教 案
2024-2025 学年第 一 学期
课程名称: 化工专业实验
课程性质: 专业课,必修课
授课学时: 90学时
授课对象: 化学工程与工艺专业学生
任课教师: 李丽峰、黄朋勉、黄灵芝、
卢翠红、罗晓明、魏超、
长沙理工大学化学化工学院
2024.9
全课程教案
一、基本信息
课程名称 | 化工专业实验 | 课程编号 | 0817100095 | 课程性质 | 专业课 必修课 | 学分 | 3 | ||
教学安排 | 总学时90。其中讲授 0 学时,实验 90 学时,上机 0 学时,实训 0学时 | ||||||||
授课时间:第 2周至第 10周 | 周学时 |
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相关课程与环节 | 主要先修课程:有机化学、无机化学、无机化学实验、有机化学实验、物理化学、化学反应工程、化工原理、化工分离、化工热力学等 主要后续课程:毕业论文等 | ||||||||
二、授课对象
基本情况 | 专业 | 化学工程与工艺 | 年级 | 19级 | 班级 | 化工19-1/2 | 修读人数 | 53 |
授课对象分析 | 化工19级01/02班共53人,学风良好。 主要先修课程成绩中等、外语水平一般、无其他特殊要求。 | |||||||
三、教学内容与安排
课程简介与要求 | 通过实验使学生能更加深入地了解所学过的化工专业理论知识,熟悉和正确使用化工专业实验室中常用的仪器和设备;掌握化工专业实验技能,实验数据的处理方法以及工程实验的设计和组织方法;熟悉实验室安全技术;提高学生的实验动手能力、观察能力以及分析问题和解决问题的能力等;能运用所学知识根据实验现象对化工过程问题进行研究。为学生今后从事化工实验室工作、科学研究工作以及新产品、新工艺和新单元操作技术开发工作打下扎实的基础。 | |||||||
课程目标 | 课程目标 | 支撑毕业要求指标点 | 与课程关联度 | |||||
1. | 1、工程知识 1.4 能够综合数学、自然科学、工程基础和专业知识用于复杂化学工程问题解决方案的分析、比较和综合。 | H | ||||||
2. | 4、研究 4.4 能对实验、实践结果进行分析和解释,并通过信息综合得到合理有效的结论。 | H | ||||||
教学方法 | 教师首先讲解实验原理、实验关键点、安全注意事项、关键操作示范;然后批改学生预习报告,认为学生已具备相应知识技能后学生方可动手做实验。 | |||||||
教学重点 与难点 |
重点:每个实验都有自己的重点。本课程的重点是培养学生动手能力,将理论与实际操作相结合,合理的分析实验数据,得到结果。 难点:学生动手能力的展现。
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课程各教学环节内容与安排 | 知识单元 | 知识点 | 课内学时 | 教学方式 | 作业/测验 | 课外学习 | ||
1 | 变压吸附实验 | 6 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
2 | 连续流动反应器中的返混测定 | 6 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
3 | 汽液相平衡数据的测定 | 8 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
4 | 萃取精馏 | 8 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
5 | 恒沸精馏 | 8 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
6 | 流态化反应器流动特性测定 | 8 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
7 | 管式反应器流动特性测定 | 6 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
8 | 葡萄糖的旋光度及含量的测定 | 6 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
9 | 乙苯脱氢催化反应宏观动力学 | 12 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
10 | 微胶囊及其悬浮液的制备 | 12 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
11 | 食品防腐剂丙酸钙的合成 | 10 | 讲授实验 | 见教案 | MOOC | |||
注:课程目标、教学方法、重难点、教学环节(知识单元、知识点等)等内容应与教学大纲、教学日历一致。课外学习可包括学时和内容要求。
四、考核方式
考核项目 | 考核内容 | 考核方式 | 分值或占比 |
预习 | 学生在实验前撰写预习报告,了解实验原理、目的,实验内容和步骤,设计原始数据记录表格。 | 批阅预习报告,课堂提问 | 10 |
实验操作 | 1. 实验步骤是否清晰, 2. 实验操作是否规范, 3. 实验数据是否记录正确, 4. 是否在规定时间完成实验 5. 是否能解决实验遇到的一般问题。 | 依据学生在实验中的规范性操作及实验结果给出相应成绩 | 30 |
实验报告 | 1. 按时完成实验报告, 2. 实验报告是否规范,字迹是否清晰工整; 3. 数据处理及绘图是否正确,实验结果的分析是否正确, 4. 思考题答题是否正确。 注:抄袭他人者(包括被抄袭者)该实验报告为零分。 | 要求学生撰写完整的实验报告,包括实验原理、目的,实验内容、实验结果与数据处理、分析讨论和作业, | 60 |
注:考核方式应符合课程教学大纲的要求。
五、教学资源
推荐教材 | 教研室自编化工专业实验讲义 |
参考材料 | 1、王乾,化工专业实验(实践教学系列教材),吉林:吉林大学出版社,2021年10月2、周晨亮、赫文秀,化工专业综合实验(普通高等教育十三五规划教材),北京:化学工业出版社,2018-03 |
课程资源 | 教务处网络教学综合平台http://pt.csust.edu.cn/meol/homepage/common/ |
教材分析与处理 | 本课程教材是教研室老师自己编写的,涵盖了《化工热力学》、《化学反应工程》、《化工工艺学》、《分离工程》等课程的实验内容,内容广泛,针对性很强,并且与实验装置紧密相连,可操作性强,学生的实际动手能力得到很好的训练。 |
分课时教案
知识单元名称 | 变压吸附(卢翠红) | 课次 | 1 |
授课类型 | 理论课□讨论课□实验课√习题课□其他□ | 学时 | 6 |
课程目标与要求 | 了解和掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程;了解和掌握影响变压吸附效果的主要因素;了解和掌握碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理;了解和掌握吸附床穿透曲线的测定方法和目的 | ||
本单元重点 与难点内容 | 重点:连续变压吸附过程的基本原理和流程;碳分子筛变压吸附提纯氮气的基本原理 难点:吸附床穿透曲线的测定方法 | ||
教学内容 | (1) 做好实验预习,写好实验预习报告; (2) 熟悉碳分子筛吸附分离N2和O2的原理; (3) 掌握连续变压吸附过程的基本原理和流程; (4) 压缩机输出压力的稳定; (5) 变压吸附操作; (6) 解吸操作,碳分子筛再生 (7) 实验结束,整理仪器设备,打扫好卫生。 | ||
教学过程设计: 教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等 | (1) 上课前要求学生先预习,并完成预习报告,实验前进行检查; (2) 实验原理讲解,点名学生回答问题; (3) 通过实验探索影响变压吸附效果的因素; (4) 通过提问考核学生掌握情况。 | ||
作业与 思考题设置 | (1) 绘制变压吸附穿透曲线,标出穿透点和饱和点 (2) 计算碳分子筛吸附容量 (3) 变压吸附效果的影响因素 (4) 思考题 | ||
学习效果、学生反馈、反思改进措施等 | 通过预习,老师讲解,学生了解了变压吸附分离的原理,碳分子筛吸附分离设备与流程,掌握了连续变压吸附的控制方法,学生积极回答问题,参与度高,动手能力强,课堂气氛活跃,效果好,使学生对自动控制方案有了感性认识和操作体验。
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备注 |
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分课时教案
知识单元名称 | 连续流动反应器中的返混测定(卢翠红) | 课次 | 2 |
授课类型 | 理论课□讨论课□实验课√习题课□其他□ | 学时 | 6 |
课程目标与要求 | 通过实验了解利用电导率测定停留时间分布的基本原理和实验方法;掌握停留时间分布的统计特征值的计算方法;学会用理想反应器串联模型来描述实验系统的流动特性;了解微机系统数据采集的方法。 | ||
本单元重点 与难点内容 | 重点:停留时间分布曲线测定 难点:利用多釜串联模型计算模型参数 | ||
教学内容 | (1) 做好实验预习,写好实验预习报告; (2) 熟悉设备与流程 (3) 开机预热,通水,稳定流动 (4) 脉冲加入示踪剂,测量停留时间分布曲线; (5) 了解停留时间分布与多釜串联模型的关系; (6) 清洗设备 (7) 实验结束,整理仪器设备,打扫好卫生。
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教学过程设计: 教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等 | (1) 上课前要求学生先预习,并完成预习报告,实验前进行检查; (2) 实验原理讲解,设备与流程介绍; (3) 学生熟悉流程后讲解 (4) 通过提问考核学生掌握情况。
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作业与 思考题设置 | (1) 绘制停留时间分布曲线 (2) 用复化辛普森公式处理实验数据,计算模型参数 (3) 探索控制返混的措施 (4) 思考题 | ||
学习效果、学生反馈、反思改进措施等 | 通过预习,老师讲解,学生了解实验设备与流程,掌握脉冲法测定停留时间分布的方法,用多釜串联模型分析返混,学生积极回答问题,参与度高,动手能力强,课堂气氛活跃,效果好,使学生对MSCG电脑运行环境有所了解,并用于工艺过程控制。
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备注 |
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分课时教案
知识单元名称 | 汽液相平衡数据的测定(魏超) | 课次 | 3 |
授课类型 | 理论课□讨论课□ 实验课√ 习题课□其他□ | 学时 | 8 |
课程目标与要求 | (1)掌握常压下二元体系汽液相平衡数据的测定原理及方法,平衡釜的使用方法。 (2)分析平衡汽、液相组成,可获得有关的热力学参数。 (3)学会二元汽液平衡相图的绘制。 (4) 通过实验掌握用阿贝折光仪分析组成的方法。 | ||
本单元重点 与难点内容 | 重点: 二元体系汽液相平衡数据的测定原理及方法 难点:分析平衡汽、液相组成 | ||
教学内容 | 1、制作27℃乙醇(1)-- 水(2)溶液折光系数与组成关系工作曲线。2、开恒温浴--折光仪系统,调节水温到27℃。3、拨出平衡釜冷凝器,关闭平衡釜下部阀2。从冷凝器接口处向釜中加入乙醇—水溶液大约150ml,然后连接平衡釜冷凝器接通冷却水系统。4、接通电源开关,打开加热开关调节加热电压,将加热电流调至0.2A,加热5分钟后,将电流调至0.5A,注意釜内状态。5、待平衡釜内原料加热至沸腾时,温度传感器测量平衡温度,用福廷式水银压力计,读取大气压。6、当温度传感器的温度稳定30分钟后,分别开启汽相口阀1和液相口阀2取汽液二相样品,测量汽液两相中物质的浓度。7、测量样品的折光系数,每个样品测量二次,每次读数二次,四个数据的偏差小于0.0002,按四数据的平均值,根据1得到的关系式,计算汽相或液相样品的组成。8、改变釜中溶液组成(添加蒸馏水),重复步骤4—8,进行第二组数据测定。共测5组汽液相平衡数据。9、检查数据合理后, 停止加料并将将加热电压调为零。停止加热后10分钟,关闭冷却水,打扫整理实验操作台。 | ||
教学过程设计: 教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等 | 上课前要求学生先预习,并完成预习报告,实验前进行检查。实验原理讲解,点名学生回答问题;示范学生实验操作注意事项,重点是取样注意事项。现场考核学生掌握情况,设置问题让学生回答。 | ||
作业与 思考题设置 | (1)实验中怎样判断气液两相已达到平衡? (2)影响气液平衡测定准确度的原因有那些? | ||
学习效果、学生反馈、反思改进措施等 | 通过预习,老师讲解,学生了解了常压下二元体系汽液相平衡数据的测定原理,掌握了汽液相平衡数据的测定方法。学生积极回答问题,参与度高,动手能力强,课堂气氛活跃,效果好。 | ||
备注 |
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分课时教案
知识单元名称 | 萃取精馏(黄朋勉) | 课次 | 4 |
授课类型 | 理论课□讨论课□ 实验课√ 习题课□其他□ | 学时 | 8 |
课程目标与要求 | 1、通过实验加深对萃取精馏过程的理解。 2、利用乙二醇为分离剂进行萃取精馏制取无水乙醇 3、学会使用气相色谱分析气液两相组成。 | ||
本单元重点 与难点内容 | 重点: 掌握萃取精馏的原理和操作的要点 难点: 萃取剂的选择 | ||
教学内容 | 1、做好实验预习,写好实验报告; 2、掌握萃取精馏设备,熟悉精馏塔的构造; 3、掌握萃取精馏的全部操作,尤其是加热功率,温度,回流比的设置; 4、掌握实验结束后的后处理; 5、掌握物料的分析; 6、实验结束,整理仪器设备,打扫好卫生。 | ||
教学过程设计: 教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等 | 1、上课前要求学生先预习,并完成预习报告,实验前进行检查; 2、实验原理讲解,点名学生回答问题; 3、鼓励学生自行讲实验流程; 4、现场考核学生掌握情况,设置问题让学生回答。 | ||
作业与 思考题设置 | 1、估算萃取精馏乙醇回收率: 乙醇回收率(%质量)=塔顶产物质量×塔顶产物醇含量(%质量)/(原料进料质量×原料醇含量(%质量)+塔釜醇的减少量) 2、 比较萃取精馏与恒沸精馏的差异。 | ||
学习效果、学生反馈、反思改进措施等 | 1、学生回答问题积极,课堂气氛活跃,效果好; 2、学生参与度高,掌握效果好;
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备注 |
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分课时教案
知识单元名称 | 恒沸精馏(李丽峰) | 课次 | 5 |
授课类型 | 理论课□讨论课□ 实验课√ 习题课□其他□ | 学时 | 8 |
课程目标与要求 | 1、熟悉填料塔的结构、流程及各部件的结构作用; 2、了解精馏塔的正确操作,学会处理各种不正常情况下的调节; 3、通过制备无水乙醇加强并巩固对恒沸精馏过程的理解; 4、能够对精馏过程做全塔物料衡算。 | ||
本单元重点 与难点内容 | 重点:1、水-乙醇-正己烷三元相图的绘制 2、恒沸精馏工艺流程的设计 难点: 精馏区的确定 | ||
教学内容 | 1.夹带剂的选择 2.精馏区的确定 3.夹带剂用量的计算 4.间歇混相回流操作 5.实验数据处理 6.思考题 7.结果与讨论 | ||
教学过程设计: 教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等 | 1、学生根据预习报告,对着实验装置,讲解工艺流程,开车、停车的要点,物料的收集等,合格了才开始实验。 2、温度、流量、加热的控制,注意观察不同回流比时的物料的采出情况。 | ||
作业与 思考题设置 | 1、恒沸精馏适用于什么物系? 2、恒沸精馏对夹带剂的选择有哪些要求? 3、用正己烷作为夹带剂制备无水乙醇,那么在相图上可分成几个区?如何分?本实验拟在哪个区操作?为什么? 4、实验精馏塔由哪几部分组成?操作要求有哪些? | ||
学习效果、学生反馈、反思改进措施等 | 学生通过实验掌握了恒沸精馏开车、停车的要点;观察到了物料气化、冷凝的现象,对恒沸精馏过程中的传热、传质历程有了感性认识;物料衡算得到进一步的训练。
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备注 |
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分课时教案
知识单元名称 | 流态化反应器流动特性测定实验(黄灵芝) | 课次 | 6 |
授课类型 | 理论课□讨论课□ 实验课√ 习题课□其他□ | 学时 | 8 |
课程目标与 要求 | (1) 掌握测定颗粒静态床层时的静床堆积密度ρb和空隙率ε的方法; (2) 测定流体通过颗粒床层时的压降Δpm与空塔气速u的曲线和临界流化速umf; | ||
本单元重点 与难点内容 | 重点与难点: 流体通过颗粒床层时的压降Δpm与空塔气速u的曲线和临界流化速umf | ||
教学内容 | (一)气固床实验: (1)用木棒轻轻敲打床层,使床层高度均匀一致,并测量出首次静床高度; (2)打开电源,启动风机,开启阀1和阀2; (3)调节气体流量从最小刻度开始,然后缓慢增加气体流量,同时记录下相应的流量、温度、床层压降等上行原始数据。最大气体流量以不把床内固体颗粒带出床层为准。 (4)实验完成后,关闭风机。 (二)液固床实验: (1)用木棒轻轻敲打床层,使床层高度均匀一致,并测量出首次静床高度; (2)打开电源,启动水泵,开启阀5和阀6; (3)调节气体流量从最小刻度开始,然后缓慢增加气体流量,同时记录下相应的流量、温度、床层压降等上行原始数据。最大气体流量以不把床内固体颗粒带出床层为准。 (4)实验完成后,开启阀4,排尽床体内的水。然后关闭水泵和总电源。打开阀3将水箱液体排空,打开打扫整理实验操作台。 | ||
教学过程设计: 教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等 | 教师讲解实验原理、实验操作要点; 1、如何求静床堆积密度ρb和空隙率ε; 2、流体通过颗粒床层时的压降Δpm与空塔气速u的曲线应是何变化趋势 | ||
作业与 思考题设置 | 1、流化床的特征有哪些? 2、为什么在散式流化中压降波动小,而在聚式流化中压降波动大? 3、实验中升速和降速操作的两组数据有时两者接近,有时两者不同,为什么? | ||
学习效果、学生反馈、反思改进措施等 | 学生通过实验观察到了散式流化和聚式流化现象,对流化床反应器中反应物与催化剂的接触状态有了感性认识。
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分课时教案
知识单元名称 | 管式反应器流动特性测定(黄灵芝) | 课次 | 7 |
授课类型 | 理论课□讨论课□ 实验课√ □习题课□其他□ | 学时 | 6 |
课程目标与要求 | 了解连续均相管式循环反应器的返混特性;分析观察连续均相管式循环反应器的流动特征;研究不同循环比下的返混程度,计算模型参数n。 | ||
本单元重点 与难点内容 | 重点与难点: 在临界转速和泛点转速下气液两相的流动情况和分散情况 | ||
教学内容 | 将水箱内加满清水,约水箱2/3左右;开启电源开关,开启电源开关,开触摸屏,打开软件,准备开始实验;开启进水泵开关,打开阀8,让水注满管道,缓慢进水流量计上调节阀至进水流量为20L/h,然后缓慢打开放空阀6,排尽管道内的气体,空气排尽后关闭阀6,使流量保持稳定;开启返混水泵开关,让水注满管道,缓慢返混流量计上调节阀至返混流量为60L/h,然后缓慢打开放空阀7,排尽管道内的气体,空气排尽后关闭阀7,使流量保持稳定;待系统稳定后,打开电磁阀控制器迅速注入示踪剂(1.0 秒),在管式反应器的底部入口加入示踪剂,示踪剂在反应器内随水流上升。电导率仪进行数据采集读取,记录实验数据。电导率仪可以连接电脑进行在线采集;观察触摸屏上示踪剂的变化情况,当触摸屏记录显示的曲线在2min内觉察不到变化时,即认为终点已到, 点击“停止”键,并立即按“保存数据”键存储数据;改变条件,即改变循环比(及返混流量)R=0、3、5,重复上述实验步骤。
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教学过程设计: 教学方法及手段、课堂互动题设置、教学改革措施等 | 教师讲解实验原理、实验操作要点;重点强调调节流量稳定后方可注入示踪剂, 整个操作过程中注意控制流量,且一定应等示踪剂出峰全部走平后再改变循环比。注意观察不同循环比时的出峰情况。
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作业与 思考题设置 | 思考题: 1、何为循环比?循环反应器的特征是什么? 2、对管式循环反应器如何限制返混?如何加大返混? | ||
学习效果、学生反馈、反思改进措施等 | 本实验的操作要点是节流量稳定后方可注入示踪剂,整个操作过程中注意控制流量,;另外示踪剂抽取时勿吸入底层晶体,以免堵塞。
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分课时教案
知识单元名称 | 葡萄糖的旋光度及含量的测定(魏超) | 课次 | 8 |
授课类型 | 理论课□讨论课□ 实验课☑ |