沈阳师范大学：《化工基础》课程授课教案（讲义，完整版，共七章，主讲教师：康艳红）

《化工基础》教案主讲教师：康艳红专业：化学学生层次：本科生学时：54课程性质：专业必修课学分：3参考教材：《化工基础》，彭盘英编，科学出版社，2011《化工原理》，王志魁编，化学工业出版社，2005《化工原理》，华南理工大学编，黄少烈、邹华生主编，高等教育出版社，2002

《化工基础》教案 主讲教师：康艳红 专业：化学 学生层次：本科生 学时：54 课程性质：专业必修课 学分：3 参考教材： 《化工基础》，彭盘英编，科学出版社，2011. 《化工原理》，王志魁编，化学工业出版社，2005 《化工原理》，华南理工大学编，黄少烈、邹华生主编，高等教育出版社，2002

《化工基础》教案第1章绪论（1学时）、教学内容主要阐述化学工程学的性质、任务、内容和研究方法，简述了化学工程学的形成与发展以及化学工程学的基本规律。二、教学目标要求学生了解化工原理课程的形成、发展及其在化学工程学科中的地位。了解化工单元操作与化学反应原理的概念。三、教学重点与难点本课程所涉及的化学问题、化学工程学涉及的基本概念。四、教学资源与工具多媒体课件、图片五、教学过程（一）创设情境，导入新课教师活动：展示化工厂和其它类型工厂的图片，从而引出化工企业的基本特征、性质。学生活动：（雨课堂投票）根据图片判断化工厂。引导学生理解化学工业、化学工艺、化学工程的内涵。重庆巴山发动机制造厂思政——历史沿革海星邦电子设备有限公司沈阳化工股份有限“科研-应用”的典范一一中国科学化工包括：化学工业、化学工艺、化学工程院过程工程研究所（原化工冶金研化学工程学定义究所），拓展了化工原理在资源与化学工程学的特点环境、能源和材料制备等领域中的（1）化学工程学具有多样性的特征；应用，90年代强化了工程化学研究，（2）化学工程领域的拓展性；形成了“原始创新-中试示范-产业（3）化学工程学向过程工程学的过渡与发展。化”的新模式。（二）学习新课教师活动1：【讲解】1.1化学工程学的形成与发展单元操作一三传一反→多尺度、多目标1.2化学工程学的性质、任务、内容和研究方法

《化工基础》教案 第 1 章 绪论（1 学时） 一、教学内容 主要阐述化学工程学的性质、任务、内容和研究方法，简述了化学工程学的 形成与发展以及化学工程学的基本规律。 二、教学目标 要求学生了解化工原理课程的形成、发展及其在化学工程学科中的地位。了 解化工单元操作与化学反应原理的概念。 三、教学重点与难点 本课程所涉及的化学问题、化学工程学涉及的基本概念。 四、教学资源与工具 多媒体课件、图片 五、教学过程 （一）创设情境，导入新课 教师活动： 展示化工厂和其它类型工厂的图片，从而引出化工企 业的基本特征、性质。 化工包括：化学工业、化学工艺、化学工程 化学工程学定义 化学工程学的特点 （1）化学工程学具有多样性的特征； （2）化学工程领域的拓展性； （3）化学工程学向过程工程学的过渡与发展。 （二）学习新课 教师活动 1：【讲解】 1.1 化学工程学的形成与发展 单元操作→三传一反→多尺度、多目标 1. 2 化学工程学的性质、任务、内容和研究方法 学生活动：（雨课堂投票） 根据图片判断化工厂。引导学 生理解化学工业、化学工艺、 化学工程的内涵。 思政——历史沿革 “科研-应用”的典范——中国科学 院过程工程研究所（原化工冶金研 究所），拓展了化工原理在资源与 环境、能源和材料制备等领域中的 应用，90 年代强化了工程化学研究， 形成了“原始创新-中试示范-产业 化”的新模式

化学工程学研究的对象包括化工生产装置中进行的化学变化过程，也包括混合物的分离净化过程，以及改变物料物理状态和性质的过程。其任务是从理论上阐明化工生产的各个过程，找出其中具有规律性的问题，减少在化工开发中的盲目性。化工生产过程都包括工程和工艺两个基本内容，化学学生活动：讨论：适当引导学工程学研究化工生产过程中共同性操作规律及其工程性生参加化工设计大赛：介绍国质的问题。家化工领域的知名企业在世界化学工程学主要涉及化工原理、化工设计、化工模拟的排名、研究新进展等思政内等内容。容。本课程《化学工程基础》，简称《化工基础》的内容主要包括动量传递、热量传递、质量传递和化学反应工程，即“三传一反”。解决的问题：（1）设计或改进生产设备和装置，使其效率和性能更佳。（2）确定适宜的操作条件。（3）提高物料利用率以及物料和能量的综合利用。（4）指导实验室或中试研究工作，在得能应用于工业生产的实验数据。研究方法：（1）经验归纳法即对一些化工过程，通过大量实验归纳影响过程的变量之间的关系，常采用物理学的相似论和因次分析法等。（2）数学模型法实质是使复杂的工程问题简化或分解为一个或若干个单纯的问题。教师活动2：【讲解】1.3化学工程学的基本规律（1）物料衡算学生活动：思考问题：衡算方Zm=Zmo+A式中，Zmi为输入系统物料量的总和；面的认识。Zm。为输出系统物料量的总和；A为系统内积累的物料量。（2）能量衡算对于连续、稳定的操作过程，输入系统的能量等于输出系统的能量，即：ZE输入=ZE输出有化学反应参加的过程：ZE输入+ZE反应放出=ZE输出+ZE系统积累（3）平衡关系通过平衡关系可以判断过程能否进行，以及进行的方向和能达到的程度化学热力学（4）过程速率过程快慢——推动力一化学动力学

化学工程学研究的对象包括化工生产装置中进行的 化学变化过程，也包括混合物的分离净化过程，以及改变 物料物理状态和性质的过程。其任务是从理论上阐明化工 生产的各个过程，找出其中具有规律性的问题，减少在化 工开发中的盲目性。 化工生产过程都包括工程和工艺两个基本内容，化学 工程学研究化工生产过程中共同性操作规律及其工程性 质的问题。 化学工程学主要涉及化工原理、化工设计、化工模拟 等内容。 本课程《化学工程基础》，简称《化工基础》的内容 主要包括动量传递、热量传递、质量传递和化学反应工程， 即“三传一反”。 解决的问题： （1）设计或改进生产设备和装置，使其效率和性能 更佳。 （2）确定适宜的操作条件。 （3）提高物料利用率以及物料和能量的综合利用。 （4）指导实验室或中试研究工作，在得能应用于工 业生产的实验数据。 研究方法： （1）经验归纳法即对一些化工过程，通过大量实验 归纳影响过程的变量之间的关系，常采用物理学的相似论 和因次分析法等。 （2）数学模型法实质是使复杂的工程问题简化或分 解为一个或若干个单纯的问题。 教师活动 2：【讲解】 1.3 化学工程学的基本规律 （1）物料衡算 ∑mi=∑mo+A 式中，∑mi 为输入系统物料量的总和； ∑mo 为输出系统物料量的总和；A 为系统内积累的物料 量。 （2）能量衡算 对于连续、稳定的操作过程，输入系统的能量等于输出系 统的能量，即：∑E 输入＝∑E 输出 有化学反应参加的过程： ∑E 输入+∑E 反应放出＝∑E 输出+∑E 系统积累 （3）平衡关系 通过平衡关系可以判断过程能否进行，以及进行的方向和 能达到的程度——化学热力学 （4）过程速率 过程快慢——推动力——化学动力学 学生活动：讨论：适当引导学 生参加化工设计大赛；介绍国 家化工领域的知名企业在世界 的排名、研究新进展等思政内 容。 学生活动：思考问题：衡算方 面的认识

教师活动3：介绍主要章节、考核方式、雨课堂等学习模式。考核方式1.结果性评价70分：期末考试：闭卷100×70%2.过程性评价25分：（1）课堂表现10分：参与、互动、出勤（含迟到早退）（长江·雨课堂）（2）作业8分（4次，纸质作业）（3）单元测试7分（单元测试6次、课程问卷1次）（网络教学平台https://synu.yuketang.cn）3.表现性评价5分（选择其中一项完成）：（网络教学平台https://synu.yuketang.cn）（1）案例分析5分（拓展练习）（2）设计展示5分（拓展练习）（3）研讨学习5分（拓展练习）（4）课程实训5分（拓展练习）投票最多可选1项仓设置师生互动：（雨课堂调查）翻阅全书，对本课程内容、难对本课程的初步印象：易的初步印象？根据回答统计结果（一般较A比较简单，可以自学难），提醒学生出勒、课堂积B中等难度，有点小紧张极思考、认真完成作业的重要性。比较难，需重点关注课程CD很难，符号、方程式均陌生（三）课堂小结1.1化学工程学的形成与发展：1.2化学工程学的性质、任务、内容和研究方法；1.3化学工程学的基本规律。（四）作业1.了解化学工程学涉及的一些基本概念的内涵。2.回答课程问卷（在网络教学平台完成）。3.熟悉使用雨课堂、腾讯会议等平台或软件功能。（五）教学反思（交流与评价等）适当引导，课堂讨论内容可以多一些，因为是绪论，不必过多依赖课本内容，引起学生对本课程的兴趣，让学生感到课程学习既有挑战性，也有实用性；今后的课程中适当讲述我国化工领域在国民经济中的作用，更新我国科研人员做出的代表性工艺或产业等例子的思政内容

教师活动 3： 介绍主要章节、考核方式、雨课堂等学习模式。 考 核 方 式 1. 结果性评价 70 分：期末考试：闭卷 100×70% 2. 过程性评价 25 分： （1）课堂表现 10 分：参与、互动、出勤（含迟到早退） （长江·雨课堂） （2）作业 8 分（4 次，纸质作业） （3）单元测试 7 分（单元测试 6 次、课程问卷 1 次） （网络教学平台 https://synu.yuketang.cn ） 3. 表现性评价 5 分（选择其中一项完成）： （网络教学平台 https://synu.yuketang.cn ） （1）案例分析 5 分（拓展练习） （2）设计展示 5 分（拓展练习） （3）研讨学习 5 分（拓展练习） （4）课程实训 5 分（拓展练习） （三）课堂小结 1.1 化学工程学的形成与发展； 1.2 化学工程学的性质、任务、内容和研究方法； 1.3 化学工程学的基本规律。 （四）作业 1.了解化学工程学涉及的一些基本概念的内涵。 2. 回答课程问卷（在网络教学平台完成）。 3. 熟悉使用雨课堂、腾讯会议等平台或软件功能。 （五）教学反思（交流与评价等） 适当引导，课堂讨论内容可以多一些，因为是绪论，不必过多依赖课本内容， 引起学生对本课程的兴趣，让学生感到课程学习既有挑战性，也有实用性；今后 的课程中适当讲述我国化工领域在国民经济中的作用，更新我国科研人员做出的 代表性工艺或产业等例子的思政内容。 师生互动：（雨课堂调查） 翻阅全书，对本课程内容、难 易的初步印象？ 根据回答统计结果（一般较 难），提醒学生出勤、课堂积 极思考、认真完成作业的重要 性

第2章流体的流动过程与输送机械2.1流体静力学基本方程式（3学时）、教学内容主要阐述静止流体的密度、比重、压强、等性能参数的测量：流体静止状态时流体内部遵循流体静力学方程式。二、教学目标掌握静力学方程及计算，掌握静力学方程的应用，了解测量U型管压差计的构造。高中基础知识的重要性三、教学重点与难点流体在静止过程中的能量守恒，流体静力学方程的理解和计算。四、教学资源与工具多媒体课件、图片五、教学过程（一）创设情境，导入新课教师活动：【讲解】【提问】【图片展示】展示化工厂和其它类型工厂的管路内流体流动、使用泵类的工作情况。引入流速为零（静止）时的流体性质。1.融入思政元素“西气东输”工程，让学生关注本章的管道、压力、泵设备、阀门等教学重点。2.根据图片并结合高中阶段对气体液体性质的认识，思考静止流体具有哪些特征和性质，进而导入新课

第 2 章 流体的流动过程与输送机械 2.1 流体静力学基本方程式（3 学时） 一、教学内容 主要阐述静止流体的密度、比重、压强、等性能参数的测量；流体静止状态 时流体内部遵循流体静力学方程式。 二、教学目标 掌握静力学方程及计算，掌握静力学方程的应用，了解测量 U 型管压差计 的构造。 高中基础知识的重要性 三、教学重点与难点 流体在静止过程中的能量守恒，流体静力学方程的理解和计算。 四、教学资源与工具 多媒体课件、图片 五、教学过程 （一）创设情境，导入新课 教师活动：【讲解】【提问】【图片展示】 展示化工厂和其它类型工厂的管路内流体流动、使用 泵类的工作情况。引入流速为零（静止）时的流体性质。 1.融入思政元素“西气东输”工 程，让学生关注本章的管道、 压力、泵设备、阀门等教学重 点。 2.根据图片并结合高中阶段对 气体液体性质的认识，思考静 止流体具有哪些特征和性质， 进而导入新课

（二）学习新课教师活动1：【讲解】【提问】【图片展示】2.1流体静力学基本方程式2.1.1密度和比容1.密度：单位体积流体所具有的质量。p=m/V[kg / m}]影响因素：温度和压强（1）液体一一为不可压缩的流体，与压力无关，温度升高，密度降低。（2）气体一为可压缩性的流体，通常（压力不太高，温度不太低）时可按理想气体处理，否则按真实气体状态方程处理。pMp=RT（3）混合物密度液体混合物密度，近似认为混合前后体积不变1 = Xm1 +Xm2... mmPmP2PnPi气体混合物密度pm=p1xv1+p2xv2+...+pnxVnPMmMm My+ M.y..MmymPmRT2.比体积（比容）单位质量流体所具有的体积。V1[m3 /kg]V=mp13.相对密度d（比重）ppd:1000P4°C H20单选题1份设置学生活动：雨课堂答题：三氯化铁蚀刻液的比重是1.42，则其密度是（）kg/m3强化对密度和比重的记忆和理解。1.4214200.001422.1.2压强流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强1标准大气压：1atm=1.0133×105「N/m2或[Pa=1.0133[bar]巴=1.033[kgf/cm2]=10.33[mH20]= 760 [mmHg ]

（二）学习新课 教师活动 1：【讲解】【提问】【图片展示】 2. 1 流体静力学基本方程式 2.1.1 密度和比容 1. 密度：单位体积流体所具有的质量。 ρ= m / V [ kg / m3 ] 影响因素：温度和压强 （1）液体——为不可压缩的流体，与压力无关，温 度升高，密度降低。 （2）气体——为可压缩性的流体，通常（压力不太 高，温度不太低）时可按理想气体处理，否则按真实气体 状态方程处理。 𝜌 = 𝑝𝑀 𝑅𝑇 （3）混合物密度 液体混合物密度，近似认为混合前后体积不变。 1 𝜌𝑚 = 𝑥𝑚1 𝜌1 + 𝑥𝑚2 𝜌2 ⋯ 𝑥mn 𝜌𝑛 气体混合物密度 ρm=ρ1xV1+ρ2xV2+.+ρnxVn 𝜌𝑚 = 𝑝𝑀𝑚 𝑅𝑇 𝑀𝑚 = 𝑀1𝑦1 + 𝑀2𝑦2 + ⋯ ⋯ 𝑀𝑚 𝑦𝑚 2. 比体积（比容） 单位质量流体所具有的体积。 𝜈 = 𝑉 𝑚 = 1 𝜌 [𝑚3 /kg] 3. 相对密度 d（比重） 𝑑 = 𝜌 𝜌 4 0 𝐶 𝐻2𝑂 = 𝜌 1000 2.1.2 压强 流体垂直作用于单位面积上的力，称为流体的静压强 1 标准大气压： 1atm = 1.0133×105 [ N/m2 ]或[ Pa ] =1.0133[bar]巴= 1.033 [ kgf/cm2 ]= 10.33 [ mH2O ] = 760 [mmHg ] 学生活动：雨课堂答题： 强化对密度和比重的记忆和 理解

多选题3分电设置1atm=1.0133×10°Pa（温故）不计有效数字（)bar=760mmHg（温故）=（）mH，0学生活动：雨课堂答题：（）kgf/cm回忆高中知识牛顿与千克力的1.0133关系，拓展大气压强的各种表10.00示法。10.33不计有效数字1.033D1001工程大气压：1at=9.807×104[N/m21或[Pa]=0.987[bar] 巴=1 [kgf/cm?]= 10 [mH20]= 735.6 [mmHg ]压力的基准及表示形式：（1）以绝对真空为基准（absolutepressure）（2）以当时当地压力为基（gaugepressure）表压一绝对压强-大气压强真空度=大气压强-绝对压强（余压）学生活动：根据应用实例和图片展示，思考绝对压力、真空表压大气压强度、表压等之间的关系，理解绝对压强真空度工业测量仪表测量压力的特点绝对压强（余压）和方法零压表压一绝对压强（当地）大气压强真空度=（当地）大气压强绝对压强（余压）真空表应用实例：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空师生互动：表读数为80kPa，在天津操作时，真空表读数应为多少？与老师一起练习一应用实例，掌握已知兰州地区的平均大气压85.3kPa，天津地区为101.33压力测量仪表获得反应器内的压力kPa。的方法。教师活动2：【讲解】【图片展示】2.1.3流体静力学基本方程式（巴斯葛、巴斯噶（巴斯卡、人物介绍帕斯卡）定律）及应用帕斯卡定律由法国物理学家布莱1.流体静力学基本方程式士·帕斯卡（BlaisePascal）在1653+P=2+年提出，并利用这一原理制成水压Z1 +机。pgpg

1 工程大气压： 1at = 9.807×104 [ N/m2 ]或[ Pa ] =0.987[bar] 巴 = 1 [ kgf/cm2 ] = 10 [ mH2O ] = 735.6 [mmHg ] 压力的基准及表示形式： （1）以绝对真空为基准（absolute pressure） （2）以当时当地压力为基（gauge pressure） 表压＝绝对压强-大气压强 真空度＝大气压强- 绝对压强（余压） 应用实例：在兰州操作的苯乙烯真空蒸馏塔塔顶真空 表读数为 80 kPa，在天津操作时，真空表读数应为多少？ 已知兰州地区的平均大气压 85.3kPa，天津地区为 101.33 kPa。 教师活动 2：【讲解】【图片展示】 2.1.3 流体静力学基本方程式（巴斯葛、巴斯噶（巴斯卡、 帕斯卡）定律）及应用 1.流体静力学基本方程式 𝑧1 + 𝑝1 𝜌 𝑔 = 𝑧2 + 𝑝2 𝜌 𝑔 学生活动：根据应用实例和图 片展示，思考绝对压力、真空 度、表压等之间的关系，理解 工业测量仪表测量压力的特点 和方法 学生活动：雨课堂答题： 回忆高中知识牛顿与千克力的 关系，拓展大气压强的各种表 示法。 师生互动： 与老师一起练习一应用实例，掌握 压力测量仪表获得反应器内的压力 的方法。 人物介绍 帕斯卡定律由法国物理学家布莱 士·帕斯卡（Blaise Pascal）在 1653 年提出，并利用这一原理制成水压 机

≥19+号=29+号=常数pp相对静止状态流体受力情况，下表面作用力：F-P1AP2学生活动：上表面作用力：F2=P24回顾高中的物理知识一一物体静止重力:G=PgA(22-z)（或匀速运动）的条件一一受力平浮力=F1-F2=GFi=G+F2衡，推导出流体静力学方程式，强PPIA=PgA(Z2-Z)+P2化教学难点。Pi=pg(22-z1)+p2pg21+pi=pgz2+p2P2PiP2=常数21+P=22+Z29219-或pgpgOO中国载人深潜向海洋最处 进发从2009年至2012年，龙号接连取得1000米级、3000米级、5000米级和7000米级（最大深度7062.68m）海思政一一民族自豪（创新科技）：试成功。2020.11.10“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功坐介绍我国“奋斗者”潜水器所能承底，创造了10909米的中国载人深潜新纪录。受的压力，引导学生掌握流体静力1.013*105学的计算方法，增强民族自豪感。P210909+=0+1025*9.811025*9.81解得p2=1.1*10^8Pa练习题：已知po、h、h2学生活动：课堂练习2题。求：（1）比较poPIp的大小？(2)P=2P2=?加强学习巴斯葛定律，通过练+P-Z+P2-常数习法，强化教学中、难点。pgpgopip27=0

𝑧1𝑔 + 𝑝1 𝜌 = 𝑧2𝑔 + 𝑝2 𝜌 = 常数 从 2009 年至 2012 年，蛟龙号接连取得 1000 米级、3000 米级、5000 米级和 7000 米级（最大深度 7062.68 m）海 试成功。2020.11.10“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功坐 底，创造了 10909 米的中国载人深潜新纪录。 解得 p2=1.1∗10^8 Pa 学生活动：课堂练习 2 题。 加强学习巴斯葛定律，通过练 习法，强化教学中、难点。 学生活动： 回顾高中的物理知识——物体静止 （或匀速运动）的条件——受力平 衡，推导出流体静力学方程式，强 化教学难点。 思政——民族自豪（创新科技）： 介绍我国“奋斗者”潜水器所能承 受的压力，引导学生掌握流体静力 学的计算方法，增强民族自豪感。 10909 + 1.013 ∗ 105 1025 ∗ 9.81 = 0 + 𝑝2 1025 ∗ 9.81

情境题：1判断下面各式是否成立?PA-DAD-DBDC-PC2.求细管液面高度？h3.当细管水位下降到多高时，槽内水将放净？hPr=800kg/m3Ps=1000kg/mH=0.7mH=0.6m3.流体静力学基本方程式的应用1）压强的测量（1）U型管压差计（2）倒置U型管压差计B气件i2学生活动：讨论PB根据图片所示，实验室倒置的液柱1压差计，充气量与压差值有无关系？充气量多少时量程最大？加强理解U型管的构造。M倒置U形管压差计（3）微差压差计微压计为教学拓展内容，点到为止。RTRPA2）液位的测定单选题1分创设置2）液位的测定图中设计（示意图）哪个正确AB学生活动：（雨课堂答题）根据学生答题情况，提醒学生注意液位计容易出现的错误安装方法。D

3. 流体静力学基本方程式的应用 1）压强的测量 （1）U 型管压差计 （2）倒置 U 型管压差计 （3）微差压差计 2）液位的测定 学生活动：讨论 根据图片所示，实验室倒置的液柱 压差计，充气量与压差值有无关 系？充气量多少时量程最大？加 强理解 U 型管的构造。 学生活动：（雨课堂答题） 根据学生答题情况，提醒学生注意 液位计容易出现的错误安装方法。 微压计为教学拓展内容，点到 为止

液位测量生产实例：应用实例，介绍我国研发的新产品。适当融入课程思政。应用实例图2-6送距离液位测量计1，调华阀2散准视家器U形管压差计、次气管：、健维3）液封高度的计算安全液封（水封）；真空操作中的液封冷水进口应用实例水气进口图2-7真空蒸发操作中的液封1.与真空系相通的不暖性气体：2冷水进口控制容器内气体压强3水蒸气进口+气压管：5.液封精（三）课堂小结（板书）第2章流体流动过程与输送机械2.1流体静力学基本方程式2.1.1密度和比容；2.1.2压强；表压=绝对压强-大气压强真空度=大气压强-绝对压强（余压）2.1.3流体静力学基本方程式及应用Z1g+P=Z2g+P=常数Dp（四）作业化工基础，彭盘英等主编，科学出版社,2011.0754页第2题，共1题

液位测量生产实例： 3）液封高度的计算 安全液封（水封）； 真空操作中的液封 （三）课堂小结（板书） 第 2 章 流体流动过程与输送机械 2.1 流体静力学基本方程式 2.1.1 密度和比容； 2.1. 2 压强； 表压＝绝对压强-大气压强 真空度＝大气压强- 绝对压强（余压） 2.1.3 流体静力学基本方程式及应用 𝑧1𝑔 + 𝑝1 𝜌 = 𝑧2𝑔 + 𝑝2 𝜌 = 常数 （四）作业 化工基础, 彭盘英等主编, 科学出版社, 2011.07 54 页第 2 题，共 1 题 应用实例 应用实例，介绍我国研发 的新产品。适当融入课程 思政。 应用实例