化工工艺设计教学大纲-化学工程与工艺专业

《化工工艺设计》课程教学大纲
课程代码：080131039
课程英文名称：Chemical Process Design
课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0
适用专业：化学工程与工艺
大纲编写（修订）时间：2017.7
一、大纲使用说明
（一）课程的地位及教学目标
本课程是化学工程与工艺专业的专业基础必修课程，是化学工程类课程的最后理论教学环节。

化工工艺设计是一门综合性、实践性较强的课程，主要讲授化工工艺设计的内容和方法，包括工艺路线的确定、设备设计计算和选型、车间布置设计和管道布置设计等。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：
1.系统地掌握化工设计的基本知识和基本方法；
2.能够综合运用化工原理、化学反应工程、化工热力学等专业基础课程的知识，并与实际生产相结合；
3.强化工程意识，能更快地适应今后的化学工程类工作需要。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求
1.基本知识：掌握化工设计的阶段和种类及化工工艺设计的内容，熟悉常用的设计规范、标准，掌握工艺流程图的分类及使用阶段，熟悉常见化工设备的分类和结构特点及性能等，熟悉常用的化工设计及绘图软件。

2.基本理论和方法：掌握工艺路线确定的原则和方法，掌握物料衡算和热量衡算的方法和步骤，掌握常用化工物性数据的估算方法，掌握常见化工设备的设计计算和选型方法，掌握车间厂房布置和设备布置的原则和方法，掌握管道布置设计的原则和布置要点。

3.基本技能: 具有查阅资料、获取相关数据的能力，具有初步运用计算机进行工艺计算的能力，具有运用计算机绘图和识图能力，具有化工工艺设计人员应具备的初步工程意识。

（三）实施说明
1.教学方法：本课程讲授中要强调工程观点、突出定量运算和设计能力的训练，强调理论与实际的结合。

可采用项目式教学方法，预先拟定设计题目，随课程进度完成相关部分的设计任务，以更好地掌握课程内容，同时提高学生分析问题、解决问题的能力。

2.教学手段：工艺流程设计、化工设备的设计计算和选型、车间布置设计、管道布置设计部分宜采用多媒体教学，并尽量引用工程实例，调动学生的学习兴趣，保证教学效果。

（四）对先修课的要求
本课程应在高等数学、物理化学、化工原理、化学反应工程、化工制图、化工热力学等课程结束后开设。

（五）对习题课、实践环节的要求
1.根据课程进度适当安排习题课2~4学时，以化工工艺计算为主要内容，兼顾其他工艺设计内容的重点问题，或者组织学生进行项目设计训练，使学生能将所学内容与设计实例相结合。

2.课后作业要少而精，内容多样化，作业题包括设计内容和方法、设计计算等方面的内容，作业要能起到巩固理论、掌握计算方法和技巧、提高分析问题和解决问题能力的作用，对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。

也可安排课外大作业，根据课程进度完成一个小型工艺设计，学生组队完成，安排习题课进行讨论和评价，学生必须按时完成
课外习题和作业，作业的完成情况作为评定课程成绩的一部分。

3.本课程无课内实验教学环节。

（六）课程考核方式
1.考核方式：考试
2.考核目标：在考核学生对化工设计基础知识掌握的基础上，重点考核学生的化工计算能力、分析问题能力及基本的工程意识。

3.成绩构成：本课程的总成绩主要由两部分组成：平时成绩（包括作业、出勤、小测验、期中考试等）占20~30%，期末考试成绩占70~80%。

平时成绩和期末考试成绩均按百分制给出，最后折算为百分制总评成绩。

（七）参考书目
《化工设计》，梁志武，陈声宗编，化学工业出版社，2015.9
《化工过程设计》，王静康编，化学工业出版社，2010.6
《化工设计》，黄璐，王宝国编，化学工业出版社，2001.1
《化工计算》，葛婉华编，化学工业出版社，2005.8
二、中文摘要
化工工艺设计是化学工程与工艺专业学生必修的一门专业基础课程。

该课程通过化工设计的基本知识和基本方法的讲授，使学生掌握物料衡算、热量衡算、化工设备设计计算方法，掌握工艺流程设计内容，掌握化工厂布置、管路布置原则，熟悉化工厂设计标准与规范等，并将所学知识与实际生产相结合，用以解决实际工程问题。

本课程具有较强的工程实践性，将为后续的相关课程设计、毕业设计等提供坚实的基础。

三、课程学时分配表
四、教学内容及基本要求
第1部分化工厂设计的内容和程序
总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0
具体内容：
1）掌握化工设计的种类；
2）熟悉化工厂设计的工作程序；
3）掌握化工车间工艺设计的程序及内容；
4）了解相关的设计文件。

重点：
化工设计的种类、程序和内容
难点：
化工设计的程序
习题：
化工设计的种类及化工工艺设计主要内容
第2部分工艺流程设计
总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0
第2.1部分工艺路线的确定（讲课2学时）
具体内容：
1）掌握原料路线选择的原则；
2）掌握工艺路线论证的原则；
3）掌握工艺路线确定的步骤和方法。

重点：
1）工艺路线论证的原则；
2）工艺路线确定的步骤和方法。

难点：
工艺路线确定的步骤和方法
习题：
工艺路线确定的步骤
第2.2部分工艺流程设计（讲课2学时）
具体内容：
1）掌握工艺流程设计的任务、内容和方法；
2）理解工艺流程设计方案的确定；
3）掌握工艺流程图的种类及不同的设计阶段采用的流程图类型；
4）掌握工艺流程图绘制要点。

重点：
1）工艺流程设计的任务；
2）工艺流程图的种类及不同的设计阶段采用的流程图类型。

难点：
工艺流程设计方案的确定
习题：
工艺流程图的类型及绘制要点
第2.3部分典型设备的自控方案（讲课2学时）
具体内容：
掌握泵、压缩机、换热器、加热炉、反应器及蒸馏塔的常见控制方案重点：
典型单元设备的常见控制方案
难点：
几种复杂控制方案的应用
习题：
典型单元设备的常见控制方案
第3部分化工计算
总学时(单位：学时):14 讲课:14 实验:0 上机:0
第3.1部分因次与单位（讲课2学时）
具体内容：
1）了解常见的单位制度；
2）掌握不同单位制间的换算。

重点：
常用单位换算
难点：
英制单位及其换算
习题：
单位换算
第3.2部分化工基础数据（讲课2学时）
具体内容：
1）熟悉常见的化工数据估算方法；
2）掌握临界参数、密度、热容、相变热等基础物性数据的估算。

重点：
基础物性数据估算
习题：
基础物性数据估算
第3.3部分物料衡算的方法和步骤（讲课2学时）
具体内容：
1）掌握物料衡算式建立的依据；
2）掌握物料衡算的基本步骤；
3）明确计算基准的概念；
4）掌握物料衡算的基本方法。

重点：
物料衡算的基本步骤和方法
难点：
计算基准的选择
第3.4部分物理单元操作过程的物料衡算（讲课2学时）
具体内容：
掌握物理单元操作过程的物料衡算方法
重点：
物理单元操作过程的物料衡算
难点：
带过程限制条件的物理单元操作过程的物料衡算
习题：
物理单元操作过程的物料衡算
第3.5部分化学反应过程的物料衡算（讲课2学时）
具体内容：
1）掌握反应过程物料衡算的直接法和组分平衡法及应用；
2) 掌握反应过程物料衡算的元素平衡法和联系物法及应用；
3）理解复杂化工过程的物料衡算。

重点：
化学反应过程物料衡算的组分平衡法、元素平衡法和联系物法难点：
1）化学反应过程物料衡算的元素平衡法；
2）复杂化工过程的物料衡算。

习题：
化学反应过程的物料衡算
第3.6部分物理过程的热量衡算（讲课2学时）
具体内容：
1）掌握热量衡算式及热量衡算基本方法；
2）熟悉常见的热力学数据表及性质图；
3）掌握物理过程的热量衡算。

重点：
1）热量衡算的方法和步骤；
2）常见热力学图表的查取；
3）物理过程的热量衡算。

难点：
1）溶解热的概念及计算；
2）有相变物理过程的热量衡算。

习题：
1）热力学图表的应用；
2）物理过程的热量衡算。

第3.7部分化学反应过程的热量衡算（讲课2学时）
具体内容：
1）掌握基准态的概念和两个常见的基准态及选取原则；
2）掌握化学反应过程的热平衡计算；
3）熟悉常见的加热剂和冷却剂种类及选取原则；
4）掌握加热剂或冷却剂用量的计算。

重点：
1）基准态的选取；
2）化学反应过程的热平衡计算；
3）加热剂或冷却剂用量的计算。

难点：
化学反应过程的热平衡计算
习题：
1）化学反应过程的热平衡计算；
2）加热剂或冷却剂用量的计算。

第4部分化工设备的选型和设计计算
总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0
第4.1部分物料输送设备（讲课2学时）
具体内容：
1）掌握泵的设计计算和选型；
2）了解压缩机、固体输送及粉碎设备的计算和选择。

重点：
泵的计算和选型
习题：
泵的计算和选型
第4.2部分贮罐和分离设备（讲课2学时）
具体内容：
1）熟悉贮罐系列，掌握贮罐设计计算内容、原则和方法；
2）熟悉液固分离设备、气固分离设备的选择原则。

重点：
贮罐的设计计算
习题：
贮罐的设计计算
第4.3部分换热设备（讲课2学时）
具体内容：
1）了解化工生产中常见的换热设备；
2）掌握管壳式换热器的设计计算及选型。

重点：
管壳式换热器的设计计算
习题：
管壳式换热器的设计计算
第4.4部分传质设备和化学反应器（讲课2学时）
具体内容：
1）了解化工生产中常见的传质设备及反应设备；
2）掌握板式塔和填料塔的设计计算内容；
3）掌握搅拌釜式反应器的设计计算内容。

重点：
板式塔和釜式反应器的设计计算
习题：
釜式反应器的设计计算
第5部分化工厂布置
总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0
第5.1部分厂址选择（讲课2学时）
具体内容：
1）理解厂址选择的基本原则；
2）掌握厂址选择的工作阶段。

重点：
厂址选择的工作阶段
习题：
化工厂布置设计的主要内容
第5.2部分总平面布置（讲课2学时）
具体内容：
1）掌握总平面布置设计的任务；
2）理解总平面布置的原则；
3）掌握平面布置设计和竖向布置设计的任务；
4）了解平面布置设计和竖向布置设计的要点；
5）了解管廊布置设计要点。

重点：
总平面布置、平面布置和竖向布置设计的任务
难点：
平面布置设计和竖向布置设计及管廊布置设计的要点习题：
总平面布置、平面布置和竖向布置设计的任务及要点第5.3部分车间布置（讲课2学时）
具体内容：
1）掌握车间布置设计的依据、内容及程序；
2）熟悉车间设备布置的内容和要求；
3）掌握车间典型设备的布置方案。

重点：
车间典型设备的布置
难点：
车间布置设计要点
习题：
车间典型设备的布置要点
第6部分化工管路
总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0
第6.1部分管路设计基础（讲课2学时）
具体内容：
1）熟悉管道的分类和等级；
2）熟悉管道及管道组件的材料与规格；
3）掌握管径和管路压降的计算；
4）熟悉常见的管道、阀门类型及选择原则。

重点：
1）管道的分类和等级；
2）管道的材料与规格；
3）管径和管路压降的计算。

习题：
1）管道的分类和等级；
2）管径和管路压降的计算。

第6.2部分管道布置设计（讲课2学时）具体内容：
1）熟悉管道敷设种类及其设计要求；
2）掌握单元设备的管道布置原则和方法；
3）学习绘制和识读管道布置图。

重点：
单元设备的管道布置
难点：
管道布置图的识读
习题：
单元设备的管道布置要点。