《精馏原理》教学设计

课程名称：化工基础

授课年级：化学专业本科三年级

课程类型：专业必修课程

章节主题：第6章 精馏

教学内容：第1节 精馏原理

教材使用：上海师范大学福建师范大学编著《化工基础》/高等教育出版社/2014年1月第4版

课程建设：安徽省课程思政示范课程；安徽师范大学“化工基础教学团队”；安徽师范大学精品课程

单 位：安徽师范大学

一、课程分析

《化工基础》是是研究和探讨化工生产中普遍的和一般的规律，并应用这些规律解决化工生产过程中的工程问题的技术基础课——是一门工科性质的课程。它是综合运用数学、物理、 化学等基础知识，分析和解决化工类型生产中各种物理过程的工程学科。通过本课程的教学，培养学生分析和解决实际工程问题的能力。因此，该课程是基础理论与专业知识、基础理论与实际工程之间的桥梁。在专业创新人才培养中承担着工程科学与工程技术的双重教育任务。

本课程内容包括化工传递过程的动量传递、热量传递、质量传递，和化学反应工程典型均相反应器、非理想流动和非均相反应过程的基本概念、基本理论和计算方法。通过教学，使学生掌握实际化工生产中化工传递工程与化学反应工程的基础知识，具有分析基础、解决化工生产基本问题的知识和初步能力，了解从化学理论知识到化工生产所面临的问题和解决问题的途径，及从实际观点综合处理问题的方法，培养综合分析和解决问题的能力，这就要求专业课教师在“授业、解惑”的同时，要加强“传道”，坚持教书和育人相统一，充分发挥课堂教学在育人中的主渠道作用，努力将知识传授与价值引领相结合，把专业知識教育同学生的价值观教育、综合素质教育结合起来以更好地为中国特色社会主义培养大批可靠的接班人。

二、学情分析

在本次课学习之前，学生已经学习了高等数学和物理化学等课程，初步掌握了相平衡关系，具有相图分析能力，但工程观念比较缺乏，缺乏设备认识，从学习习惯来看，学生对直观的素材易于理解。

三、教学目标

从教学目标的三个维度来看：

1.知识与技能目标，掌握精馏的原理，理解精馏的工业实施过程，建立塔设备初步认识；

2.过程与方法目标，即能力目标，能分析精馏塔内浓度、温度等参数的变化方向；

3.情感目标，培养对精馏单元操作的学习兴趣，增强工程观念和树立工匠精神。

四、教学思想

1.采取翻转课堂理念，线下为主，辅以线上。线上主要是通过超星学习通网络平台进行SPOC教学，引导学生课前自主学习线上课程，完成测试，课后完成思考题；线下课堂开展有效师生互动，构建智慧化学习环境。

2.采取体验式与研究型教学模式，运用探究式学习法、案例式教学法与讨论法等，一方面，通过提问式与启发式教学，引导学生发现问题、解决问题，结合已有经验或信息完成知识构建。另一方面，体现从实例到一般规律、进而提炼本质特征的教学理念。

3.利用智慧教学的数据化功能实现教学重点决策的有据可依，通过智慧教学平台的功能模块实现交流互动的立体化、评价反馈的及时化、资源共享的便捷化。

五、教学分析

1.教学重点

精馏的气液平衡关系和相对挥发度的计算，稳态连续精馏过程中的操作线方程。

2.教学难点

精馏理论塔板数的计算。

六、教学方法

线上线下相结合，但线下为主、线上为辅。线上智慧教学平台数据统计掌握学情，调整课堂教学，进行课前课后的预习或巩固。在整个教学的过程中,采用“课前导学 - 课中教学 - 课后个性化辅导”三个阶段组织开展教学。 课前,教师通过超星学习通(以下简称学习通)网络平台以及班级 QQ 群将教学日志、慕课视频、授课 PPT 及学习建议等预习资源推送给学生,要求学生对即将讲授的知识进行预习并完成课前预习测试,要求根据预习内容形成个人初步的认识,能够提出自己的初步见解。 这有利于提高的学生的自我管理能力和自主学习能力。 课中,教师根据课前预习情况讲述课程内容(通过雨课堂),着重讲解教学重点和教学难点,并进行全方位多层次的课堂互动讨论,由教师主导,精心设计研讨题目,学生给出答案,教师进行点评,对学生进行思维拓展训练;学生可以采用移动设备(如手机等)实现课上实时答题互动。 这样,可以将专业知识顺利传授给学生,全面培养学生知识应用和解决实际复杂问题的能力,实现知识和能力的有机融合。 课后,教师通过学习通发布作业,布置调研报告及相关知识点作业等。 学生要及时复习并总结所学知识,理清知识结构和脉络,完成作业。根据通过作业完成及反馈情况,教师对学生进行个性化辅导,并进一步组织和设计后续教学环节,以确保课程目标的达成。

七、教学安排

1.课前准备

（1）学生通过智慧教学平台学习本章节主要内容。

（2）教师通过平台查看并进行数据分析，整体把握学情。

2.课堂学习

（1）检查线上学习情况，进行简要讨论，复现知识点。

（2）理清脉络，系统讲解知识、开展研讨。

（3）紧扣教学主题，设计作业和思考任务。

3.思政元素

根据中国传统酿酒工艺中的蒸馏原理进行爱国主义教育，继而从简单的蒸馏原理应用过程中的缺陷，过渡至精馏原理的出现及其在化工生产中的应用，培养学生发现问题、思考解决问题的能力及科学探索精神；并将科学理论发现过程及科学家事迹介绍融入课堂教学，对学生开展科学精神教育。

4.教学过程

将教学过程分成5 个步骤进行，即导入、精馏原理、精馏工业实施、精馏实验操作初探、归纳总结。

1.导入

明确指出普通蒸馏分离效果十分有限，如何根据组分挥发性的差异开发一个过程，以实现高纯度分离是蒸馏方法能否广泛应用的核心问题，从而引出精馏操作的必然性和实践意义，提出为什么要做精馏，怎么做精馏，用什么设备来完成等几个问题来引入新课。

2.精馏原理

运用t-x-y 相图讲解，充分利用 Microsoft Office PowerPoint的绘图和动画设置功能，课件设计如图 1 所示，用基本线条绘制每一次部分汽化和部分冷凝过程并逐条展示，将理论过程按简单蒸馏的方式绘制成精馏过程模型，引导学生思考理论上可行和工业实施的矛盾，即能耗大、设备多等问题，重点引出精馏过程连续进行的必要条件“回流”的概念，最后给出结论，精馏原理是利用组分挥发度不同，将物料经过多次部分汽化和多次部分冷凝使其分离的过程，强调三个关键词“挥发度”、“多次”、“部分”的理解，“挥发度”不同为精馏分离提供可能性，“部分”才能实现气相、液相中组分浓度的差异，“多次”才能实现高纯度分离。

3. 精馏工业实施

理论上可以根据组分挥发性的差异实现高纯度分离，但在工业上具体怎样实施呢？根据原理可知精馏过程工业实施的基本条件，即过程对设备的要求是：(1)必须在两相区操作；(2)必须有回流；(3)必须提供多次汽化与冷凝的条件和场所。教学中先展示工业塔设备照片，再利用塔设备模型 Flash 动画展示板式塔和填料塔的基本结构，让学生理解气、液两相如何在设备中实现接触并完成多次部分汽化和部分冷凝过程，将相图中的每一次气液平衡与塔设备中的塔板相联系，认识精馏过程的工业实施。将教材塔设备中精馏塔设备基本结构提前到此介绍，给予学生精馏塔设备的感官认识，更有利于学生对精馏原理的理解。

4 .精馏实验操作初探

在学生对设备有了初步认识的基础上向学生展示实验室精馏装置照片，提出“怎样实现实验室的精馏塔操作？”的问题，引导学生思考，进而总结出加料、加热、建立回流、稳定生产等几个步骤。向学生展示实验室板式塔塔板上形成气液接触的录像，操作过程塔板上气液接触的从无到有，几秒钟之内气体穿过液层形成气液接触层，在视觉上产生较大的冲击，学生们这时有种恍然大悟的感觉，进一步深刻理解精馏过程的实施。实验操作过程的讲授采取问答互动教学方式，引导学生思考，既是学习也是检验，只有理解了精馏原理才能想像出实验过程，回答老师的提问，互动检验了学生对前面精馏原理的理解程度。

5. 归纳总结

最后采用图片记忆和问答互动的方式对塔板上气液两相的浓度关系进行总结梳理，分析全塔温度、压力、浓度等参数的变化关系，给出精馏段、提馏段的定义和作用，明确回流的意义，强调回流是精馏和普通蒸馏的本质区别。

九、教学反思

本课程充分挖掘课程中蕴含的思政元素,将思想政治教育柔性恰当地贯穿于整个授课体系中,实现教书与育人的“无缝对接”。比如（1）介绍精馏原理时候，点出著名科学家拉乌尔及其提出的拉乌尔定律，对学生开展科学精神教育和价值观教育。（2）简单蒸馏课程思政：中国古老传统酿酒工艺中蕴含的蒸馏原理及精馏原理，由此向学生开展传统文化和爱国情怀教育。（3）连续精馏课程思政：根据精馏原理及特点，引导学生由一块塔板的特征逐步总结归纳出全塔操作特点，培养学生学习上的归纳、探索及总结能力。（4）连续精馏理论塔板数的计算课程思政：利用精馏塔理论塔板数的解决途径不唯一的特点，培养学生多维度解决问题的能力。（5）板式塔课程思政：主要开展对精馏塔塔板结构及其作用的学习，通过塔板结构的变化可解决实际生产中出现的问题，培养学生的探索精神，进一步利用课后实践作业的联系，培养学生的创新能力。

在讲解回流比原则(操作费和设备费之和最低),培养学生运用技术经济观点分析解决实际工程问题的能力,提高学生的成本意识。

化工基础课程中蕴含着丰富的哲学观点(比如: “认识事物,要透过现象看本质”的哲学观点;三传过程体现了“物质是运动的,运动是有规律的,规律是可以认识的”哲学观点;精馏计算过程中的理论板假定和恒摩尔流假定体现了“解决问题要抓住主要矛盾”的哲学观点。在本课程授课过程中,运用哲学观点剖析所需知识点,培养和提高学生的哲学思维和逻辑思辨能力。