲线？实际操作气速与泛点气速之间存在什么关系？
3、? 为什么引入体积吸收系数KYa？它的物理意义是什么？
在此次的创新设计项目中，虽然仅仅是这几天的时间让我们来将我们所学的知识运用到实际生活中，但从这里我们对知识的运用得意了解。这也体现出一个团队的努力是无穷的。首先想说的是，在这次的创新设计中，一个团队集体来做一项课题，觉得效率以及想法都是非常有效的，开始的时候我们团队四个人集体坐下来讨论说要做的课题，大家在确定课题的同时涉及到了如何来做这个课题，这个课题中出现的问题我们应该怎样去解决，这个课题说需要的资料应该如何去搜索，课题的规模我们应该怎样去设计等等，这些我们用了半天的时间来讨论以及确定，其次我们每个人展开一项任务，大家分工来搜索资料整理模板，每个人都非常在用心的去完成这项课题，在我们的共同努力之下，最终完成了对《桑迪亚散热器》工作原理进行了创新。
在学习这门课程的时候，我们收获到在学习的这些知识中，用这些知识可以解释生活生产中说用的各种器械，现象，还有处理方法等等。在流体输送机，换热器，蒸馏塔方面，我们懂得了这些器械的运用以及工作原理，懂得对对这些机械减小由于各种原因造成的损失，从而使效率最大化的方法。在流体的流动力学、密度、摩擦等各种因素中，热传导方面，蒸馏，干燥这些知识点，我们学到用这些知识来解决问题。
材料工程原理，对于我们在高分子材料这个专业上，我们说学的，可以对我们以后不管是在材料的研究，以及材料的运用方面，都可以很好的去理解器械或者是材料成型的原理以及构造，而不是处于陌生的态度去面对这些，这也就是我们所学的要在实际中的用途。虽然接触这门课的时候还是有些困难，但是每一个所学的知识点还是挺清晰明确 的，初次接触，难免有些内容还是理解的不是很好，在一些公式以及原理的运用上不能很好的去联想到实际中，但是我们相信，所学的总会用到的，通过我们的复习以及设计，我们又进一步的对这门课的知识理解了更多。
类比教学法就是将较难理解的知识点通过学生已学过的知识点进行对比分析, 达到掌握新知识的目的。下面以课程具体内容为例, 探讨类比法的应用。
1新概念的引入
化工原理中的很多工程概念对初学者来说是抽象和突兀的, 如果不想办法激发学生的兴趣, 深入浅出的引入基本概念, 课堂气氛就会较为沉闷, 影响学习效果。例如对传热单元操作的学习, 讨论热传导的基本定律傅立叶定律时, 教材首先引入了温度场和等温面的概念, 对这两个新概念的引入, 可借助于学生熟悉的重力场和势能相等的水平面进行类比分析, 再进一步讨论温度梯度和傅立叶定律, 学生就比较容易理解。又如吸收单元操作中的气膜控制和液膜控制过程, 可用对流传热过程中控制热阻概念加以类比, 在冷热流体通过间壁换热时, 若忽略管壁热阻和壁面两侧的污垢热阻, 则总热阻为两侧对流传热热阻之和, 当两个对流传热系数相差较大时, 总热阻是由热阻大的那一侧的对流传热所控制, 该侧热阻即称为控制热阻。在吸收过程中, 根据双膜理论, 气液两相间有一稳定的相界面, 在相界面上气液两相相互成平衡, 传质过程的总阻力集中于界面两侧的气膜和液膜两个有效膜层内, 总阻力是由气膜阻力和液膜阻力两部分组成的。因此用传热过程的控制热阻类比分析吸收过程的膜层阻力, 学生从已掌握的知识点出发, 既巩固了已学知识, 又加深了对新内容的理解。再如精馏单元操作中关于两组份连续精馏过程的计算, 图解法求理论板数时, 通过在相平衡曲线和操作性之间做直角梯级的方法, 求解所需理论板数, 分析直角梯级的含义时, 可以将分离要求类比为总高度, 每个直角梯级相当于一个台阶, 当总高度一定时, 每个台阶越高, 所需台阶数目就越少。这样, 通过生活中的实物类比分析, 学生就能形象地理解新的概念。
2公式的记忆
在对各个单元操作的分析计算中, 传递过程成为统一的研究对象, 也是联系个单元操作的一条主线。传递过程从物理本质上分为以下三种:动量传递过程、热量传递过程和质量传递过程。它们所遵循的基本规律分别为:
牛顿粘性定律
傅立叶定律
菲克定律
公式中, τ为动量通量, q为热通量, J为扩散通量;μ为粘度, λ为导热系数, D为扩散系数;
对于同类公式, 也可以将多个公式通过类比归纳通式的方法, 减少记忆工作量, 提高学习效率。比如在传热速率方程的学习中, 单层平壁导热速率为
3单元操作之间的类比
蒸馏和吸收传质单元操作的类比, 研究这些过程的基础是相平衡、物料平衡和传递速率[4]。蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作, 它是通过加热造成气、液两相物系, 利用物系中各组分挥发度不同的特性以实现分离的目的;而吸收是分离气体混合物的典型单元操作, 它是利用气体混合物中各组分溶解度不同以实现分离的目的。气体的吸收和液体的蒸馏都是分离均相物系的气、液传质操作, 但是, 二者有本质的差别。一般地, 使均相混合物分离成较纯净的组分, 必须出现第二个物相, 蒸馏操作中采用改变状态参数的方法, 使混合物系内部产生出第二个物相;而吸收操作中采用的是从外界引入另一相物质的方法形成两相系统。在单元操作过程计算中, 蒸馏需要确定操作费和设备折旧费之和的最小值, 即总费用最低时所对应的的回流比为适宜的回流比, 通常根据经验选取为最小回流比的1.1～2.0倍;吸收过程则需要考虑适宜的液气比, 从设备费和溶剂的消耗、输送及回收等项操作费两方面分析生产过程的经济效益, 使总费用最小, 通常根据生产实践经验, 吸收剂用量为最小用量的1.1～2.0倍[5]。此外, 蒸馏和吸收塔设备在设计计算和设备选型方面也存在很多共同特点, 可以类比理解, 不再一一列举。
4结论
在化工原理的教学过程中采用类比的方法, 可以使学生较好地理解工程概念, 对所学知识点能够融会贯通、触类旁通, 拓宽分析问题的思路, 提高解决工程问题的综合能力。
摘要：针对化工原理课程的教学内容和特点, 将类比法应用到该课程教学中, 从新概念的引入、计算公式的记忆和各单元操作之间的类比等方面详细阐述了类比法的应用。让学生在学习过程中易学好记, 能够深入浅出地掌握基本概念, 做到举一反三、触类旁通, 拓宽分析问题的思路, 提高教学效果。
关键词：化工原理,教学方法,类比法
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［关键词］化工原理 教学改革 课程建设
［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 2095-3437（2012）08-0096-02
《化工原理》课程不仅是我校化学工程与工艺专业的核心课程，而且还是材料化学、应用化学、环境工程、生物工程及药物制剂等非化工专业的一门技术基础课。对非化工专业学生来说，本课程学时少，而内容多，涉及的知识面广泛，工程实践性强，各单元操作过程相互独立，设备类型多种多样，且结构复杂。笔者在教学实践中对非化工专业少学时《化工原理》课程从理论教学、实验教学以及实践环节等方面进行了改革尝试。
一、理论教学方面
《化工原理》课程现有的理论教学改革取得了一定的进展，但还存在不足。我们从教学内容、教学方法、教学手段三个方面进行了改革探索。
教学内容上，不仅对教学计划和教学大纲进行修改，同时还对已有的流体流动、流体输送机械、沉降与过滤、传热、精馏、吸收、干燥、蒸发、气液传质设备、萃取等章节作不同程度的增减。概括地讲，本课程主要介绍动量传递、热量传递及质量传递的基本原理；主要学习典型设备的构造、操作原理；学习设备计算、选型及实验研究方法。该门课程的目的是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，强调理论与实际结合，提高分析问题、解决问题的能力。基于此，在教学实践中，与后续单元操作联系紧密的基本原理从过程描述、数学建模到工程应用都探求深入浅出、通俗易懂，使学生轻松掌握并印象深刻；与后续单元操作或设备应用的联系不是太要紧的理论推导可以概括小结方式带过以节约学时；教学内容除了讲授“三传”基本理论外，适当介绍新型分离技术如膜分离、超临界流体萃取等，使教学内容与时俱进，使学生的知识视野和时代同步。
教学方法上，以多样化形式调动学生的积极主动性。课堂上采用启发式教学，从不同的角度、用不同的方式引入问题，深入浅出，并结合实例来说明问题，力避呆板、枯燥，力求概念清楚、条理清晰、结论明确。在教学实践中，我们尝试了“倒叙法”，即在讲解某一章节内容时，并不按教材上先讲概念、定义、基本方程的推导、工程实际应用这样的内容顺序，而是首先给出实际生活中遇到的问题，然后引出方程并推导，穿插基本概念和定义，随后回到问题上并详细解答。比如，在讲解流体流动时，我们首先提出：如何将液体从低位槽送至高位槽？显然需要外加能量，外加多少才够？以此引导学生分析问题，进而想办法解决这一问题，就是要弄清楚伯努利方程、连续性方程。推导这两个方程时，将基本概念与定义讲述清楚，最后将最初提出的实际问题解答。又如在讲解精馏章节时， 先绘出一个精馏塔的示意图，问：要分离某两组混合液体至某一纯度，那么该设计多少层塔板或多高的填料层才能满足要求？带着问题，分析精馏过程原理，引出理论板概念、恒摩尔流假定，推导操作线方程、相平衡方程及进料线方程、回流比的选择方法，最后回到塔高的计算上来，解决工程实践问题。利用这种倒叙方式，促进了学生积极思考，课堂讨论氛围活跃，教学效果显著提高。
教学手段上，充分利用现代化教学设备，提高效率。对非化工专业开设《化工原理》课程中最突出的问题就是学时少与内容多的矛盾，充分利用多媒体技术可以有效缓解这一矛盾。大量的黑板板书占用大量的教学学时数，为了在有限的学时内完成教学任务，我们自己编制了少学时《化工原理》多媒体电子教学课件，可以节省原来黑板书写推导公式、板书流程示意图或设备结构图的时间，用于对基本概念、原理的深入剖析或例题解题思路的分析上。
二、实验教学方面
化工原理实验教学改革方面，我们自己编写了与现有实验设备相匹配的实验讲义，内容包括实验目的、实验原理、实验内容、实验步骤等 。对于有些单元操作，我们采用了计算机仿真软件来辅助教学，能够加深对课堂教学中理论知识的理解，进而培养学生对实验的兴趣，调动学生参加实验的积极性，提高实验操作能力。
为了更好地开展实验教学，我们购置了化工原理实验数据处理软件等数字化资源，有利的地方是，学生不仅能在电脑上进行实验预习，在学生完成实验操作后，能够快捷方便地处理大量实验数据，在有限的时间里尽快完成实验报告，减少学生数据处理工作量，提高学习效率。
三、实践环节方面
应该说，化工原理实验是实践教学的一部分，但这里提到的实践环节主要是指课程设计。化工原理课程设计是综合应用化工原理和有关选修课程所学知识，以单元操作设备及其主要辅助设备为主，进行化工工艺设计的实践环节。
以某反应设备的工艺设计为设计对象，根据给定的设计任务，算出主要设备的主要工艺尺寸，选定设备型号，并对附属设备进行计算和选用。通过课程设计，培养了学生运用化工原理课程中的基本理论知识组织工程设计的能力及分析问题与运用知识解决工程实际问题的能力，增强了学生的工程观念。
四、结语
我们发现在少学时《化工原理》课程教学中，通过改革与实践，能够激发学生对本门课程的学习兴趣，提高教学质量，有利于培养学生的创新意识，增强学生的工程应用能力，提高学生的工程意识和实践能力，与新世纪对高素质创新人才的需求相适应。
［ 参 考 文 献 ］
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［5］ Warren L McCabe，Julian C．Smith，Peter Harriott．Unit Operations of Chemical Engineering ［M］．北京：化学工业出版社，2003．
设计题目
１、苯－甲苯混合液常压连续精馏塔设计；
２、乙醇－水混合液的常压连续精馏塔设计；
３、正戊烷-正己烷混合液的常压连续蒸馏塔设计
４、氯仿（三氯甲烷）－四氯化碳混合液的常压连续蒸馏塔设计； ５、正庚烷－正辛烷混合液的常压连续蒸馏塔设计；
６、苯－氯仿混合液的常压连续蒸馏塔设计；
７、苯－苯乙烯混合液的常压连续蒸馏塔设计。
日处理原料量80吨，一天按20小时工作时计算。原料液中轻组分含量41%，要求塔顶馏出液中轻组分含量不低于96%，釜液中重组分含量不低于96%（以上均为质量含量）。用筛板塔常压蒸馏。（设计要求
１ 生产任务选择题目相同，需要对任务中的各数字进行改动，必须做到每人一题，且数据不同。）
进料方式：自选 q=1
乙醇和水：70吨/日，原料液轻组分为50%，馏出液轻组分98%，釜液重组分96%
2、设计内容
（1）实际塔板数的确定，加料板位置的确定，塔高的计算，塔径的计算
（2）塔顶冷凝器的选择计算，（选用列管式换热器）
（3）塔底再沸器热量恒算。水蒸气的用量。
（4）原料储存设备和精馏塔之间距离8米，根据物料衡算和能量衡算，选择管路流动路线，管路尺寸，材料，管路中所需泵的型号。
3、说明
（1）计算过程中两组分的饱和蒸汽压可用Antoine方程计算，理论板数可用作图法求出。由理论板数求实际板数时，全塔效率E可选用经验值。
一、选择题（10分，单项选择，每题1分）
1.D;
2、B；
3、A；
4、C；
5、D；
6、A；
7、A；
8、B；
9、B；
10、C
二、填空题（每空1分，25分）
1、降低，增大；
2、抛物线，0.5，64；
3、叶轮，泵壳 Re4、不断增大，不变，逐渐减小；
5、热能的不断供给，二次蒸汽的不断排除；
6、380，0．5165，50．657、法定计量单位制，SI，我国指定的若干非SI单位
Cp
8、Pr，Pr，反应流体的物性对对流传热的影响；
9、加速，等速，等速，流体
三、简答题（20分）（其他略）
7.答：易生垢流体走管内，便于清洗或更换换热管；并流时，有机液体出口温度不会超过50°C，便于控制；而逆流时，有机液体出口温度有可能超过75°C而分解，所以流程（b）最合理。
三、计算题（45分）
3、解：L=3m，ws=1.25kg/s，T1＝350K，T2=300K,t1=290K,t2=320K
22i=0.85kw/(m.K), o=1.70kw/(m.K),Cp=1.9kJ/(kg.K)
=45W/m.K
Q= ws Cp(T1-T2)=1.25×1.90(350-300)=118.75kW
11dobdo1252.5103251 Koididmo0.85204522.51.70
Ko=0.486kW/(m2.K)
T1＝350K----T2=300K
t2=320K----t1=290K,(350320)(300290)tm18.2K350320ln300290
Q118.75A＝13.4m2
Ktm0.48618.2
[关键词]化工原理 实验教学 改革与实践
化工原理实验是化工原理课程的一个重要组成部分和教学环节，通过化工原理实验，使学生对化工生产设备、管路、管件、仪表等有了第一次的感性认识，这对培养学生的工程实践能力及建立工程概念起着举足轻重的作用，也为今后专业课程的学习及毕业后从事化工及相关工作打下良好的基础。通过对实验现象的观察、分析和讨论来培养学生独立思考问题和解决问题的能力，使学生对化工原理课程中阐述的理论加深理解和巩固，培养学生解决工程问题的能力，使之掌握一定的实验操作技能。化工原理实验不同于其它的基础课程实验，属于工程实验范畴，其实验都是按各单元操作原理设置的，所以是化工及相关学科的重要实验课。随着化工学科的不断发展，化工原理实验在教学与学科建设上都需要进行改革和完善。
笔者从实验教学方法的改革、实验教学模式的改革、实验教学内容的改革及实验考核方式的改革等方面，总结了化工原理实验教学的改革与实践经验，通过实验教学改革，培养了学生的工程观念、创新能力、实践动手能力，和应用所学的化工原理理论知识分析、解决工程实际问题的能力，从而使实验教学质量有了明显的提高。
（一）实验教学方法的改革
以往的实验教学，教师讲解得过多，学生对教师过分依赖，缺乏独立思考的能力。实验操作教师怎么讲，学生就怎么做，使得学生的独立操作能力差，实验遗忘率较高。因此，实验课有必要采取先预习后实验操作的教学方式进行教学。
实验预习过程中，要求学生先对实验原理进行预习，做出预习报告。预习报告应包括：实验所需测量的参数及测量的方法，实验操作要点、注意事项，实验原理与数据处理的联系等。并且充分理解实验装置的结构特点、操作流程。
教学中，我们充分发挥学生在实验教学中的主体地位。教师在基础技术实验中以指导为主，训练学生对实验设备、实验操作方法的熟悉和掌握。从培养学生的动手能力，工程观念及创新精神出发，结合教师自己的教学、科研和工程实践经验，着力将培养具有实践能力和创新能力的教学改革思路渗透在实验装置的设计思想中。我们还组织安装了流体流动阻力测定、离心泵性能、过滤、给热、传热吸收、精馏、干燥等化工原理实验装置、并结合新建装置进行了开放式实验教学改革实践，取得了显著的教学效果。
（二）实验教学模式的改革
化工原理实验教学的传统模式是“预习—操作—写报告”。我们在实验教学准备中，引入与设备配套使用的计算机化工原理实验仿真软件，在进行实验预习的过程中，利用仿真軟件增加了学生对实验流程和设备的了解，掌握实验设备的使用方法、实验过程中实验参数的变化趋势，使学生基本了解实验操作过程和数据变化规律，加强了学生的实验准备工作。采用“预习—仿真—操作—写报告”的新模式，使实验教学取得了较好的效果。
（三）实验教学内容的改革
以往的化工原理实验往往是以验证原理、掌握操作技术为主。现在我们引入综合实验和设计型实验教学，大大充实和改进了实验教学内容。在综合实验中，不再对实验步骤进行详细介绍，而要求学生在预习时拟定详细的实验方案、数据点的选取方法及测试方法，注意分析实验数据的合理性，观察实验中的现象，若出现不正常现象时，自己分析原因、寻找解决的方法。
设计性实验的开发是提高学生素质、增强学生科研能力的重要手段。在设计性实验中，教师鼓励学生综合思维，充分发挥创造力，运用各方面的知识自行设计实验方案，自己探索，独立解决问题，遇到无法解决的问题时，才与教师一起探讨。设计性实验使学生掌握基本的科学研究过程，提高学生提出问题，解决问题的能力。
完成固定实验后，再利用较为先进的实验设备，认真筛选，确定一些可进行设计性实验的单元操作，指导学生进行选题、理论分析、实验设计、数据测量和结论分析，最后形成论文，使学生所学的理论知识应用在实际中，科研能力得到锻炼。
（四）实验考核方式的改革
为了全面反映学生的学习情况和实验技能，我们采用了分项积分的方式，综合评定学生的实验课成绩（如表1 所示）。
总之，以重点专业和重点课程建设为契机，对化工原理实验教学方法、内容、模式、考核进行全面的改革和建设，是提高实验教学质量的主要途径，对提升化工原理实验教学的硬件和软件环境大有好处。通过实验教学改革，加强了学生的预习环节；利用仿真实验教学，培养了学生对实验的兴趣，调动了学生参加实验的积极性；利用综合性实验与设计性实验，提高了学生的综合实验能力、实验技能和解决问题能力。同时，通过综合实验的教学改革，学生处理问题的综合能力得以加强，从而大大提高了实验课程的教学质量。
参考文献：
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我院化学工程与工艺专业为“河南省高等学校特色专业建设点”、“河南省高校专业综合改革试点”, 化工实验教学中心被确定为“河南省高等学校实验教学示范中心建设单位”, 因此化工原理实验的教学在我院具有十分重要的地位。为了提高化工原理实验教学的质量, 针对化工原理实验教学存在的问题, 结合我校在化工原理实验教学中的实际, 对化工原理实验教学的改革进行探讨。
1 教学中存在的问题
目前, 化工原理实验教学依旧采用传统的教学模式, 学生只能依照实验讲义在规定时间内进行规定的实验内容, 不能很好地培养学生自主研究的学习能力, 实验课授课效果不好;实验设备套数较少, 现场噪音大, 部分学生对实验的学习兴趣不高, 而且通常每8~9个人一组, 在实验进行中, 只有少数几个学生动手, 其它学生在一旁看, 并且注意力不集中, 不能很好的培养学生的动手能力;在实验成绩评定方面, 通常采用实验报告、实验操作及平时成绩相结合的方式, 这种考核方式最大的不足之处在于成绩中理论知识所占比重较大, 对学生的实际实验操作能力不能完全客观评价。这些问题的存在, 在一定程度上影响了实验课对学生能力和素质的培养。针对上述问题, 我们决定从以下几个方面进行改进。
2 加强实验前的学习
化工原理实验不同于无化化学实验、有机化学实验等基础实验课程, 其最显著的特点是工程实践性, 必须把化工原理“工程特点”的教育理念贯穿于教育活动的始终[1]。我院是在大二下学期开始化工原理理论课的学习, 在本学期的学习过程中, 我们安排了专业认识实习。通过学生到化工厂进行实地参观学习, 认识常用化工设备, 了解化学化工基础知识与化工工程实际的联系, 增加学习的兴趣, 认识到化工原理实验的重要性, 培养学生的工程观念。
在做实验前, 实验老师针对要进行的实验内容进行理论讲授, 使学生了解实验的目的, 掌握必要的理论知识, 同时, 布置一些与实验有关的思考题, 强化学生的预习环节。
3 强调实验过程的管理
化工原理实验设备一般都是大型设备, 投资较大, 对于我们这样的地方性院校购置较少, 且多是单台 (套) 。为了充分体现学生是学习的主体, 使学生得到了多方面训练, 缓解了实验资源紧张的矛盾, 我们尝试了开放式化工原理实验教学。开放式实验教学模式依托开放型的实验室, 进行实验时间、实验资源、实验内容、教学手段、教学评价等多方面的开放, 强调学生的主体地位和教师的主导作用, 赋予学生更大的独立性、自主性、探索性[2]。
以往的实验中, 学生在遇到问题时, 教师立即解答, 甚至对实验中遇到的问题亲自动手解决。这样虽然可以保证实验在规定的时间内完成, 但是学生的收获不大。因此, 我们采用了以下做法:在实验开始前, 对学生的预习效果进行检查;从实验的开始到实验结束, 每一步的操作都让学生动手完成, 老师在一旁进行监督指导;每一个实验过程, 都有很多个操作步骤, 让学生轮流操作, 增强学生的动手能力。实验结束后, 将表现较好的学生留下1~2名, 协助教师指导下一组学生实验, 当实验有问题时, 首先和学生助教讨论, 对不能解决的问题, 再由教师解决;教师在整个过程中主要起组织作用, 涉及到的知识点和操作主要由学生完成[3]。
对于我们这样的地方应用型本科院校, 我们要善于抓住每个机会培养学生的动手能力。我们实验室有一些20世纪80年代的老式化工原理实验设备, 这些老设备已经被新的设备代替, 但是我们让一些有兴趣的学生到实验室来把这些设备拆开再重新组装, 不仅培养了学生的动手能力, 还使学生更加了解设备的构造和化工流程, 为以后的一些课程学习打下基础和提高兴趣, 如《化工设备设计基础》等。
4 改革实验成绩的评定
学生实验成绩的评价, 注重的不仅是实验结果, 更应该强调对学生的实验全过程的考核, 通过对预习、操作、数据处理和综合分析等不同环节的全面考核和评价, 促使学生重视实验的各个环节, 以严谨认真的态度独立完成实验内容。通过建立和有效实施科学有效的考核体系, 激发学生自主学习和创新学习, 调动学生实验积极性, 提高分析问题、解决问题的能力, 达到较好的教学效果[4]。
实验报告是对实验过程的总结, 是成绩评定中不可缺少的一个重要组成部分。现有的实验报告格式高度统一化, 导致学生的实验报告内容重复率较高, 不利于学生综合能力的培养。由于化工原理实验已接触到实际的工程问题, 因此化工原理的实验报告可以按科研论文的要求来写, 提高学生独立工作的能力。要撰写一份符合规范的小论文形式的实验报告, 首先要应用的是语文知识, 要使报告严谨、完整, 需要严密的逻辑思维能力和推理能力, 在数据处理时, 要运用函数、曲线图、数学模型等数学知识, 在问题的分析、讨论中, 要用到有关化学、化工、自动化等相关知识[5,6]。通过小论文形式实验报告的撰写, 不仅可以培养学生的逻辑能力和概括能力, 还能提高学生的科技论文写作能力, 为以后得学习和工作打下基础。
5 着重实验教师队伍建设
一门好的实验课程, 不仅要有一系列性能优良的实验装置, 同时应该具有一支高素质的教师队伍, 以及一套科学的管理办法;在实验过程中, 教师起着领路人的角色, 学生许多新观念、新思路都源自于教师的点拨与指导, 这就需要指导教师不仅对实验内容十分熟悉, 同时对本专业的前沿技术、研究动向及学科交叉知识有所了解和掌握[7]。目前, 我院化工原理实验课教师有6名, 其中具有博士学位的教师2名, 硕士学位教师4名, 无论从人员层次、结构梯队, 还是专业方向和研究领域上都得到了极大的丰富与互补。我们的实验教师, 除了负责实验课程外, 还担任了我们专业的认识实习、生产实习和毕业实习指导老师, 经常与学生一起到工厂进行实际生产学习, 这为我们建设一支高素质实验教学队伍提供了条件。
6 结论
通过不断的改革与实践, 调动了学生的学习主动性、积极性, 树立了工程观念, 培养了学生的创新思维和创造能力, 提高了学生的综合素质。
摘要：化工原理实验是化工原理课程的一个重要教学环节, 也是化工、制药等专业教学计划中的一门必修课。针对化工原理实验教学现状, 分析了其中存在的问题, 结合化工原理实验教学经验, 提出了从实验前、实验中、试验后和实验教师队伍四个方面改革的有效途径和方法, 从而使实验教学质量有了明显提高。
关键词：化工原理实验,教学,改革
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