化工设计教学大纲

化 工 设 计 Chemical Process Design 教 学 大 纲 天津大学化工学院 2013 年 9 月 《化工设计》教学大纲 48 学时，3.0 学分 一、一、课程性质、目的及任务课程性质、目的及任务 “化工设计”是高等学校化学工程与工艺专业的本科必修专业课，是化学工 程技术人员必不可少的技术知识之一。天津大学作为以工科为主的综合性大学， 其化学工程专业除了培养能从事化工领域高精尖理论研究的化工人才以外， 还应 该培养一些能从事化工设计（包括化工工艺设计乃至化工厂设计） 、化工生产管 理方面的化工人才。现在化学工程专业的本科生在其大学本科的前三年，已经学 习了物理化学、化工原理、化工热力学、传递过程原理、反应工程、分离工程等 专业基础课程， 在学生的大一还学习了有关化工设计的基础课程――化工设计概 论， 但还没有将其综合起来， 化工设计这门课程在化学工程本科教学计划中就能 填补这方面的空白。着重培养学生的化工过程工程理念和综合实践性。 本课程的目的和任务，主要是引导学生使用以前学到的专业基础知识，如何 根据化工开发实验结果，从工程实施的角度并考虑流程的安全性、经济合理性、 可操作性等， 来进行化工流程的工艺设计乃至扩大到整个化工厂设计，重点让学 生掌握流程组织与合成、化工流程分析、化工管路的流体力学设计、经济分析与 评价、以及化工过程的初步设计、施工图设计以及化工厂设计全局性等问题等。 该课程的学习对学生从事化工领域的研究开发也大有裨益。 从课程内容的广泛程 度而言， 化工设计这门课程学的好不好，比其它课程更能体现出一个化工类学生 综合专业素质的优劣。 二、教学基本要求二、教学基本要求 《化工设计》课程在本科四年级上学期开设。教材内容分为课堂讲授、学生 自学和学生选读三部分， 其中课堂讲授部分由教师在教学计划学时内进行课堂教 学，作为基本要求内容；学生自学部分由学生在教师的指导下，利用课外时间进 行自学，作为一般要求内容；学生选读部分由学生根据自己的兴趣及能力，进行 1 课外选读，不作要求。 本课程教学计划总学时为 48 学时，全部为课堂授课学时。在每章学习后， 教师可挑选 2～3 个练习或思考题， 由学生课下独立完成。在本课程教学的后期， 教师可安排一个实际化工过程的设计实例综合课堂练习。 本课程的考试采取闭卷 形式， 期末考试试卷内容可以分为客观题和综合题两个部分，客观题侧重对学生 的基础知识的考核，采用选择填空或简答的闭卷考试形式，占 30%左右；综合题 侧重对学生的综合能力的考核，采用分析推导结合综合计算的闭卷考试形式，占 70%左右。 三、课程的教学内容三、课程的教学内容 本课程的主要内容包括： 1．化工过程设计概论。包括化工过程设计的基本内容；绿色化工过程问题；化 工过程设计的深化改革；计算机辅助化工设计的发展；化工工程伦理学与责 任关怀准则。 2．化工厂设计的全局性问题。包括化工设计的工作程序；工艺包设计；化工工 艺设计；化工厂设计的一些全局性考虑；化工厂设计的参考资料。 3．物料衡算与热量衡算。包括基本概念；自由度分析；简单的物料与热量衡算； 复杂物系和系统的衡算以及物料与热量衡算联合计算。 4．流程组织与合成。包括流程组织；反应途径的合成；热交换网络的合成；能 量的集成与管理。 5．工艺流程设计与过程控制。包括工艺流程的选择；化工过程控制；化工过程 的 PID 图。 6．设备设计和选型与车间布置。包括化工设备的选型与设计；化工设备条件图 的基本内容；车间布置设计。 7．安全工程与生态化工系统。包括安全工程；单元操作的绿色环保措施；化工 系统的生态工程。 8．化工设计中的技术经济分析。包括技术经济定义及研究对象；几个基本要素； 静态财务分析与评价；动态财务分析与评价。 9．设计实例分析与化工设计过程的软件。包括化工流程的模拟；模拟系统的应 用软件介绍；化工实例设计分析。 2 四、教材及参考资料四、教材及参考资料 1.《化工过程设计》 ，王静康主编，北京，化学工业出版社，2006 年。 （主教材） 2.《化工技术经济》 ，苏健民主编，北京，化学工业出版社，2002 年。 3.《化工系统分析与模拟》 ，彭秉璞主编，北京，化学工业出版社，2001 年。 4.《化学工程手册》 ，时钧、汪家鼎、余国琮、陈敏恒主编，北京，化学工业 出版社，2002 年。 5.《化工设计手册》 ，上海医药工业设计研究院主编，北京，化学工业出版社， 2003 年。 6.Process Design Principles (Synthesis, Analysisanduation)，J.D. Seader， Daniel R. Lewin, J. D. Seader，New York: John Wiley & Sons，1998. 7.Analysis, Synthesis and Design of Chemical Engineering，Richard Turton & Richard C. Bailie & Wallace B. Whiting，New Jersey: Prentice Hall, Inc.，2009. 除此之外，国内还有 10 余个版本的“化工设计”教材，它们的侧重面不尽相同， 有兴趣的同学，可以看看这些教材作为参考。 五、学时分配五、学时分配 第一章 化工过程设计（绪论） 授课教师 王静康 4 学时 1.1 现代过程工程 1.2 绿色化学科学与工程准则 1.3 化工过程设计的基本内容 1.4 计算机辅助化工设计的发展 1.5 工程伦理学与责任关怀准则 第二章 化工厂设计概述 授课教师 龚俊波 4 学时 2. 1 化工设计的种类 2.2 我国化工厂设计的一般程序 2.2.1 项目建议书 2.2.2 项目的可行性研究 2.2.3 项目的设计任务书 2.2.4 化工项目基建的工程设计 3 2.2.5 化工项目设计代表工作 2.2.6 化工项目(工程)的试生产 2.3 化工工艺设计的内容与步骤 2.3.1 设计准备工作 2.3.2 方案设计 2.3.3 化工计算 2.3.4 车间布置设计 2.3.5 配管工程设计 2.3.6 提供设计条件 2.3.7 编制概算书及编制设计文件 2.3.8 计算机辅助工艺设计 2.3.9 化工工艺设计步骤 2.4 化工厂设计中的一些全局性问题 2.4.1 化工厂厂址选择 2.4.2 化工厂总图布置 第三章 物料衡算及能量衡算 授课教师 张美景 5 学时 3.1 物料衡算与热量衡算概述 3.2 化工流程的自由度分析 3.3 化工流程的物料衡算(不带反应) 3.4 化工流程的物料衡算(带反应) 3.5 化工流程的物料衡算和热量衡算联立计算(带反应) 第四章 流程组织 授课教师 王召 4 学时 4.1 流程组织概述 4.2 原料预处理及反应阶段的合成 4.3 专用地址分配 4.4 分离技术及分离顺序的选择 4.5 热交换网络及能量管理 第五章工艺流程设计与过程控制 授课教师 郝红勋 5 学时 5.1工艺流程的选择与设计 5.1.1 工艺流程的选择 4 5.1.2 工艺流程确定的步骤 5.1.3 工艺流程设计的任务 5.2 化工过程控