项目教学法在《化工原理》课程中的应用.docx

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1、项目教学法在化工原理课程中的应用 摘 要：项目教学法可以变更学生单纯、被动地接受老师学问传输的学习方式，构建开放的学习环节，激发学生主动探究和探讨的精神，独立思索与解决问题的实力。在化工原理课程中，通过一个实际项目，阐述了项目教学的设计和执行过程。 关键词：项目教学法 化工原理 应用 中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-10195（2022）02（b）-0101-01 化工原理是化学工程、环境工程等专业的专业基础课。这门课程讲解并描述了化学工程中的单元操作的基本原理及相关的传递过程。主要包括流淌、传热、传质三大传递过程及单元操作设备，概念公式繁多，设备困难多样，学生学起来难

2、度较大，学习的主动性也不高。采纳项目教学的方法，通过解决实际问题来引入课程理论学问，使学生将理论与实践结合起来，提高学生的学习主动性。在解决项目的过程中，让学生明白所学的学问在实践中用在什么地方，怎么应用所学的学问。有助于学生将所学的学问点串联起来，加深对学问的记忆和理解，从而坚固地驾驭所学的学问，并为以后的工作打下基础。下面以化工原理课程中的传热部分为例阐述项目教学的设计和执行过程。 传热部分的传递过程为热量传递，单元设备为换热器。要求驾驭的内容包括热量传递的基本原理和传热过程的计算及换热器。 1 提出任务 某厂须要一台换热器冷却甲苯蒸汽，甲苯蒸汽的流量为M=2000 kg/s，温度为T=1

3、10 ；冷却水流量为m=5000 kg/s，进口温度为t0=20 。 这是一个换热器设计项目，涉及到的学问包括导热、对流换热、冷凝换热、热平衡、总传热系数及对数平均温差等相关理论学问和计算，几乎包括传热部分的全部内容。 2 换热器设计思路 这一部分主要由老师指导完成。 （1）确定总体设计思路：采纳管壳式换热器。甲苯蒸汽走管外，冷却水走管内。 （2）通过热量衡算方程求冷却水的出口温度t。 （3）计算管内对流换热系数，管外冷凝换热系数。 （4）计算总传热系数K。 （5）计算传热温差。 （6）计算总传热面积A，确定换热管管长和数量。 3 换热器的设计计算 这一部分由学生完成，老师指导。学生在计算的过

4、程中会遇到许多问题。学生在解决这些问题时，就很自然地将理论学问和实践联系起来，更加深刻理解所学的理论学问。 例如，在计算管内对流换热系数时首先要计算雷诺数Re，选择相应的阅历公式。而计算雷诺数须要知道管内水的流速u，流速u又是依据流量和流通面积确定的，要知道流通面积必需知道换热管数量，而换热管数量是要设计的内容，未知的。所以，管内流速可以依据阅历确定，要保证管内的换热系数足够大，而又要保持较低的阻力，根据阅历，速度在12m/s为宜，取u=1.5m/s。其缘由是速度太大，阻力显著增大，增加水泵功耗。同时速度太大对换热管束的冲击也大，简单造成换热管裂开。假如速度太小，达不到湍流换热，换热系数显著减

5、小，换热面积大幅增大，增加了换热器的成本。水的速度太小还简单造成管内结垢，增加了传热阻力，降低传热系数。这些内容在书本上是学不到的，只有通过实践才能有效地运用所学的理论学问。 再如，怎样计算传热温差？在换热器设计计算时一般采纳对数平均温差，并尽可能让其最大，这就涉及到冷热流体流淌方向的设计，冷热流体流淌方向有逆流、顺流和交叉流，不同的流淌方式，对数平均温差是不同的，其中以逆流流淌时对数平均传热温差最大的。在设计时就要考虑让冷热流体呈逆流流淌。为实现冷热流体逆流流淌，管内外流体流程应设计为单管程和单壳程。由于管内流体流量、速度已定，如给定换热管的管径，那么单管程换热管的数量就可以确定，再依据计算

6、的传热面积，确定换热管管长，换热器外壳直径及长度就可以确定了。在生产实际中，换热器是与其他设备相连接的，在设计换热器时要考虑换热器的安装空间是方形的还是狭长形的，假如是方形的空间，换热器就要设计成短而粗的形态。由于换热面积是确定的（为了完成已定的热量传递），所以壳程为单管程，管程就要设计成多管程，这时管内外流体的流淌方向为交叉流，传热温差的计算就要安照交叉流的计算公式。 还有，在计算总传热系数时，除了要知道管内冷却水的对流换热系数外，还须要知道管外甲苯蒸汽冷凝换热系数。在计算时，就会发觉，甲苯蒸汽的冷凝换热系数比管内水的对流换热系数大许多，换热热阻主要集中在管程。所以在设计换热器时不必考虑甲苯

7、蒸汽的速度，而只需考虑管内水的流速的大小，因为速度干脆影响换热系数的大小。学生经过设计计算后就可以深刻理解有相变的蒸汽冷凝换热和无相变时对流换热系数大小的差别。这里还涉及到管壁的热阻，热量通过管外甲苯蒸汽传递到管内冷却水，须要通过管壁，这时的热量传递是通过导热完成的，管壁越厚，热阻越大。学生在计算总传热系数时对导热热阻也会有深刻的体会。 学生在设计计算过程中须要思索的除上面的内容外，还有传热介质物性的选取；换热管管径的大小确定；换热管的排列方式，是叉排还是顺排；管板尺寸、壳体内径及厚度的确定以及连接法兰尺寸的确定等等问题，在解决这些问题的过程中不知不觉地加深了对所学理论学问的理解和驾驭。 4

8、绘制换热器设计图 为了制造一台换热器，除了前面的设计计算外，还须要依据计算结果绘制加工图。须要绘制的图纸有布管图、管板加工图、换热器器芯装配图、外壳加工图、总装配图等。在绘制这些图纸时必需根据行业标准和规范绘图，要能满意生产加工的要求。学生在完成绘图的过程中，熬炼和提高了机械制图的实力，驾驭了将机械制图这门课程应用于专业实践的方法。 上面仅仅介绍了传热部分的项目教学法实施过程，在化工原理课程中其他的单元传递过程，如蒸发、汲取、蒸馏、干燥等，都可以采纳项目教学法实施教学。 在项目教学中，学习过程成为一个人人参加的创建实践活动，注意的不是最终的结果，而是完成项目的过程。学生在项目实践过程中，理解和

9、把握课程要求的学问和技能，体验创新的艰辛与乐趣，培育分析问题和解决问题的思想和方法。通过独立完成项目把理论与实践有机地结合起来，不仅提高了理论水平和实操技能，而且又在老师有目的地引导下，培育了合作、解决问题等综合实力。 参考文献 1冯霄，何潮洪.化工原理M.北京：科学出版社，2022. 2宋晓明.“案例教学”在计算机公共基础课程中的创新探讨J.商业经济，2022（8）：117-118. 第6页 共6页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页第 6 页 共 6 页